后張預應力地下連續(xù)墻的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種后張預應力地下連續(xù)墻，該地下連續(xù)墻的固定端錨具的固定端錨板有錐孔，與固定端夾片配合，利用錐孔的楔緊將預應力鋼筋錨固，固定端錨墊板和固定端螺旋筋共同組成固定端錨板下受力構(gòu)件，張拉端錨具包括有張拉端錨板、張拉端錨墊板、張拉端夾片、張拉端螺旋筋；預應力鋼筋從波紋管中穿過，鋪設(shè)并固定在鋼筋籠上之后，預應力鋼筋兩端再分別固定到固定端錨具和張拉端錨具上，鋼筋籠和波紋管外周填充有混凝土而形成后張預應力地下連續(xù)墻。同時提供一種后張預應力地下連續(xù)墻的施工方法。有益效果是后張預應力地下連續(xù)墻的截面減少15%、抗震性增加20%、鋼筋節(jié)約30%，混凝土節(jié)約15%，符合了現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。
【專利說明】后張預應力地下連續(xù)墻
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種承載能力高、剛度大、抗裂能力強且用鋼量少的地連墻結(jié)構(gòu)，特別是一種后張預應力地下連續(xù)墻。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地連墻結(jié)構(gòu)一般應用在房建、市政及港口等地下工程和近岸工程領(lǐng)域，并作為主體或者圍護結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)地連墻主要施工步驟:1)采用專業(yè)地連墻成槽設(shè)備開挖槽段；2)制作鋼筋籠；3)起吊并下放鋼筋籠；4)水下澆注混凝土 ；5)樁頭鑿除。按此步驟一幅地連墻施工完成，每幅地連墻循環(huán)往復以上步驟。
[0003]隨著科技的快速進步和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，大型基坑和深水板樁碼頭等工程對地連墻強度、剛度和耐久性提出了更高的要求，為了滿足地連墻承載力、變形和裂縫控制的要求，地連墻的截面尺寸、深度及鋼筋量不斷地增加。帶來的問題是，一旦地連墻厚度、深度和用鋼量增大，其抗震性能將會削弱，同時地連墻成槽、鋼筋籠吊裝和混凝土澆注等施工難度和風險也將會上升,隨之帶來的地連墻成本也會加大。
[0004]在港口工程建設(shè)中，單錨地連墻通常僅適用于3萬噸級以下的中小型碼頭，船舶大型化和碼頭深水化的發(fā)展趨勢對該種結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。當碼頭前沿水深達到一定深度，單純靠增加地連墻的厚度已經(jīng)無法解決承載力的問題，因為厚度的增加也加劇了彎矩的增大。此時，為使地連墻能滿足深水碼頭的使用功能，往往需要在地連墻后增設(shè)遮簾樁或卸荷承臺等其他減小土壓力的結(jié)構(gòu)措施，以達到減小前地連墻彎矩的目的，以上措施大大增加了碼頭水工建筑物的造價。而如果采用后張預應力地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，則可以考慮取消地連墻后的減壓構(gòu)件。以唐山港曹妃甸港區(qū)某10萬噸級煤炭碼頭為例，如果按照常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要采用后面帶有遮簾樁的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，此時，前地連墻彎矩為1708KN.m/m,地連墻含鋼量為μ mmjj= 180kg/m3 ;如果采用后張預應力地下連續(xù)墻形式，則可以取消遮簾樁，此時前地連墻彎矩為2971KN.m/m，地連墻所需含鋼量為μ預財=29kg/m3，μ _應力=142kg/m3。在以上斷面優(yōu)化設(shè)計中，碼頭工程按照每單延米考慮，在前地連墻總含鋼量基本沒有增加的前提下，取消遮簾樁可以節(jié)省約30%鋼筋混凝土，故可見后張預應力地下連續(xù)墻的開發(fā)應用帶來的經(jīng)濟性是非常顯著的。
