張加冕答辯課件-可回收性錨桿工藝改進及其在工程中的應用2015-12-5

1、 論文答辯題目：可回收錨桿工藝改進可回收錨桿工藝改進 及其在工程中的應用及其在工程中的應用 姓 名 ：張加冕 專 業(yè) ：建筑與土木工程指導老師：論文主要內(nèi)容 桿 試驗 改進 改進 研究路線如下圖有限元仿真分析現(xiàn)場檢測與監(jiān)測可回收錨桿生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)等確定可回收錨桿的生產(chǎn)和施工工藝的改進西安地鐵2#線、西安市北客站南地下廣場基坑支護工程分析內(nèi)因和外因理論分析研究內(nèi)容及目標1. 錨桿的可回收性研究主要內(nèi)容 錨桿的定義和分類 錨桿的作用和用途 錨桿的力學性質(zhì) 錨桿的物理性質(zhì) 錨桿的工程特性 錨桿的可回收性分析1. 錨桿的可回收性研究1.1 錨桿的定義和分類1.1.1 錨桿的定義 現(xiàn)在錨桿不僅用于礦

2、山，也用于工程技術(shù)中，對邊坡，隧道，壩體進行主體加固。錨桿組成必須具備的因素：（1）桿體的抗拉強度必須高于周圍巖土體；（2）桿體深入巖土體的一端和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結(jié)）阻力；（3）桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力。 錨桿實物圖1.1.2錨桿的分類 錨桿按照桿體材質(zhì)可分為木錨桿、竹錨桿、螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿等； 錨桿按照錨固方式可分為脹殼式、楔縫式、粘結(jié)式、阻力式、倒錐式等； 錨桿按照性質(zhì)用途可分為注漿錨桿、可回收錨桿、預應力錨桿等?？苫厥斟^桿大體可分為六類：（1）力學式：使用特殊夾具的滑落拆除錨桿傳力桿體的方法（2）自攻螺旋式：通過自身螺旋擠壓嵌入巖土體（3）機

3、械式：機械結(jié)構(gòu)把錨桿的錨固段和自由段拆分開（4）充氣式：在海洋工程施工過程中，研究創(chuàng)新了充氣式錨桿（5）擴體式：擴體技術(shù)就是通過應用一種特種錨桿鉆桿改變成孔直徑，使自由段成孔直徑比較小，而土體深處錨固段的成孔直徑被擴大，增大錨固段直徑，提高錨固段的摩阻力，（6）化學式：在錨桿桿體的錨固段和自由段分界位置設(shè)計一個容器，容器內(nèi)預先設(shè)置填充一種特種化學試劑，錨桿回收的時候，通過一些方式引燃容器內(nèi)的化學試劑，通過高溫將錨桿金屬桿體融化切斷，拔出錨桿自由段。 1.2 錨桿的作用和用途1.2.1 錨桿的作用錨桿的作用在支護體系中實質(zhì)是錨拉作用，即通過錨桿插入巖土體，改變巖土體的自身結(jié)構(gòu)，通過錨桿的錨固拉拔

4、對圍護結(jié)構(gòu)周圍的巖土體進行擠壓，提高巖土體自身承載能力。 1.3錨桿的力學性質(zhì)錨桿的力學性質(zhì)在不同的地質(zhì)條件中有所不同，錨桿的種類繁多，不同結(jié)構(gòu)的錨桿在同一種地質(zhì)條件下，有各自不同的力學性質(zhì)。由于錨桿的應用廣泛，錨桿在不同工程領(lǐng)域應用中，作用不同，錨桿的力學性質(zhì)不同?，F(xiàn)階段的研究理論，錨桿的力學作用大體分為三類：懸吊、組合和擠壓 。 1.4錨桿的物理性質(zhì)錨桿在工程中的應用，是作為結(jié)構(gòu)中的拉錨結(jié)構(gòu)，應力通過錨桿的桿體由錨桿的一端傳導到另一端。錨桿由于在施工中具體選用的原材不同，各種錨桿的物理性質(zhì)也各不相同。根據(jù)選用材料有螺紋鋼、竹、木、鋼管、鋼絞線等，錨桿自身的剛性、硬度、撓度、破斷力等物理性質(zhì)

