囊式擴(kuò)體錨桿與普通錨桿比較與分析

引言
　　隨著中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展和城市建設(shè)用地的日益稀缺，近年來，地下空間建設(shè)正在向更深、更大的方向發(fā)展。大量的巨型地下交通樞紐、港口船閘、多層地下商城、地下倉庫和車庫、地下水庫和地下人防工程在大中型城市中不斷涌現(xiàn)。伴隨而來的深大基坑支護(hù)工程和地下空間抗浮工程正面臨新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為巖土錨固技術(shù)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。傳統(tǒng)的錨桿技術(shù)曾經(jīng)是解決這些問題的重要措施，其錨固力主要是通過錨固段與土體摩阻力提供，錨固力的發(fā)展是從上部向下部逐漸發(fā)展的。研究表明，錨固段長度超過一定長度后，其錨固力增加到一定程度，上部錨固段易超過摩阻力極限至剪切破壞或滑脫，從而將剩下的錨固力轉(zhuǎn)移到下一段的錨固段中，但總的錨固力無法增長。這種傳統(tǒng)型拉力錨桿，容易產(chǎn)生蠕變，變形較大，且水泥結(jié)石體容易開裂，使筋材銹蝕。
　　為了提高土層錨桿的承載能力、安全度和耐久性，應(yīng)對地質(zhì)條件的復(fù)雜性和工程需求的多樣性，自20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了以機(jī)械擴(kuò)孔、爆破擴(kuò)孔和水力擴(kuò)孔為技術(shù)基礎(chǔ)的各類擴(kuò)體錨桿技術(shù)。擴(kuò)體型錨桿以其承載力高、變形量小、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為國內(nèi)外工程界廣泛關(guān)注的錨桿類型之一。
　　1 錨桿錨固原理
　　囊式擴(kuò)體錨桿的基本結(jié)構(gòu)是由無粘結(jié)線材構(gòu)成的自由段和帶有囊式膨脹擠護(hù)體的端承錨固段組成，其各組成部分見圖1。
　　在將裝配式擴(kuò)體錨索置人鉆孔中的預(yù)設(shè)位置后，通過預(yù)設(shè)的分離式注漿管，向裝配式擠擴(kuò)體內(nèi)注人一定配比的水泥槳液；隨著漿體的注人，鉆孔內(nèi)的囊式膨脹擠擴(kuò)體逐漸向預(yù)設(shè)的形狀膨脹，同時(shí)，囊體周圍土體和漿液逐漸被壓密；伴隨膨脹壓力的提高，土體擠密區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，最終預(yù)估擠密區(qū)的影響范圍可以達(dá)到囊體膨脹后直徑的兩倍范圍。在經(jīng)過擠密后，根據(jù)土體的密度-有效應(yīng)力-抗剪強(qiáng)度的對應(yīng)原則，囊體周圍土體的強(qiáng)度提高，從而在膨脹水泥漿擠擴(kuò)體的端承效應(yīng)下，大大提高單根錨桿的極限承載力。傳統(tǒng)錨桿依靠錨固段與周圍土體的粘結(jié)力和摩擦效應(yīng)來傳遞荷載，所以錨固力的大小取決于有效錨固段的長度，是拉力型錨桿；而承壓型囊式擴(kuò)體錨桿主要依靠膨脹擠擴(kuò)體的端壓作用承載，錨固力的大小主要取決于膨脹擠擴(kuò)體的端頭面積，所以膨脹擠護(hù)體的長度只需滿足能夠?qū)ν馏w有效擠密的要求即可，錨固段的長度可以縮短，是壓力型錨桿。
　　2 經(jīng)濟(jì)性分析
　　本文以南京某項(xiàng)目C北地塊待建建筑為例，分析普通錨桿和囊式擴(kuò)體錨桿在工程應(yīng)用方面的經(jīng)濟(jì)性。
　　2.1 工程概況
　　該項(xiàng)目C地塊主要建筑為4棟高層及1棟多層，均設(shè)有地下室，場地北部約42m范圍為一層地下室，場地南部為二層地下室，多層及無上部建筑的地下室部分因上部荷載小于地下水浮力，需做抗浮設(shè)計(jì)處理。
　　場地、地形：工程場區(qū)地形自然標(biāo)高約在37.66～54.29m左右。地下水情況：場地地下水常年最高設(shè)計(jì)水位為地表下0.5m，年變化幅度為1m。
　　根據(jù)地勘報(bào)告知道土層分布分別為①1層雜填土、①2層素填土、③2層粉質(zhì)粘土、③3層黏土、④層含卵礫石粉質(zhì)黏土、⑤1層全風(fēng)化凝灰質(zhì)安山巖、⑤2A層強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)安山巖、⑤3A層中風(fēng)化凝灰質(zhì)安山巖（破碎），該場地比較適合采用錨桿進(jìn)行抗浮，下面就普通錨桿和囊式擴(kuò)體錨桿進(jìn)行比選，其余灌注樁類由于經(jīng)濟(jì)性較差，不在討論范圍內(nèi)。
　　2.2 承載力計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性分析
　　根據(jù)場地的地層情況，分別計(jì)算普通錨桿、囊式擴(kuò)體錨桿的每10KN承載力，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比。
　　由于場地北側(cè)持力層較淺，南側(cè)持力層較深，本分析報(bào)告以場地中部的FK62勘探孔的地層為參考依據(jù)，該勘探孔位置為二層地下室，根據(jù)建筑師提供的建筑圖紙，地下室頂板標(biāo)高為-11.15m， 板厚為500mm，則底板底標(biāo)高為-11.65m，相當(dāng)于絕對標(biāo)高33.35m。
　　按囊式擴(kuò)體錨桿持力層入5-3A層或5-3層考慮，則錨桿長可選擇為9m，按此樁長分別計(jì)算普通錨桿、囊式擴(kuò)體錨桿的單樁承載力，進(jìn)而分析其造價(jià)。
　　兩種錨桿承載力計(jì)算結(jié)果與經(jīng)濟(jì)性分析見表1，2（由于篇幅所限承載力計(jì)算過程略）
　　（表2單價(jià)按建設(shè)方成本部提供）
　　3.綜上述實(shí)例分析，囊式擴(kuò)體錨桿較普通錨桿相比，造價(jià)能節(jié)省10%以上，由于本工程場地對普通錨桿來說幾乎沒有自由段，而如果場地條件沒有這么理想時(shí)，普通錨桿的自由段長度將會更長，價(jià)格優(yōu)勢還會擴(kuò)大。囊式擴(kuò)體錨桿相較于普通錨桿在技術(shù)性、高效性、耐久性、性價(jià)比上、環(huán)保性具有巨大優(yōu)勢。