新型擠土法施工抗浮錨桿工藝研究

涂愛華

（鄂西北工程勘察總公司，湖北襄陽441003）

新型擠土法施工抗浮錨桿工藝研究

涂愛華*

（鄂西北工程勘察總公司，湖北襄陽441003）

抗浮錨桿采用傳統的鉆進工藝，不能有效地解決砂礫石層塌孔問題。新型的擠土法成孔工藝是利用大扭矩設備的鉆桿，將土層擠入四周孔壁，鉆進過程中提下鉆都注入水泥漿，質量可靠，效率較高，施工工藝優于常規的全面破碎循環鉆進或取土法鉆進。

抗浮錨桿；擠土法成孔；噴粉樁機

隨著城市人口快速增加、土地資源日益匱乏，合理有效地開發利用城市地下空間資源，是解決城市人口、資源、環境三大危機的重要措施，是實現城市可持續發展的重要途徑。

中國改革開放30年來，城市建設加速發展，地下空間的應用越來越廣泛，出現了大量的地下廣場、高層建筑地下室、地鐵等，如何解決地下室的抗浮問題已經成為結構工程師面臨的難題。

目前地下室的抗浮措施有壓重抗浮、降排截水抗浮、抗浮樁、抗浮錨桿等四種，各種技術都有優缺點，但從工程實踐來看，抗浮錨桿技術是比較經濟合理的方法。由于抗浮錨桿間距小，底板所需要平衡的彎矩和剪力也小，地下室底板厚度薄，梁板配筋較小?？垢″^桿數量較大，即使其中一根或幾根發生破壞，也不會產生整體抗浮失效。

1 錨桿成孔工藝研究

目前國內的抗浮錨桿成孔工藝主要是通過鉆頭破碎地層，泥漿或高壓氣體將巖粉帶出孔內，綜合其鉆進循環方式有如下幾種：

地質鉆機泥漿護壁成孔：利用地質鉆機帶動三翼鉆頭或環形合金鉆頭破碎地層，通過泵送人工配置的優質泥漿，利用組合的正反循環系統，將破碎的小顆粒帶出孔底；同時泥漿可以有效地穩定砂卵石層的孔壁。成孔注漿前要對孔內的濃泥漿采用清水洗孔，容易造成孔內塌孔，影響鋼筋下放和成孔質量。

潛孔錘鉆機成孔：利用潛孔錘錨桿鉆機，配合空壓機產生的高壓空氣進行排渣，套管在下鋼筋束及灌漿管后用SH-30型拔管機或液壓拔管器拔出。在巖石地區一般潛孔錘都是干作業以高壓空氣作為動力，有時泵送泡沫溶劑增加清渣效率，成孔效率較高。在松散的土層中采用濕作業成孔，效率明顯較低，卵礫復雜地層中容易造成孔內坍塌和卡鉆事故，采用潛孔錘施工優勢不明顯。

螺旋鉆干取土成孔：施工時長螺旋鉆桿直接鉆孔出土，這種方法把成孔過程中的鉆進、出渣、清孔等工序一次完成，鉆孔取出的土用挖機裝運。施工可采用專用的錨桿鉆機，主要適用于粘性土和砂土等地層，成孔后孔壁穩定、不易塌孔的情況，如遇地下水則干鉆不能成孔，要配合套管鉆進，工效較低。近年來有單位公開了一種實用新型的抗浮錨桿成孔工藝，是利用長螺旋鉆機代替傳統的液壓錨桿鉆機或回轉鉆機進行抗浮錨桿施工，將長螺旋鉆機經過改造，使其能夠進行小孔徑的鉆孔施工。還有單位采用SJB-1型水泥攪拌樁機，加工專用的螺旋真空鉆桿，干取土成孔，在粘性土中較為適宜，但在含水的粉土層中存在塌孔，在砂卵石層中不適用。