5、各不相同。錨桿采用的錨固材料有化學錨固劑、純水泥漿、水泥砂漿、碎石混凝土等，因此錨桿作為一種組合結(jié)構(gòu)的物理特性也各不相同。 錨桿的工程特性工程施工中基坑支護領(lǐng)域，錨桿應用范圍廣。錨桿在支護技術(shù)中作為一種結(jié)構(gòu)，有其特殊的工程特性。錨桿的工程特性：錨固力、抗拔力、預應力、拉拔延伸率等。按照錨桿是否有預應力分為預應力錨桿和非預應力錨桿。錨桿根據(jù)其受力方向和工程特性可分為承壓的壓力型和抗拉拔的拉力型。 錨桿的可回收性分析隨著錨桿技術(shù)的成熟，工程施工中錨桿的使用量越來越大，但是許多大城市發(fā)文禁止基坑支護中使用錨桿（錨索），原因是錨桿（錨索）設(shè)計的水平長度都在20m以上，超出規(guī)劃紅線很多，給周圍后續(xù)地下工

6、程造成施工困難。錨桿支護結(jié)構(gòu)作為基坑支護重要結(jié)構(gòu)，在工程中有很大的經(jīng)濟和工效優(yōu)勢，基坑支護首選錨桿支護。為了在工程中使用錨桿，錨桿的可回收性被人們越來越重視。錨桿的可回收性根據(jù)回收部位有局部回收的和全部回收的。可回收性的技術(shù)實現(xiàn)方法有機械拆解法，化學試劑分解法、微爆破截斷法等。對錨桿的可回收性的理論研究也只是定性分析。 2.自攻式深基坑可回收錨桿的發(fā)明自攻式深基坑可回收錨桿的發(fā)明可回收性錨桿的研究背景可回收性錨桿的適用范圍可回收性錨桿的組成結(jié)構(gòu)及其性能可回收性錨桿的創(chuàng)新之處 2 自攻式深基坑可回收錨桿的發(fā)明自攻式深基坑可回收錨桿的發(fā)明 本節(jié)針對自攻式深基坑可回收錨桿的適用范圍、組成結(jié)構(gòu)及其性能

7、和創(chuàng)新之處進行的全面的研究。2.1 可回收性錨桿的研究背景 錨桿支護技術(shù)是用于基坑和邊坡的一種比較新型支護技術(shù)。錨桿自上世紀70年代應用于基坑支護技術(shù)領(lǐng)域以來，由于其投資低、施工進度快、工藝結(jié)構(gòu)簡單，在國內(nèi)基坑支護中得到廣泛應用。 許多正在進行地鐵建設(shè)的大城市已經(jīng)發(fā)布紅頭文件明令禁止使用不可回收錨桿，禁止基坑施工地下支護超越土地規(guī)劃紅線?；谝陨显?，研究應用可回收錨桿成為急切需要解決的問題。 2.2 可回收性錨桿的適用范圍2.2.1可回收錨桿適用地質(zhì)條件適應地質(zhì)條件：可以廣泛應用于一般土層和一般砂層基坑支護錨固體系中?？苫厥斟^桿適用的土層地質(zhì)條件包括一般粉土、一般雜填土、普通粘性土、一般性黃

8、土、硬度比較低的硬質(zhì)粘土等2.2.2 可回收錨桿適用的基坑設(shè)計參數(shù)條件可回收錨桿適用的抗拔力要求，在一般土層和砂層應用，抗拔力經(jīng)過現(xiàn)場試驗測試：3m入土深度，拉拔力在20kN，可以作為邊坡土體加固的土釘應用。錨桿本身是中空的，有預留注漿孔，可用于注漿加固。如果通過錨桿進行注漿處理，錨桿抗拔強度等同于錨桿自身桿體破斷強度，可達100kN。在樁錨支護體系中，樁間應用可回收錨桿，錨桿單根長度應在11.5m14.5m，用大扭矩力錨桿鉆機安裝，錨桿抗拔力可以滿足15米以內(nèi)深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)對錨桿抗拔力的技術(shù)要求。 可回收性錨桿的組成結(jié)構(gòu)及其性能自攻式可回收深基坑錨桿主要由連接盤、錨桿尾部接頭、桿體、接桿

9、焊合件、中間接頭、套管接頭、前端接頭、前端錨桿和前端鉆頭組成。錨桿尾部接頭上設(shè)有螺紋，桿體、套管接頭和前端錨桿外繞有異性三角鋼絲，形成螺旋形狀，鉆頭焊接在前端錨桿上。桿體外繞三角鋼絲創(chuàng)新是可回收錨桿的關(guān)鍵技術(shù)隨著絲高增大，桿體的抗拔力也增大；桿體嵌入土體的長度增加，抗拔力也增大。每節(jié)桿體之間的特制連接頭，六方錐形連接確保實現(xiàn)錨桿抗拔力、可以大扭矩正反轉(zhuǎn)、可以承受大推力的技術(shù)要求。 可回收性錨桿的創(chuàng)新之處自攻式可回收深基坑錨桿在工程應用中以“經(jīng)濟、高效、綠色環(huán)?！睘橹饕獎?chuàng)新點。（1）不需要養(yǎng)護水泥漿錨固段，不需要混凝土等強，實現(xiàn)快速支護；（2）在基坑支護工程中，自攻式可回收深基坑錨桿替代鋼支撐，