[0005]另一方面，地連墻的組成主要為鋼筋和混凝土。理論上講，通過提高地連墻鋼筋和混凝土的強度可以提高地連墻的承載力。但是，從以往大型基坑和深水板樁碼頭的地連墻原型觀測來看，地連墻受力在遠沒達到設(shè)計值時，地連墻的變形和裂縫就已經(jīng)達到了設(shè)計值，這說明對于使用高強鋼筋和混凝土的地連墻來說，承載力已經(jīng)不是影響地連墻的主要因素，撓度和裂縫才是地連墻設(shè)計和施工的決定性因素，因此地連墻采用高強鋼筋和高強混凝土不能充分發(fā)揮它們的作用。另外，地連墻施工需要水下澆注混凝土，混凝土必須具有良好的和易性和流動性，在地連墻施工中混凝土強度等級一般不會超過C40，而提高混凝土強度等級對提高地連墻的抗裂性和控制裂縫的寬度作用也是極其有限的。
[0006]傳統(tǒng)地連墻采用HRB400鋼筋作為抗拉材料，該鋼筋的抗拉強度設(shè)計值fy=360N/mm2。而后張預應力地下連續(xù)墻是采用鋼絞線作為抗拉材料，鋼絞線的抗拉強度設(shè)計值fpy=1320N/mm2。在同等的拉力作用下，采用鋼絞線能有效降低用鋼量，從而節(jié)約成本、減少資源的消耗。
[0007]如果地連墻繼續(xù)沿用橋梁、房建等預應力結(jié)構(gòu)的工藝施工時，會出現(xiàn)一些問題:1)預應力鋼筋鋪設(shè)完成后，需要吊裝方能達到預定位置，預應力鋼筋在下放過程中可能發(fā)生局部變形或移位，影響受力效果；2)水下澆注混凝土，混凝土質(zhì)量控制難度較陸上澆筑混凝土大，特別是預應力固定端和張拉端混凝土附近混凝土一旦強度不足，將嚴重影響后續(xù)施工(即施加預應力時，固定端或張拉端混凝土破碎)；3)由于地連墻埋于地下，故孔道灌漿時無法像橋梁、房建等預應力結(jié)構(gòu)一樣在側(cè)壁開排氣孔。
[0008]傳統(tǒng)的地連墻結(jié)構(gòu)在面臨大型基坑和深水板樁碼頭等工程建設(shè)時，已經(jīng)出現(xiàn)施工風險大、耗材多和施工成本高等弊病，地連墻的發(fā)展已經(jīng)不再符合我國向節(jié)約型和科技創(chuàng)新型社會發(fā)展的趨勢，需要一種新的地連墻形式來實現(xiàn)其可靠性、耐久性和經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述地連墻發(fā)展過程中的存在的問題，本實用新型的目的是提供一種后張預應力地下連續(xù)墻，以提高地連墻的承載力、剛度和抗裂能力；另外，后張預應力地下連續(xù)墻有效地減少了地連墻的鋼筋量，從而降低了地連墻鋼筋籠吊裝的難度和風險。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種后張預應力地下連續(xù)墻，其中:該地下連續(xù)墻包括有固定端錨具、張拉端錨具、預應力鋼筋、波紋管、鋼筋籠及混凝土 ；所述固定端錨具包括有固定端錨板、固定端錨墊板、固定端夾片、固定端螺旋筋，固定端錨板有錐孔，與固定端夾片配合，利用錐孔的楔緊將預應力鋼筋錨固，固定端錨墊板和固定端螺旋筋共同組成固定端錨板下受力構(gòu)件，以滿足承載和傳遞預應力的要求；所述張拉端錨具包括有張拉端錨板、張拉端錨墊板、張拉端夾片、張拉端螺旋筋，其連接方式與固定端錨具相同；所述預應力鋼筋從波紋管中穿過，鋪設(shè)并固定在鋼筋籠上之后，預應力鋼筋兩端再分別固定到固定端錨具和張拉端錨具上，鋼筋籠和波紋管外周填充有混凝土，這樣就形成后張預應力地下連續(xù)墻。