2 襄陽市抗浮錨桿利用現狀

襄陽市是湖北省省域副中心城市，近年來高層建筑發展迅猛，地下室抗浮問題也引起工程師的廣泛關注。目前地下室抗浮措施主要采用抗浮樁，抗浮錨桿施工工藝在襄陽地區尚不成熟，雖然有少量工程應用了抗浮錨桿，但效果一般不理想。

襄陽地區位于漢江沖積平原，覆蓋層為第四系河流沖洪積層，上部為粘性土，下部為砂礫石層，富含承壓水。襄陽市礫石層一般埋深15m左右，其提供的側摩阻力較大，這對使用抗浮錨桿較為有利。但在地下水豐富的砂礫石層中錨桿成孔工藝尚未解決，這限制了抗浮錨桿在襄陽市的推廣應用。

襄陽市抗浮錨桿一般口徑150～250mm，采用常規的地質鉆機泥漿護壁成孔工藝，工效太低，質量難以保證，受地下水的影響，造成砂礫石塌孔嚴重，泥漿一般不能清洗干凈而影響側壁摩擦力，且鉆進與注漿時孔口排渣量大，環境污染大。采用潛孔錘風動鉆進，砂礫石層中遇地下水易塌孔，采用鋼套管跟進時成孔速度慢，造價昂貴。

3 錨桿新型擠土法成孔工藝

通過對襄陽市地質情況和錨桿成孔工藝的研究，發現傳統鉆進工藝不能有效地解決砂礫石層塌孔問題。因錨桿具有口徑小的特點，我們探討采用一種新型的擠土法成孔工藝，利用大扭矩設備的鉆桿將土層擠入四周孔壁，鉆進過程中提下鉆都注入水泥漿，可在砂卵石層中有效護壁，防止塌孔現象的發生，不需要清孔，保證錨孔質量，這不同于常規的全面破碎循環鉆進或取土法鉆進，施工過程清潔環保。

為此我們研究了現有的鉆探設備，發現工程上常用的噴粉樁機扭矩大，鉆桿直徑與錨桿口徑接近，施工中鉆桿直接擠土，效率極高，可以較好地解決鉆進問題。一旦新型擠土法工藝試驗成功，可以徹底解決復雜地層鉆進難題，提高生產效率，為類似工程抗浮錨桿的推廣應用提供技術支撐。

4 新型擠土法施工抗浮錨桿應用實例

（1）工程概況。襄陽漢水華城項目占地660畝，由長虹路、建設路、漢江路和人民西路圍合而成，總建筑面積124×104㎡，商業面積74×104㎡，項目建成后將成為長虹路和人民路的地標性建筑。本期新建漢水華城6-3#地塊還建房項目由兩棟33層建筑物及地下車庫組成，總建筑面積約62552.44m2。設計建筑物±0.000標高為68.35m，場區整平標高67.00m，建筑物場區下設2層整體式地下室，主樓部分采用樁基礎，純地下室部分采用獨立柱基。

由于純地下室部分荷載小不能滿足抗浮要求，設計采用抗浮錨桿。地下室底板底標高-9.35m，從現狀地面起算埋深-8.0m。初步設計抗浮錨桿933根，錨桿的抗拔承載力特征值為120kN，錨孔直徑150mm，長度14m，間距1.7m×1.7m，主筋采用3?22Ⅲ級螺紋鋼。

（2）工程地質條件。擬建場區地貌單元屬漢江一級階地，分布地層為第四系全新統（Q4al+pl）沖洪積層，上部為粉質粘土，下部為砂、圓礫、卵石層。

①雜填土（Q4ml）：雜色，松散狀，稍濕，主要由粘性土、建筑垃圾、磚塊、礫石和砂組成，成分不均勻，孔隙度變化大。層厚1.20～2.50m。

②-1粉質粘土（Q4al）：黃褐色，稍濕，硬塑，土質較均勻，見褐色鐵錳質浸染，夾灰白色高嶺土條帶及團塊，有弱粘滯感，局部粉粒含量較高。層厚6.10～8.50m。

②-2粉質粘土（Q4al）：黃褐色，稍濕，可塑狀，含少量鐵錳質氧化物結核及高嶺土條帶，切面光滑，無搖震反應，干強度及韌性中等，局部粉粒含量較高。層厚2.30～4.80m。