10、增大后續(xù)施工作業(yè)面，使土方開挖的施工效率提高一倍以上，主體結(jié)構(gòu)施工速度加快30；（3）自攻式可回收深基坑錨桿對地下空間不會造成污染，可回收再利用，降低工程成本，低碳環(huán)保；（4）自攻式可回收深基坑錨桿的分布密度和單根長度可根據(jù)工程隨時調(diào)整，（5）錨桿安裝完畢后，不需要等強，安裝即可張拉，有效控制圍護結(jié)構(gòu)變形量；（6）施工速度比傳統(tǒng)錨桿(索)提高十倍以上，可實現(xiàn)安全高效快速施工。自攻式深基坑可回收錨桿示意圖 3 可回收性錨桿作用機理及其拉拔試驗 3 可回收性錨桿作用機理 及其拉拔試驗 3.1 荷載傳遞機理 3.2 錨固原理 3.3 抗拔力計算 3.1 載荷傳遞機理自攻式深基坑可回收錨桿是一種特殊類

11、型的錨桿，它屬于自旋式，主要是利用螺旋絲的多點接觸力傳遞荷載的。錨桿以自攻旋進形式進入巖土體中，桿體上的螺旋絲深深嵌入巖土體，形成多點接觸結(jié)構(gòu)。由于桿體上螺旋絲與巖土緊密接觸和相互擠壓，產(chǎn)生比較大的摩擦力，當巖土體沿錨桿桿體方向平移時，產(chǎn)生比較大的摩阻力和剪切力，增加巖土體的自穩(wěn)性，防止巖土體形變。 3.2 錨固原理錨固原理 自攻式深基坑可回收錨桿的抗拔力經(jīng)過研究由三方面組成：破壞面內(nèi)巖土體的自身重量、破壞面上剪應力合力的垂直分量和錨桿自身的重量。通常錨桿的重量遠遠小于拉拔力，可以忽略不計。 通過理論和試驗研究，錨桿在進行破壞拉拔時，破壞面的形狀是比較復雜的，受多種因素影響?？蓪⑵茐拿婧喕蓤A

12、筒形，圓筒行可以看成是錐形的特例。 錨桿的螺旋體的抗拔力由三部分組成：錨桿與巖土體的摩擦力、螺旋絲剪切阻力和圓柱破壞面的摩擦力組成。3.3 抗拔力計算抗拔力計算公式是根據(jù)錨桿所引起的破壞面推導出來的，首先需要用FLAC3D軟件模擬錨桿破壞的破壞面，得出的錨桿破壞面形狀如下：圖4.1 錨桿破壞面情況 在進行計算公式推導之前，對實際的破裂面進行一定的理論簡化。通過分析研究，可以把實際破裂面簡化成錐形，進行理論研究。簡單的說，就是將實際曲線簡化為與螺旋葉片邊緣相交，與水平面夾角為的斜線。 在進行理論分析時，做了三條假設(shè)，假設(shè)如下： （1）巖土體是均勻介質(zhì)，各個方向性質(zhì)一樣，本構(gòu)關(guān)系為非線性； （2）

13、螺旋葉片是薄的，并而是剛性的，假定不變形； （3）錨桿自重遠遠小于拉拔力，假定計算時不計。簡化的錨桿破壞面的受力情況 測壓系數(shù)的曲線 錨固力的實測值和公式計算值的比較 4 生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進4.1 扭矩安裝扭矩安裝4.2 螺旋結(jié)構(gòu)可行性試驗螺旋結(jié)構(gòu)可行性試驗4.3 生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進4.1扭矩安裝自攻式深基坑可回收錨桿是一種自旋螺旋錨桿，由于這種錨桿的特殊性，它的安裝工藝及施工設(shè)備與其它類型的錨桿完全不同，安裝錨桿需要施加一定的安裝扭矩和軸向壓力，在旋轉(zhuǎn)運動作用下旋入土層中，因而安裝扭矩是這種錨桿施工過程中的重要參數(shù)。安裝錨桿的設(shè)備比較特殊，鉆機的最大扭矩力是施工的重要