[0011]本實用新型的效果是后張預應力地下連續(xù)墻在外荷載作用于地連墻之前，利用設(shè)預應力鋼筋張拉后的彈性回縮，對地連墻受拉區(qū)的混凝土預先施加壓力，產(chǎn)生預壓應力，使后張預應力地下連續(xù)墻充分發(fā)揮預應力鋼筋抗拉強度高和混凝土抗壓能力強的特點，可以顯著提高地連墻的承載能力。另一方面，后張預應力地下連續(xù)墻在外荷載作用時，首先抵消預應力，然后隨著外荷載的增加，受拉區(qū)混凝土才開始受拉，從而延遲了地連墻裂縫的出現(xiàn)和開展，提高了地連墻的剛度和抗裂能力。另外，后張預應力地下連續(xù)墻有效地減少了地連墻的鋼筋量，從而降低了地連墻鋼筋籠吊裝的難度和風險。也就是說，后張預應力地下連續(xù)墻能夠提高地連墻的強度、剛度、抗裂性，減少用鋼量。與傳統(tǒng)地連墻相比，在同樣條件下，后張預應力地下連續(xù)墻截面減少15%、抗震性增加20%、鋼筋節(jié)約30%，混凝土節(jié)約15%等優(yōu)勢，符合了現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。
【專利附圖】

【附圖說明】[0012]圖1為本實用新型的后張預應力地下連續(xù)墻示意圖；
[0013]圖2為本實用新型的施加預應力時地連墻受力示意圖；
[0014]圖3-1、3_2為本實用新型的施加預應力后地連墻工作受力和傳統(tǒng)地連墻工作受
力比較示意圖；
[0015]圖4為本實用新型的預應力鋼筋下料示意圖；
[0016]圖5為本實用新型的帶預應力鋼筋的地連墻鋼筋籠起吊示意圖；
[0017]圖6為本實用新型的施加初始預應力前預應力筋位置示意圖；
[0018]圖7為本實用新型的施加初始預應力后預應力筋位置示意圖；
[0019]圖8為本實用新型的混凝土澆注示意圖；
[0020]圖9為傳統(tǒng)橋梁、房建等預應力結(jié)構(gòu)的孔道灌漿示意圖；
[0021]圖10為本實用新型的孔道灌漿示意圖。
[0022]圖中:
[0023]
1、地連墻混凝土 2、固定端錨板 3、固定端錨墊板
4、固定端夾片 5、固定端螺旋筋6、張拉端錨板
7、張拉端錨墊板 8、張拉端夾片 9、張拉端螺旋筋
10、波紋管11、預應力鋼筋 12、壓漿孔道
13、封錨混凝土 14、地連墻鋼筋籠15、排氣孔道
16、加長主筋17、套管18千斤頂
19、卷揚機20、導墻
L1、預應力孔道長度 L2、固定端錨具厚度
L3張拉端錨具厚度 L4、千斤頂工作長度
L5、固定端長度富余量L6、張拉端長度富余量
L7、預應力鋼筋超出導墻長度L8、加長鋼筋超出導墻長度
L9、彌4端混凝土燒注加強區(qū) L10、固定端澈疑土澆注加強區(qū)
IIl ,導墻頂標高 112、地連墻頂標高
H3、地連墻底標高 H4、實際澆注標高
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型的后張預應力地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)進一步說明。
[0025]本實用新型的應力地連墻的設(shè)計思路是在地連墻受拉區(qū)域，通過對預應力鋼筋進
行張拉后將預應力 鋼筋的回彈反力施加給地連墻混凝土，使混凝土受到一個預壓應力，產(chǎn)生一定的壓縮變形，如圖2所示。當該構(gòu)件受力后，受拉區(qū)混凝土的首先要抵消先前的壓縮變形，然后隨著外力的增加，混凝土才逐漸被拉伸，從而有效提高了地連墻的強度和剛度，同時推遲了地連墻裂縫出現(xiàn)的時間，如圖3-1、3-2所示。
[0026]本實用新型的后張預應力地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)是，該地下連續(xù)墻包括有固定端錨具、張拉端錨具、預應力鋼筋11、波紋管10、鋼筋籠14及混凝土 I ;