②-3淤泥質粉質粘土（Q4al）：青灰色，濕，軟塑-可塑，含有機質，略具臭味，局部粉粒含量較高，偶見薄層粉細砂。層厚0.50～3.20m。

③礫砂（Q4al）：青灰色為主，飽和，松散-稍密，主要礦物成分為石英、云母等，礫石含量約占32%，粒徑一般2～20mm，次圓狀，中間充填中粗砂。層厚0.80～3.90m。

④圓礫（Q4al+pl）：雜色，飽和，稍密-中密，主要礦物成分為石英、云母等，礫石含量約占55%，粒徑一般10～20mm，最大可達80mm，次圓狀，中間充填中粗砂。層厚3.50～13.20m，層頂埋深13.60～22.00m，層頂高程44.74～53.26m。

⑤圓礫（Q4al+pl）：雜色，飽和，中密-密實，主要礦物成分為石英、云母等，礫石含量約占70%，粒徑一般15～30mm，最大可達80mm，次圓狀，中間充填中粗砂，最大揭露厚度17.80m，層頂埋深24.90～31.60m。

（3）水文地質條件。場地地下水類型主要為填土層中的上層滯水，第四系砂礫石層中的孔隙承壓水。上層滯水補給來源為大氣降水，靠自然蒸發排泄，其水位變化較大，無統一自由水位?？紫冻袎核x存于砂、圓礫和卵石層中，含水層頂板埋藏深度13.00～14.50m，考慮地下水位變幅最高水位達65.00m。

（4）地下室基坑支護及降水情況。根據場區工程地質條件及周邊環境、基坑開挖深度不同，基坑設計分別采用樁錨支護和分級放坡+噴錨支護。主樓基坑開挖9.6m，純地下室部分開挖8.0m，基坑設計管井降水，管井布置于基坑內部。基坑側壁土層為①雜填土、②-1粉質粘土，底部為②-2粉質粘土、②-3淤泥質粉質粘土、③礫砂、④圓礫。純地下室部分在基坑底板以下為粉質粘土，5～6m深度見砂及圓礫層，局部含大卵石。

（5）抗浮錨桿基本試驗?？垢″^桿基本試驗是進行錨桿成孔試驗，選擇合適的設備，探索錨桿成孔、注漿、下錨筋工藝，解決易發的塌孔問題。研究合適的錨孔直徑，解決砂礫層成孔效率問題，校核本工藝條件下的巖土層側摩阻力、施工工藝等參數，以指導和優化設計方案。本次錨桿基本試驗共布置6根錨桿，其中鋼筋錨桿和錨索各3根。

本抗浮錨桿在地下室基坑中施工，基坑開挖至底板標高以下鋪設10cm厚的C10素混凝土，周邊設置排水溝，保證基坑施工面干燥。施工設備采用PH-5A型噴粉樁機，截面125mm的方形鉆桿，鉆桿對角線長近190mm，鉆頭直徑比鉆桿大約20mm，因此成孔直徑近220mm較為合適。施工中對比了螺旋鉆頭和三翼鉆頭，發現鉆頭阻力大，鉆進速度慢，砂礫石層中鉆頭磨損較嚴重，經過改進在鉆頭桿體邊緣和下端分別焊接了六個炮釬頭，鉆頭方套處焊接比鉆桿略大的環形鋼筋圈，鉆進效率明顯提高。剛開始下鉆時采用清水鉆進，砂礫石層中塌孔嚴重錨筋無法下到底部，后提下鉆都改注水泥漿解決了上述難題。錨桿鋼筋由鉆機吊放，鉆機塔架頂部設置一吊鉤，在鉆機底部平臺上安裝一臺卷揚機，專門吊放鋼筋鋼筋，入孔時要保持垂直對準孔位緩慢下放。為防止降水對錨桿質量的影響，錨桿施工時暫停附近降水井3d，注漿水泥摻入早強劑和微膨脹劑。

