可承受拉壓雙向荷載的管樁-錨桿復(fù)合基礎(chǔ)及施工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種巖土工程地下多用途深基礎(chǔ)類型，具體涉及一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復(fù)合基礎(chǔ)及施工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]為開發(fā)利用地下空間、提高土地利用率，深達(dá)地下的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，很多城市開始興建綜合地下商業(yè)街、人防、地下停車庫(kù)、地下公共管廊和地鐵，這些地下構(gòu)筑物對(duì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的承載能力和耐久性能等提出了更尚要求。
[0003]當(dāng)建筑物基礎(chǔ)的埋深超過(guò)地下水位時(shí)，水位以下的部分將產(chǎn)生上浮力，該上浮力一般由建筑結(jié)構(gòu)的自重平衡，但當(dāng)?shù)叵率衣裆詈兔娣e加大時(shí)，隨著排開地下水體積的加大，建筑結(jié)構(gòu)自重不足以平衡所受浮力，會(huì)導(dǎo)致地下室底板隆起、結(jié)構(gòu)上浮、傾斜甚至倒塌等一系列工程事故，加上周邊環(huán)境影響、上部建筑結(jié)構(gòu)變化、地下水位變動(dòng)等擾動(dòng)因素，這些都加大了建筑基礎(chǔ)抗浮的難度和復(fù)雜性。
[0004]在一些工程領(lǐng)域，如:建筑、電力、海洋、港口等，高層建筑、橋梁、海上風(fēng)電機(jī)組、海洋平臺(tái)和碼頭、防波堤等受風(fēng)力、水流、潮汐等動(dòng)載作用，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)體系承受動(dòng)力荷載引起的拉壓交變作用。
[0005]為給建筑基礎(chǔ)提供良好的抗拔和抗壓能力，中國(guó)發(fā)明專利CN101012650A公開了一種抗壓抗拔粧基，包括柱狀的由鋼筋及混凝土構(gòu)成的粧基主體，所述的鋼筋在粧基主體的底部向外擴(kuò)張，在粧基主體底部形成徑向尺寸大于粧基主體部分的大頭狀底盤。這種粧基結(jié)構(gòu)能夠增加建筑結(jié)構(gòu)的抗拔、抗壓承載力。但是該發(fā)明的粧基采用的是擴(kuò)大粧基底部面積的方案，其實(shí)是夯擴(kuò)粧的技術(shù)延伸，仍由普通鋼筋混凝土起抗拉作用，裂縫寬度控制困難，實(shí)際抗拉效果提升有限。增加粧底擴(kuò)大部分不但會(huì)減慢施工速度，而且會(huì)由于鋼筋籠偏位變形影響施工質(zhì)量；施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋并澆筑混凝土，這種工程濕作業(yè)施工速度慢、工程質(zhì)量不如預(yù)制結(jié)構(gòu)。
[0006]又如中國(guó)發(fā)明專利CN102979089A公開了一種在深水急流無(wú)覆蓋層陡峭裸巖上的鋼管粧錨固結(jié)構(gòu)，涉及陡峭裸巖以及鋼管粧，所述鋼管粧的底部?jī)?nèi)腔與所述陡峭裸巖之間通過(guò)錨桿連接錨定，且三者之間通過(guò)澆筑的水下混凝土層固結(jié)為一體結(jié)構(gòu)。其施工步驟為:確定鋼管粧在所述陡峭裸巖面上的安裝位，并通過(guò)水下測(cè)深儀測(cè)量其位置參數(shù)；選擇鋼管粧，并使鋼管粧安裝端的底口形狀尺寸與所測(cè)量的所述安裝位的相關(guān)位置參數(shù)匹配；沉降所述鋼管粧于所述安裝位，并在其外圍設(shè)置水下圍堰，之后在所述鋼管粧內(nèi)澆筑水下混凝土層，將所述鋼管粧安裝端與所述水下圍堰和所述陡峭裸巖面與水下混凝土層合為一體；待所述水下混凝土層達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)后，沿所述鋼管粧中心軸向鉆制錨孔；所述的錨孔貫穿所述水下混凝土層并伸入至所述河床的基巖內(nèi)，最后在所述錨孔內(nèi)安裝錨桿并注漿錨固。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，鋼管粧與陡峭裸巖之間連接采用注漿嵌巖錨桿技術(shù)，依靠水下混凝土漿體與錨桿、粧底混凝土以及河床基巖的握裹力，以使鋼管粧牢固錨固于陡峭裸巖面上，施工周期短、成本低、安全高效。但是該發(fā)明中錨桿非預(yù)應(yīng)力，只是為方便橋粧基礎(chǔ)和無(wú)覆蓋層基巖之間進(jìn)行嵌固采取的一種鋼筋錨固手段，相當(dāng)于“種植牙”的牙根，該發(fā)明的鋼管粧實(shí)際是澆筑水下混凝土的鋼護(hù)筒或者鋼模板，因此，鋼管粧和錨桿之間不存在共同受力的關(guān)系Ο