[0027]所述固定端錨具包括有固定端錨板2、固定端錨墊板3、固定端夾片4、固定端螺旋筋5，固定端錨板2有錐孔，與固定端夾片4配合，利用錐孔的楔緊將預應力鋼筋11錨固，固定端錨墊板3和固定端螺旋筋5共同組成固定端錨板2下受力構(gòu)件，以滿足承載和傳遞預應力的要求；
[0028]所述張拉端錨具包括有張拉端錨板6、張拉端錨墊板7、張拉端夾片8、張拉端螺旋筋9，其連接方式與固定端錨具相同；
[0029]所述預應力鋼筋11從波紋管10中穿過，鋪設(shè)并固定在鋼筋籠14上之后，預應力鋼筋11兩端再分別固定到固定端錨具和張拉端錨具上，鋼筋籠14和波紋管10外周填充有混凝土 1，這樣就形成后張預應力地下連續(xù)墻。
[0030]本實用新型的后張預應力地下連續(xù)墻具體施工工藝如下:
[0031]I)預應力鋼筋11的下料
[0032]預應力鋼筋11 一定要先按要求的下料長度，在下料場做出明顯下料長度標記，下料時要用輪片式砂輪機斷料，嚴禁采用電焊或風割斷料。
[0033]由于后張預應力地下連續(xù)墻施工的特殊性，張拉時必須采用一端張拉，一般情況下預應力鋼筋11的下料長度按下式計算，并通過試用后進行修正，如圖4所示:
[0034]L=L1+L2+L3+L4+L5+L6
[0035]式中:L一預應力鋼筋11的下料長度(米)；
[0036]2)地連墻鋼筋籠14的制作與預應力鋼筋11的穿束
[0037]預應力鋼筋11由于其剛度不滿足起吊要求，因此要想將預應力鋼筋11下放至地連墻指定位置，必須依附于地連墻鋼筋籠14骨架，也就是說鋼筋籠14的吊裝必須攜帶預應力鋼筋11。
[0038]相比其它預應力結(jié)構(gòu)，地連墻預應力鋼筋11較長，因此地連墻預應力穿束時，宜采取整束拖拉法，即將卷揚機鋼絲繩套在鋼絞線束前端，人工將預應力鋼筋11端頭抬高并放入管道口內(nèi)，并拖帶一段距離，開動卷揚機拖拉，使整束預應力鋼筋11緩緩進入孔道。預應力鋼筋11的穿束必須對預應力鋼筋11端頭加以保護，以防損傷波紋管10。
[0039]地連墻鋼筋籠14制作一般采用焊接，預應力鋼筋11與鋼筋籠14的連接與固定采用綁扎，同時在焊接和綁扎過程中注意保護錨具與波紋管10。
[0040]3)錨具的安裝
[0041]錨具安裝前必須徹底清理預應力鋼筋11、錨板的夾片孔和夾片外椎及內(nèi)牙，除去油污、浮銹及灰塵等，然后進行清孔、吹孔，使孔內(nèi)清潔無雜物，并且量一下兩端頭懸出的預應力富余長度是否與設(shè)計值一樣，最后再安裝錨具，錨具必須與預應力鋼筋11的軸線垂直。
[0042]4)鋼筋籠14吊裝
[0043]鋼筋籠14起吊與普通鋼筋籠起吊方式一樣，注意的是吊裝過程中不要破壞波紋管10及錨具,如圖5所示。
[0044]5)施加初始預應力
[0045]鋼筋籠14下放完成后，預應力鋼筋往往存在一定的局部變形或者位移，如圖6所示，因此必須對預應力鋼筋11進行調(diào)直，以保證預應力鋼筋11在混凝土 I澆注前能夠處于設(shè)計的位置上。
[0046]使用卷揚機等小型設(shè)備對預應力鋼筋11施加初始預應力，待預應力鋼筋11伸直即可停止施加預應力，并將預應力鋼筋11固定在相鄰加長主筋16上?？紤]到本發(fā)明需要在導墻上施加初始預應力，預應力鋼筋11 一般要超出導墻不少于Im;另外，為了將調(diào)直的預應力鋼筋11固定住，需要將距離預應力鋼筋11最近的主筋延伸出導墻不少于0.5m，如圖7所示。
[0047]6)混凝土澆注
[0048]水下澆注混凝土 1，固定端和張拉端至少2m范圍內(nèi)混凝土提高一個標號，同時在該范圍內(nèi)，降低混凝土澆注速度，以保證固定端和張拉端受力范圍內(nèi)混凝土的質(zhì)量。一般情況下，預應力鋼筋11固定端埋置較深，混凝土澆注時探摸固定端混凝土面高度精確度不高，因此固定端混凝土澆注加強區(qū)LlO要大于張拉端混凝土澆注加強區(qū)L9，如圖8所示。