經過幾天的反復摸索試驗，最終確定了錨桿的成孔工藝：測量放線→鉆機就位→鉆進注漿下沉→注漿提升→吊放錨筋→注漿至孔口→二次注漿。

錨桿成孔20d后進行抗拔試驗，最大抗拔力為400kN，鋼筋錨桿位移不足5mm，錨索位移僅12mm，分析是錨索殘余變形的結果，錨桿未進行破壞性試驗。設計單位根據基本試驗結果，正式方案設計采用抗浮錨索550根，錨索的抗拔承載力特征值為180kN，錨孔直徑220mm，長度14m，間距2.1m×2.1m，抗浮錨索采用2束無粘結低松弛?15.2Ⅱ級1860鋼絞線。由于噴粉樁機施工作業面需要2.5m的錨桿間距，較小的間距樁機無法行走，本次采用抗浮錨索方案，今后可以探討增大錨桿深度以提高抗拔力，加大錨桿間距后采用鋼筋錨桿。

（6）錨桿正式施工。錨桿正式施工采用PH-5A型噴粉樁機2臺，每天12h作業，一個月完成錨桿施工任務，完成錨桿555根，進尺7770m，期間因雨水影響耽擱五天，施工過程均較正常。抗浮錨桿施工完工后通過抗拔檢測全部合格，一次性通過驗收。

（7）經濟效益分析。本地區采用抗浮錨桿的工程實例不多，主要是在土層及砂層中施工。由于擠土法施工錨桿質量可靠，基本試驗的錨桿抗拔力大幅提高，錨桿工作量減少了約40%，經濟效益明顯。采用普通地質鉆機泥漿護壁成孔，在砂礫石復雜地層中施工難度極大，類似工程成樁效率每天僅2～3根樁。地質鉆機施工鉆進速度慢，拆卸鉆桿麻煩，下錨筋需專門配備機械人員，泥漿護壁質量不易保證，施工時泥漿污染較大。采用大扭矩噴粉樁機施工速度快，正常情況下每天可施工15根樁左右，無需拆卸鉆桿和專門的清孔，自制吊裝設備起吊錨筋方便，干擠土作業質量有保證，不會產生塌孔現象，施工時地面清潔環保。普通地質鉆機施工的成本約100～120元/米，噴粉樁機擠土法施工可節約成本1/3以上，且工效高，安全環保，值得大力推廣。

5 結語

擠土法施工抗浮錨桿主要特點是利用了工程常見的噴粉樁機，采用擠土法鉆孔，突破了傳統的全面破碎循環鉆進或取土法鉆進。在復雜的砂礫石層中用泥漿護壁，防止塌孔現象的發生，保證錨孔質量，安全環保，經濟效益好。

該新型工法體現了綠色環保理念，是一種因地制宜，符合節水、節能、節地、節材的四節一環保及綠色施工要求的工法。相比傳統工藝具有很大的成本優勢和環保優勢。本新型擠土法工藝試驗成功，可以徹底解決錨桿在砂礫石復雜地層鉆進難題，提高生產效率，保證施工質量，為類似工程抗浮錨桿的推廣應用提供技術支撐。

[1]JGJ94-2008建筑樁基技術規范[S].

[2]GB 50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].

[3]GB50330-2013建筑邊坡工程技術規范[S].

TU432

A

1004-5716(2015)08-0012-03

2014-08-04

涂愛華（1969-），男（漢族），湖北襄陽人，高級工程師、注冊巖土工程師，現從事巖土工程勘察、設計與施工工作。