可承受拉壓雙向荷載的管樁-錨桿復合基礎及施工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑工程技術領域，涉及一種巖土工程地下多用途深基礎類型，具體涉及一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復合基礎及施工工藝。
【背景技術】
[0002]為開發利用地下空間、提高土地利用率，深達地下的構筑物不斷出現，很多城市開始興建綜合地下商業街、人防、地下停車庫、地下公共管廊和地鐵，這些地下構筑物對結構基礎的承載能力和耐久性能等提出了更尚要求。
[0003]當建筑物基礎的埋深超過地下水位時，水位以下的部分將產生上浮力，該上浮力一般由建筑結構的自重平衡，但當地下室埋深和面積加大時，隨著排開地下水體積的加大，建筑結構自重不足以平衡所受浮力，會導致地下室底板隆起、結構上浮、傾斜甚至倒塌等一系列工程事故，加上周邊環境影響、上部建筑結構變化、地下水位變動等擾動因素，這些都加大了建筑基礎抗浮的難度和復雜性。
[0004]在一些工程領域，如:建筑、電力、海洋、港口等，高層建筑、橋梁、海上風電機組、海洋平臺和碼頭、防波堤等受風力、水流、潮汐等動載作用，結構基礎體系承受動力荷載引起的拉壓交變作用。
[0005]為給建筑基礎提供良好的抗拔和抗壓能力，中國發明專利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成的粧基主體，所述的鋼筋在粧基主體的底部向外擴張，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。這種粧基結構能夠增加建筑結構的抗拔、抗壓承載力。但是該發明的粧基采用的是擴大粧基底部面積的方案，其實是夯擴粧的技術延伸，仍由普通鋼筋混凝土起抗拉作用，裂縫寬度控制困難，實際抗拉效果提升有限。增加粧底擴大部分不但會減慢施工速度，而且會由于鋼筋籠偏位變形影響施工質量；施工時，現場綁扎鋼筋并澆筑混凝土，這種工程濕作業施工速度慢、工程質量不如預制結構。
[0006]又如中國發明專利CN102979089A公開了一種在深水急流無覆蓋層陡峭裸巖上的鋼管粧錨固結構，涉及陡峭裸巖以及鋼管粧，所述鋼管粧的底部內腔與所述陡峭裸巖之間通過錨桿連接錨定，且三者之間通過澆筑的水下混凝土層固結為一體結構。其施工步驟為:確定鋼管粧在所述陡峭裸巖面上的安裝位，并通過水下測深儀測量其位置參數；選擇鋼管粧，并使鋼管粧安裝端的底口形狀尺寸與所測量的所述安裝位的相關位置參數匹配；沉降所述鋼管粧于所述安裝位，并在其外圍設置水下圍堰，之后在所述鋼管粧內澆筑水下混凝土層，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到施工標準后，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，最后在所述錨孔內安裝錨桿并注漿錨固。本發明的優點是，鋼管粧與陡峭裸巖之間連接采用注漿嵌巖錨桿技術，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。但是該發明中錨桿非預應力，只是為方便橋粧基礎和無覆蓋層基巖之間進行嵌固采取的一種鋼筋錨固手段，相當于“種植牙”的牙根，該發明的鋼管粧實際是澆筑水下混凝土的鋼護筒或者鋼模板，因此，鋼管粧和錨桿之間不存在共同受力的關系Ο
[0007]為解決上述基礎工程抗浮問題，結構工程師必須在粧基設計時妥善考慮建筑物所受的拉力和壓力，由于鋼筋混凝土受拉、受壓構件在裂縫寬度控制標準以及節點處理上做法差異，因此目前常見的工程做法是在基礎底部設置抗壓粧和抗拉(浮)粧兩套獨立的受力體系，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]上述工程粧的布設方式解決了工程中棘手的基礎抗壓和抗拉的問題，但這種方式也存在一定缺陷，主要表現在:(1)由于抗壓粧和抗拉(浮)粧兩套系統的存在，使建筑基礎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，延長了工期，同時因為基底土層被工程粧擠緊，會產生粧身偏位、甚至粧無法下壓等問題，增加了施工作業難度。(2)抗拉(浮)粧存在結構上的薄弱環節，粧上端與基礎底板連接節點、預制粧的接頭部位等由于連接構造問題及抗拉強度不夠而產生受拉破壞，會嚴重制約抗拉粧的性能充分發揮。(3)抗拉粧受力性能不夠理想，由于拉應力沿粧長方向非均布(如圖8 (a)和(b)所示)，且混凝土抗拉強度僅為抗壓強度的1/10到1/20，混凝土粧身在早期較低拉伸力下就會產生開裂，混凝土開裂會使粧身鋼筋受地下水侵蝕，會嚴重影響抗拉粧的耐久性，造成建筑結構可靠度下降。
