對擴大頭錨桿用于地下工程抗浮探討

陳 松

(深圳中海世紀建筑設計有限公司，廣東 深圳 518048)

對擴大頭錨桿用于地下工程抗浮探討

陳 松

(深圳中海世紀建筑設計有限公司，廣東 深圳 518048)

對擴大頭錨桿工法的原理、重要工藝、類型進行了分析，研究了錨桿抗拔力的計算公式，并對錨桿抗拔力試驗檢測進行了探討，以期對擴大頭錨桿在地下工程抗浮的應用起到一定的推廣作用。

擴大頭錨桿，地下工程，抗浮，抗拔力

1 擴大頭錨桿工法闡述

擴大頭錨桿工法必須要對原理進行理解，是通過高壓噴射流束到指定的地方，對錨孔孔壁土體進行定點切割，利用循環水或者水泥漿等介質，對切割之后的顆粒進行排出，從而在原地形成比較大的空腔，最后注漿充填，使得擴大頭錨桿逐漸形成。

擴大頭錨桿工法涉及到以下幾種重要工藝，包括分序擴孔、完全置換、二次注漿、充填砂漿等，下面逐個進行分析。

1)分序擴孔。按照施工現場的地質條件以及設計圖紙，采取分序擴孔，能夠顯著提升噴射流束切割土體的效率；2)完全置換。待擴孔之后，針對高壓注漿進行置換，保證水泥漿能夠把泥漿完全置換出來，以確保擴大頭錨桿的穩定性；3)二次注漿。砂卵石層以及地下水豐富的位置，擴大頭內填充高濃度的二次注漿，如果有需要，還可以添加適當的速凝劑；4)充填砂漿。擴大頭錨桿直徑比較大，而且抗拔力比較高，此時錨桿桿體和擴大頭錨固的咬合力會對抗拔力產生重要影響，工程施工中一般選擇高壓砂漿泵灌注置換的方法。

2 錨桿抗拔力

圖1即為擴大頭錨桿的結構，基于筆者的實踐和工程經驗，會有以下的擴大頭錨桿抗拔力計算公式：

(1)

顯而易見，式(1)能夠理解成是擴大頭錨桿極限，擴大頭錨桿由三個部分組成，分別是普通段摩擦阻力(Ld段)、擴大頭段(LD段)摩擦阻力、擴大頭前端阻力。

其中，d為普通錨固段直徑，mm；Ld為非擴大頭錨固段長度，m；LD為擴大頭長度，m；D為擴大頭直徑，mm；Tuk為錨固極限抗拔力的標準值，kN；fmg1為普通錨固端注漿體和地層間的粘結強度標準值，kPa，取值為鉆孔灌注樁樁側摩擦阻力標準值qsia；fmg2為擴大頭注漿體和地層之間的粘結強度標準值，kPa，取值方法同上；PD為土體作用在擴大頭端面上產生的抗力強度值，kPa。

3 錨桿抗拔力試驗檢測探討

本文結合某地下工程案例，該工程是地下1層，建筑面積大約達到了8 900 m2，整體現澆鋼筋混凝土，基坑開挖達到了8 m，施工現場是長江沖洪積一級階地，具體地質類型復雜，包括雜填土、淤泥質類填土、黏性土、淤泥、粉質黏土夾粉土層、沖洪積老黏性土等。通過結構抗浮驗算獲取的數據，基底地下水最大浮力要么大于、要么等于單位面積結構自重15 kN/m2，要正確選擇結構抗浮對策，其中必須對軟土土層結構抗浮進行綜合考慮。

錨桿抗拔力試驗檢測是通過對試驗數據進行對比分析得來。一般來說，錨桿抗拔力試驗檢測的最大荷載不能超過抗拔力設計值的1.5倍，也就是A型錨桿最大抗拔荷載是202.5 kN，B型錨桿最大抗拔荷載是135 kN，對抗拔樁數量進行抽樣檢測，檢測數量為5%，即是50根，其中A型錨桿為10根，B型錨桿為40根。

3.1 錨桿整體剛度不同

根據試驗要求，對錨桿剛度曲線進行觀察分析，其曲線由斜率不同的直線段構成，而且兩個直線段處于一個轉折點上，該點恰好對應抗拔荷載于0.9 N，轉折點前后的曲線斜率不同，前者大于后者。