[0007]為解決上述基礎(chǔ)工程抗浮問(wèn)題，結(jié)構(gòu)工程師必須在粧基設(shè)計(jì)時(shí)妥善考慮建筑物所受的拉力和壓力，由于鋼筋混凝土受拉、受壓構(gòu)件在裂縫寬度控制標(biāo)準(zhǔn)以及節(jié)點(diǎn)處理上做法差異，因此目前常見(jiàn)的工程做法是在基礎(chǔ)底部設(shè)置抗壓粧和抗拉(浮)粧兩套獨(dú)立的受力體系，即:基底壓力由抗壓粧群承受，基底拉(浮)力由抗拉(浮)粧群承受。
[0008]上述工程粧的布設(shè)方式解決了工程中棘手的基礎(chǔ)抗壓和抗拉的問(wèn)題，但這種方式也存在一定缺陷，主要表現(xiàn)在:(1)由于抗壓粧和抗拉(浮)粧兩套系統(tǒng)的存在，使建筑基礎(chǔ)底面的粧密度大幅度變大，這一方面大幅度增加了工程投資，延長(zhǎng)了工期，同時(shí)因?yàn)榛淄翆颖还こ袒挃D緊，會(huì)產(chǎn)生粧身偏位、甚至粧無(wú)法下壓等問(wèn)題，增加了施工作業(yè)難度。(2)抗拉(浮)粧存在結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，粧上端與基礎(chǔ)底板連接節(jié)點(diǎn)、預(yù)制粧的接頭部位等由于連接構(gòu)造問(wèn)題及抗拉強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生受拉破壞，會(huì)嚴(yán)重制約抗拉粧的性能充分發(fā)揮。(3)抗拉粧受力性能不夠理想，由于拉應(yīng)力沿粧長(zhǎng)方向非均布(如圖8 (a)和(b)所示)，且混凝土抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/10到1/20，混凝土粧身在早期較低拉伸力下就會(huì)產(chǎn)生開裂，混凝土開裂會(huì)使粧身鋼筋受地下水侵蝕，會(huì)嚴(yán)重影響抗拉粧的耐久性，造成建筑結(jié)構(gòu)可靠度下降。
[0009]綜上所述，目前工程中采用的在基礎(chǔ)底部同時(shí)設(shè)置抗壓粧和抗拉(浮)粧兩套獨(dú)立的受力體系的做法在工程造價(jià)、工期、施工和結(jié)構(gòu)耐久性等方面尚存在一定缺陷，需要在原有工藝做法基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究?jī)?yōu)勢(shì)更加明顯的基礎(chǔ)類型和工藝做法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)行建筑工程粧基礎(chǔ)的不足，提供一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復(fù)合基礎(chǔ)及施工工藝，承受建筑結(jié)構(gòu)的拉、壓雙向作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，施工可靠、快捷，管粧及錨桿的受力性能、可靠度、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)及工藝做法。
[0011]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復(fù)合基礎(chǔ)，嵌固于建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板的下方，包括管粧和設(shè)于管粧空腔內(nèi)的錨桿，所述基礎(chǔ)底板內(nèi)預(yù)留有錨固孔，該錨固孔中預(yù)埋張拉端錨具；
所述錨桿由錨索、連接于錨索下端的預(yù)制錨頭構(gòu)成，所述預(yù)制錨頭埋設(shè)于基礎(chǔ)底板下方的土體內(nèi)；所述錨索的上端自管粧中穿出伸至所述錨固孔中，待張拉后用所述張拉端錨具鎖定；
所述管粧支撐于的基礎(chǔ)底板和預(yù)制錨頭之間，管粧下端與預(yù)制錨頭的上端面固定連接，上端與基礎(chǔ)底板固定連接。