[0009]綜上所述，目前工程中采用的在基礎底部同時設置抗壓粧和抗拉(浮)粧兩套獨立的受力體系的做法在工程造價、工期、施工和結構耐久性等方面尚存在一定缺陷，需要在原有工藝做法基礎上進一步研究優勢更加明顯的基礎類型和工藝做法。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是彌補現行建筑工程粧基礎的不足，提供一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復合基礎及施工工藝，承受建筑結構的拉、壓雙向作用，結構簡單、合理，施工可靠、快捷，管粧及錨桿的受力性能、可靠度、經濟性等優于現有技術及工藝做法。
[0011]為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復合基礎，嵌固于建筑結構基礎底板的下方，包括管粧和設于管粧空腔內的錨桿，所述基礎底板內預留有錨固孔，該錨固孔中預埋張拉端錨具；
所述錨桿由錨索、連接于錨索下端的預制錨頭構成，所述預制錨頭埋設于基礎底板下方的土體內；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底板和預制錨頭之間，管粧下端與預制錨頭的上端面固定連接，上端與基礎底板固定連接。
[0012]優選的，所述管粧可選用預應力高強鋼筋混凝土管粧、混凝土管粧或鋼管粧，但不局限于上述幾種類型。
[0013]優選的，所述錨索為鋼錨索。
[0014]進一步，所述預制錨頭為預制鋼筋混凝土材質的圓錐形結構，倒置于基礎底板下方的土體內，其上端面的直徑不小于管粧外徑。當然，也可根據所處土層情況及基礎受力條件采用其他形狀、材質的預制錨頭，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埋置于預制錨頭內的固定端錨具與預制錨頭固定連接。
[0016]本發明的實施例還提供一種可承受拉壓雙向荷載的管粧-錨桿復合基礎的施工工藝，包括如下步驟:
(1)制備錨桿:加工錨索，預制鋼筋混凝土材質的圓錐形預制錨頭，在預制錨頭預制時埋入固定端錨具，并確保固定端錨具和預制錨頭連接穩固；將錨索下端錨固在固定端錨具中；根據實際情況決定是否在錨索的外側套裝內層防護套管和外層防護套管；
(2)根據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制錨頭的上端面固定連接；
(3)用沉粧機械將連接在一起的管粧和錨桿一同壓入土體至設計深度，沉粧過程中應注意控制粧頂標高和粧身垂直度；
(4)基礎底板施工，在基礎底板內預留的錨固孔，并在錨固孔內預埋張拉端錨具；
(5)待基礎底板施工完成，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，灌漿封錨。
[0017]本發明的上述技術方案的有益效果如下:
1、本發明保留傳統方案中的抗壓管粧，以抗拉錨桿取代抗拉粧，抗拉作用由與抗壓管粧復合為一體的抗拉錨桿承擔，抗壓管粧與抗拉錨桿復合一體，共同構成一種可承受拉、壓雙向荷載作用的管粧-錨桿復合基礎，具有粧錨合一、同步施工、節點可靠、受力合理、計算簡便等特點。由于取代了抗拉粧群，本方案在降低用粧量的同時，可以有效降低基底土層的“擠土效應”。施工過程中管粧-錨桿一次性完成，在確保結構受力和可靠度的前提下，能夠降低工程造價、縮短工期和施工作業難度。
[0018]2、本發明中的抗壓管粧下端與預制錨頭合為一體，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中性，圓錐形的預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，可以提供建筑結構穩定可靠的抗拉力。配合大直徑管粧、大體積預制錨頭及高強度錨索可以提供更大的抗拉力。用高強鋼絞線制作的預應力錨索對于控制結構變形和承受潮汐、水流、風浪造成的交變荷載性能較好，結構抗疲勞性能明顯提高。
[0020]4、“粧-錨同步”的施工工藝與傳統的抗拉錨桿施工工藝比較，施工進度大幅提高，可以有效防止地下水和軟弱土層的不良影響，錨頭、錨索下放過程中無需護壁，即使在高水位環境下的無粘性土中也沒有“塌孔”危險，確保了錨桿施工質量。
[0021]5、充分利用不同材料受力性能，發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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