14、參數(shù)指標。安裝錨桿的扭矩力受影響的因素很多，主要有：錨桿自身幾何形狀，施工的地質(zhì)條件，施工的工藝等。確定錨桿的扭矩力是一個技術(shù)研究方向，需要科學依據(jù)。原地旋轉(zhuǎn)簡化計算模型。 4.2 螺旋結(jié)構(gòu)可行性試驗 (1)可行性試驗試驗1 試驗主要設(shè)備：手持式風炮，手持式電動錨桿鉆機，拉拔器，小型加固腰梁等試驗設(shè)備試驗2試驗主要設(shè)備：潛孔鉆機，拉拔器，小型加固腰梁等 4.3 生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進 4.3.1 熱軋制作特種異性三角鋼絲技術(shù)熱軋制作特種異性三角鋼絲技術(shù) +4.3.2錨桿繞絲機的研發(fā)創(chuàng)新錨桿繞絲機的研發(fā)創(chuàng)新 5 施工工藝和設(shè)備的改進 5.1 施工工藝的改進1、錐形六方連接技術(shù)錨

15、桿整體抗拔力的薄弱部位有兩個：一組兩個連接件之間的連接部位；錨桿桿體與連接件的焊接部位。針對以上兩個薄弱環(huán)節(jié)，進行加固處理。2、泥漿護壁引孔技術(shù)、泥漿護壁引孔技術(shù)在施工過程中，為了降低扭矩力，提高施工效率，降低設(shè)備功耗，在滿足錨桿設(shè)計抗拔力的要求下，先用小直徑鉆桿成引孔，再進行錨桿安裝，極大的降低錨桿安裝的摩阻力。3、高壓水沖孔技術(shù)、高壓水沖孔技術(shù)為了在施工中，快速成引孔，結(jié)合原有工程施工經(jīng)驗，設(shè)計研制了小直徑鉆桿成孔技術(shù)和高壓水沖孔技術(shù)。 5.2 施工設(shè)備的改進施工設(shè)備的改進1、高效耐壓注水器：合理選擇密封件，提供耐用效果 可回收錨桿在工程應用中遇到一系列的技術(shù)問題，通過解決這些技術(shù)問題，設(shè)

16、計制作了三種專用施工設(shè)備和機具：高效耐壓注水器、便攜錨桿鉆機（MG-28），小型高壓泥漿泵（三缸）。這三種機具設(shè)備在施工中的應用，提高了施工效率，降低了用工量。+2、便攜錨桿鉆機MG-28研究設(shè)計一種重量在30kg以內(nèi)，12人就能操作的，扭矩力大， 能安裝加力桿，鉆速高，能注漿的輕型錨桿鉆機。+3、小型高壓注漿泵（三缸）小型高壓泵技術(shù)參數(shù)為：流量為2050L/min，壓力為4MPa-10MPa， 動力為電動2.2kw，重量在4050kg范圍內(nèi)。應優(yōu)先聯(lián)軸器驅(qū)動三缸 柱塞泵。設(shè)計改造的高壓泵如圖： 6 6 可回收性錨桿在工程中的應用6.1工程概況工程概況6.2基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計6.

17、3施工準備和施工順序施工準備和施工順序6.4錨桿施工內(nèi)容和配合要求錨桿施工內(nèi)容和配合要求6.5錨錨 桿桿 抗抗 拉拉 拔拔 試試 驗驗 6.1 工程概況工程概況西安地鐵西安地鐵3號線港務(wù)區(qū)地鐵車站可回收錨桿工程應用案例號線港務(wù)區(qū)地鐵車站可回收錨桿工程應用案例:標準段底板埋深約11.70m，采用明挖法施工。地層以砂層為主。 6.2 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計基坑支護總體上采用上部“錨桿墻”，下部排樁加錨桿的支護型式，錨桿采用可回收錨桿。支護斷面如圖7.2所示： 6.3 施工準備和施工順序施工準備和施工順序 6.4錨桿施工錨桿施工 （一）可回收錨桿施工工藝 鉆孔機具進場鉆孔機械安裝就位鉆孔打

18、設(shè)加圍檁試張拉張拉、錨固回收 （1）安規(guī)定位置進行放坡開挖，預留一定的富余量，人工開挖和機械開挖應該相互配合和補充。 6.5錨桿施工的配合要求：主要是與土方開挖的配合施錨桿施工的配合要求：主要是與土方開挖的配合施工工 6.6 錨桿抗拉拔試驗錨桿抗拉拔試驗錨桿支護施工必須進行錨桿的現(xiàn)場抗拉拔試驗，通過第三方進行試驗，拉拔力試驗是根據(jù)錨桿圖紙設(shè)計拉拔力參數(shù)進行的。通過拉拔力試驗滿足設(shè)計要求，確定錨桿的工程質(zhì)量，保證基坑支護結(jié)構(gòu)的安全。拉拔力試驗的錨桿數(shù)量應該是錨桿施工總數(shù)量的1%，最少三根錨桿。序號規(guī)格型號入土深度施工時間用時扭矩力(最大)入土角度134*3m3.1m8：008:1313分鐘1431Nm15234*3m3.05m8:158