對比分析發現，A型錨桿工作曲線具有比較大的斜率，代表了A型錨桿對結構性土體產生的整體剛度。進行研究知道，整體剛度有所不同，是由錨桿抗拔力分擔機制差異導致。

3.2 土層結構差異，錨桿工作機制不同

對曲線轉折點前后的斜率進行比較，分為轉折點前、轉折點后。

首先，在轉折點之前，B型錨桿擴大頭附近的粉質黏土進行比較，周圍A型錨桿擴大頭的粉質黏土夾粉土的性質是軟土，而且剛度不大。根據個人經驗分析，拉拔荷載要是不高，荷載會通過周圍土體摩擦阻力進行承擔，在轉折點之前，A型錨桿于曲線上的表現應該是：曲線斜率比較小，然而理論與實際正好相反。實際情況是A型錨桿穿出土層，具體是上部比較硬，下部偏軟，B型錨桿的表現恰好與其不同，二者之間在抗拔力分擔機制上是完全不同的。A型錨桿由于擴大頭周圍土體的性質屬于粉質黏土夾粉土，硬度不硬，同時具有較小的切向剛度，加上土體在本身較小的荷載作用之下，自然產生很大的變形，前端土體比較硬，而且端阻力也參與到承擔轉折點前的拉拔荷載。相對來講，B型錨桿擴大頭處于硬度較大的土體中，如果拉拔荷載一致，附近土體的變形情況不大，一般為粉質黏土，抗拔力具體是由擴大頭段土體摩擦阻力承擔，導致擴大頭前端硬度偏軟的土體，也就是淤泥層，出現端阻力，同時于長度較大的荷載段處于儲備情況。因此基于工作機制，在轉折點前，A型錨桿與B型錨桿分別屬于摩擦端承型、摩擦型。

轉折點后，荷載要是不小于0.9 N，對于A型錨桿來說，黏土層一定的端阻力，查表獲知達到99.95 kN，明顯地達不到錨桿抗拔要求，周圍土體產生的摩擦阻力大部分是參與工作的。然而，因為切向剛度不大于法向剛度，具體表現到曲線斜率上，轉折點后半段的曲線斜率明顯降低，A型錨桿是端承摩擦型；這種情況下，針對B型錨桿，淤泥層也參與到工作中，然而貢獻卻很少，錨桿抗拔力分擔機制實際上未產生太大的變化，如果將其體現在曲線斜率方面，轉折點后半段的斜率和轉折點之前的變化非常微小，B型錨桿依然屬于摩擦型。

3.3 進行合理設計，確保結構抗浮安全

轉折點前和轉折點之后的兩個直線變形段，表示擴大頭段拉拔作用范圍內的土體依然處于線彈性環節，土體的強度還有能夠進一步發揮的余量。要對錨桿實施檢查，對于抗拔力和變形來說，均和設計強度以及變形要求基本接近。可以發現的情況是，要是在1.5 N后追加拉力，擴大頭持續向前位移，前端土體因為壓密強化，進而造成法向剛度增加，在曲線上反映在向上翹，對于上翹幅度而言，A型錨桿前端土，即為黏土，它的工程特點與B型的淤泥相比，前者更為良好，A型錨桿的曲線上翹幅度與抗拔潛力都還有待挖掘。

4 結語

本文結合工程實踐，利用擴大頭錨桿代替抗浮錨桿，能夠確保工期施工要求，以及地下工程抗浮的穩定可靠性，擴大頭錨桿的應用無論是在施工裝置、工藝水平以及效果方面都能讓人滿意。除此之外，本文對兩種不同類型錨桿進行對比，二者穿過軟土層，但是卻實現了一定的抗拔力，土體變形依然能夠用線形表示，而且位移比較小，證明擴大頭錨桿能夠應用到軟土層施工。然而由于工程問題，錨桿拉拔試驗在土體變形處于線形階段就開始卸載，還未獲得對應的數據，對擴大頭錨桿破壞性拉拔試驗進行了開展，以此研究擴大頭錨桿抗拔力的分擔機制，對于錨桿拉拔力的合理設定有重要實踐意義。

[1] 冷利浩.抗浮錨桿在結構設計中計算方法的合理選擇[J].四川建筑,2010(2)：36.

[2] 李紅波,李博成.淺談地下工程的平戰結合[J].浙江建筑,2010(5)：98.

Inquiry on expanded anchor rod applies in underground engineering anti-floating

Chen Song

(ShenzhenZhonghaiShijiBuildingDesignCo.,Ltd,Shenzhen518048,China)

The paper analyzes working principles, important technologies and categories of expanded anchor rod, studies anchor pulling-resistance computation formula, and finally explores experimental examination of anchor rod pulling-resistance, with a view to play certain promotion role in expanded anchor rod application in underground engineering.

expanded anchor rod, underground engineering, anti-floating, pulling-resistance

2015-08-29

陳 松(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0093-02

TU463

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