[0049]7)樁頭鑿除
[0050]地連墻混凝土 I澆注結(jié)束后，頂部混凝土存在一定的沉渣或者浮漿，因此地連墻澆注高度一般要較實際地連墻面高，這部分高出的混凝土在澆注完成后，需要鑿除后方可進行預應力鋼筋11的張拉。因此，在混凝土澆注I前，需要對鑿除范圍內(nèi)的預應力鋼筋11用套筒17保護起來，防止在樁頭鑿除過程中破壞預應力鋼筋11，如圖8所示。
[0051]8)預應力鋼筋的張拉
[0052]預應力鋼筋張拉設(shè)備為千斤頂18，千斤頂18定位時，要保證千斤頂18軸線、錨具軸線與預應力鋼筋11軸線的“三軸同心”。
[0053]張拉前實施混凝土強度、彈性模量、混凝土齡期“三控”。
[0054]張拉中實施張拉應力、應變、時間“三控”:即張拉時以油壓表讀數(shù)為主、以預應力鋼筋18的伸長值作校核，在張拉力作用下持一定的時間。
[0055]考慮到預應力鋼筋11的制作偏差及應力損失(孔道摩擦損失、錨固損失、彈性壓縮損失、鋼材應力松弛損失及混凝土收縮形變損失等)，張拉力宜采用預應力鋼筋11破斷力的0.65-0.75。當然張拉力還要根據(jù)現(xiàn)場情況確定，但是由于地連墻施工的特殊性，張拉力的確定宜偏于保守。
[0056]9)孔道灌漿
[0057]地連墻施工區(qū)別于橋梁、房建等工程，其接觸介質(zhì)為地下水或者海水，這些介質(zhì)中常常含有對鋼筋腐蝕性較強的離子，一旦這些離子侵入混凝土內(nèi)部破壞預應力鋼筋11，地連墻結(jié)構(gòu)的安全性將嚴重降低，因此后張預應力地下連續(xù)墻在預應力鋼筋11張拉結(jié)束后，需要進行灌漿處理，這樣不但能包裹預應力鋼筋11，防止其腐蝕受損，還能有效的提升地連墻的整體強度，延緩裂縫的出現(xiàn)。
[0058]后張預應力地下連續(xù)墻施工屬于隱蔽工程，基坑或航道開挖前必須完成孔道灌漿，因此孔道灌漿不能像橋梁、房建等預應力結(jié)構(gòu)一樣在側(cè)壁開排氣孔，如圖9所示。本實用新型的后張預應力地下連續(xù)墻的孔道灌漿預先安置一道通長的壓漿孔道12，并在頂端預 留幾道排氣孔道15，以保證水泥漿能夠充分包裹預應力鋼筋11，如圖10所示。
【權(quán)利要求】
1.一種后張預應力地下連續(xù)墻，其特征是:該地下連續(xù)墻包括有固定端錨具、張拉端錨具、預應力鋼筋(11)、波紋管(10)、鋼筋籠(14)及混凝土(I)； 所述固定端錨具包括有固定端錨板(2)、固定端錨墊板(3)、固定端夾片(4)、固定端螺旋筋(5)，固定端錨板(2)有錐孔，與固定端夾片(4)配合，利用錐孔的楔緊將預應力鋼筋(11)錨固，固定端錨墊板(3)和固定端螺旋筋(5)共同組成固定端錨板(2)下受力構(gòu)件，以滿足承載和傳遞預應力的要求； 所述張拉端錨具包括有張拉端錨板(6)、張拉端錨墊板(7)、張拉端夾片(8)、張拉端螺旋筋(9)，其連接方式與固定端錨具相同； 所述預應力鋼筋(11)從波紋管(10)中穿過，鋪設(shè)并固定在鋼筋籠(14)上之后，預應力鋼筋(11)兩端再分別固定到固定端錨具和張拉端錨具上，鋼筋籠(14)和波紋管(10)外周填充有混凝土( I )，這樣就形成后張預應力地下連續(xù)墻。
【文檔編號】E02D29/02GK203755338SQ201420080818
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】柴信眾, 劉進生, 申立明, 王玉紅, 鄭建民, 林恒彥, 舒寧, 田自民, 趙明時, 王懷, 魏方平, 凌平, 徐德生 申請人:中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司, 天津深基工程有限公司