[0012]優(yōu)選的，所述管粧可選用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋混凝土管粧、混凝土管粧或鋼管粧，但不局限于上述幾種類型。
[0013]優(yōu)選的，所述錨索為鋼錨索。
[0014]進(jìn)一步，所述預(yù)制錨頭為預(yù)制鋼筋混凝土材質(zhì)的圓錐形結(jié)構(gòu)，倒置于基礎(chǔ)底板下方的土體內(nèi)，其上端面的直徑不小于管粧外徑。當(dāng)然，也可根據(jù)所處土層情況及基礎(chǔ)受力條件采用其他形狀、材質(zhì)的預(yù)制錨頭，但其上端面需能與管粧下端匹配。
[0015]其中，所述錨索的下端通過(guò)埋置于預(yù)制錨頭內(nèi)的固定端錨具與預(yù)制錨頭固定連接。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復(fù)合基礎(chǔ)的施工工藝，包括如下步驟:
(1)制備錨桿:加工錨索，預(yù)制鋼筋混凝土材質(zhì)的圓錐形預(yù)制錨頭，在預(yù)制錨頭預(yù)制時(shí)埋入固定端錨具，并確保固定端錨具和預(yù)制錨頭連接穩(wěn)固；將錨索下端錨固在固定端錨具中；根據(jù)實(shí)際情況決定是否在錨索的外側(cè)套裝內(nèi)層防護(hù)套管和外層防護(hù)套管；
(2)根據(jù)土體選擇合適的管粧，將按步驟(1)裝配好的錨桿自管粧的空腔穿出，然后將管粧的下端與預(yù)制錨頭的上端面固定連接；
(3)用沉粧機(jī)械將連接在一起的管粧和錨桿一同壓入土體至設(shè)計(jì)深度，沉粧過(guò)程中應(yīng)注意控制粧頂標(biāo)高和粧身垂直度；
(4)基礎(chǔ)底板施工，在基礎(chǔ)底板內(nèi)預(yù)留的錨固孔，并在錨固孔內(nèi)預(yù)埋張拉端錨具；
(5)待基礎(chǔ)底板施工完成，滿足張拉條件后，張拉錨桿，然后用張拉端錨具鎖定錨索于錨固孔內(nèi)，灌漿封錨。
[0017]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
1、本發(fā)明保留傳統(tǒng)方案中的抗壓管粧，以抗拉錨桿取代抗拉粧，抗拉作用由與抗壓管粧復(fù)合為一體的抗拉錨桿承擔(dān)，抗壓管粧與抗拉錨桿復(fù)合一體，共同構(gòu)成一種可承受拉、壓雙向荷載作用的管粧-錨桿復(fù)合基礎(chǔ)，具有粧錨合一、同步施工、節(jié)點(diǎn)可靠、受力合理、計(jì)算簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。由于取代了抗拉粧群，本方案在降低用粧量的同時(shí)，可以有效降低基底土層的“擠土效應(yīng)”。施工過(guò)程中管粧-錨桿一次性完成，在確保結(jié)構(gòu)受力和可靠度的前提下，能夠降低工程造價(jià)、縮短工期和施工作業(yè)難度。
[0018]2、本發(fā)明中的抗壓管粧下端與預(yù)制錨頭合為一體，錐形錨頭尖端能提高管粧的破土能力，可以提高管粧施工速度，保證管粧的垂直度和對(duì)中性，圓錐形的預(yù)制錨頭有效增大管粧下端的承載面積，有效提高抗壓管粧的承載能力。
[0019]3、管粧作為抗拉錨桿的載體，與抗拉錨桿、粧周土三者共同工作，可以提供建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠的抗拉力。配合大直徑管粧、大體積預(yù)制錨頭及高強(qiáng)度錨索可以提供更大的抗拉力。用高強(qiáng)鋼絞線制作的預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)于控制結(jié)構(gòu)變形和承受潮汐、水流、風(fēng)浪造成的交變荷載性能較好，結(jié)構(gòu)抗疲勞性能明顯提高。
[0020]4、“粧-錨同步”的施工工藝與傳統(tǒng)的抗拉錨桿施工工藝比較，施工進(jìn)度大幅提高，可以有效防止地下水和軟弱土層的不良影響，錨頭、錨索下放過(guò)程中無(wú)需護(hù)壁，即使在高水位環(huán)境下的無(wú)粘性土中也沒(méi)有“塌孔”危險(xiǎn)，確保了錨桿施工質(zhì)量。
[0021]5、充分利用不同材料受力性能，發(fā)揮鋼錨索的抗拉性能以及混凝土錨頭、混凝土管粧粧身的抗壓性能。
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