干成孔超長抗浮錨桿在基坑抗浮工程中的應用

王立彬 郭義先 車玉龍

摘 要：由于建筑物自重及其他外部因素產生了綜合荷載不足，為了平衡地下水所產生的浮力，須在基礎底板施加豎向外力以平衡浮力，抗浮錨桿就是利用了錨桿自身的抗拉強度所產成的抗拉力，錨桿與土層之間的摩擦力所產生的抗拔力，對基礎上浮的趨勢進行約束，起到抵抗基礎上浮的作用。20m抗浮錨桿極為少見，本文通過對抗浮錨桿施工的幾種工藝比較，發現改進后的長螺旋鉆機對超長抗浮錨桿施工的效率提高、成本節約有著獨到的優越性。

關鍵詞：抗浮錨桿；干成孔；長螺旋鉆機；水鉆鉆機

近年來，隨著國民經濟的日益發展，促使城市建設的發展，高層及超高層建筑的涌現，基礎埋置越來越深， 工程中會遇到地下水位埋藏較淺的大型地下結構物（如地下或露天水池、大型地下室、大型地下洞室）等，它除了要承受結構自重和上覆荷載外，還要承受地下水位高出基坑底面所產生的上浮力。因此結構設計時必須采取有效措施來控制這種因上浮力帶來的有害豎向位移[ 1 ]。

如果僅靠增加結構物重量來抵消上浮力，基礎厚度增加帶來基坑底面下降及排開地下水體積增加會產生額外的上浮力。如果采用錨固技術，用錨桿或抗拔樁將結構物基底與基坑以下穩定地層相連，使結構物產生的上浮力通過錨桿或樁傳遞給穩定地層，就能有效控制結構物上浮力帶來的豎向位移。

1 工程概況簡介

本工程場地位于北京市經濟技術開發區泰河路北側，規劃博興一路東側。

1.1 工程地質條件

根據勘察資料土層劃分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀沉積層三大類，抗浮錨桿基底位于中砂、細砂⑥層及圓礫、卵石⑥1層；粉質粘土、粘質粉土⑦層，砂質粉土、粘質粉土⑦1層及粘土、重粉質粘土⑦2層；重粉質粘土、粉質粘土⑧層，細砂、中砂⑧1層及粘質粉土、粉質粘土⑧2層；粘質粉土、粉質粘土⑨層，細砂、中砂⑨1層及圓礫、卵石⑨2層。

1.2 水文地質條件

巖土工程勘察期間鉆孔中量測到3層地下水，參見表1。

擬建場區歷史最高地下水位接近自然地面；近3～5年最高地下水位標高為24.30m左右。根據工程場區歷史最高地下水水位、現狀地形條件，結合目前設計單位提供的建筑設計條件分析，建議本工程的建筑抗浮設計水位標高按26.50m考慮。須采取合理的成孔方式和嚴格的壓灌水泥漿措施，保證抗浮錨桿的質量[ 2 ]。

1.3 抗浮結構設計

錨桿采用232的HRB400 鋼筋平行組合，錨桿主筋電焊固定，對中支架鋼筋采用1φ6.5，間距1.4m 布置，具體參數參見表2，布置形式如圖1、圖2所示。

2 施工難點

根據勘察資料顯示，抗浮錨桿深度范圍內有0.5-3.0 m不等的圓礫層存在，厚度分布不均勻，呈東南側薄而西北側厚的趨勢。

2.1 超長抗浮錨桿

常規抗浮錨桿只有12～13m，以9m最為常見。針對這種長度抗浮錨桿北京地區普遍采用小型履帶式長螺旋鉆機成孔。

本工程抗浮錨桿設計有效長度20m，籠長21m。施工場地劃分為A、B、C、D四個區域。

A區筏板頂標高為-10.59m，B區筏板頂標高為-14.79m，C區筏板頂標高為-10.95m，D區筏板頂標高為-12.65m，A區與B區之間存在4.2m高差，這就造成局部地區抗浮錨桿需施工空孔4m，總鉆進成孔深度為25m，極大增加了施工難度。

2.2 安放鋼筋籠

工程所采用的抗浮錨桿直徑均為150mm，內配232mm的鋼筋籠，鋼筋平行組合，錨桿主筋電焊固定，對中支架鋼筋采用1φ6.5，長21m。如何保證錨桿在起吊、安放過程中對中平直，有待解決。

3 解決方案

3.1 施工機具

受地層含水層及成孔深度影響，本工程采用旋轉沖擊式鉆機（水鉆錨桿鉆機）與長螺旋鉆機同時施工，以對比分析兩種機具的施工效果。

3.2 長螺旋鉆機成孔

為保證鉆桿的扭力、扭矩能夠穿透圓礫層，針對現有長螺旋鉆機，改進螺旋鉆桿增加鉆桿桿壁、鉆桿螺旋齒厚度，改傳統螺栓連接為承插式、輔以銷釘固定，提高鉆桿扭矩，以保證鉆進深度

3.3 鋼筋籠吊裝

21m的錨桿桿體分開制作，分段下放鋼筋籠體，于錨桿孔口采用高強螺旋連接，降低錨桿籠體在調運過程中彎折的可能性。

4 檢測與試驗成果分析

4.1 錨桿驗收試驗

本工程對抗浮工程錨桿進行了抗拔力檢測。根據規范和設計要求，工程錨桿驗收試驗最大加載為單錨軸力設計值的1.5倍即315kN。驗收試驗數量不少于錨桿總數的5%共70根[ 3 ]，受檢的70根錨桿抗拔承載力特征值均滿足設計要求的210kN。

4.2 試驗成果分析

圖3、圖4給出了同一種施工機具在不同施工區域的錨頭位移對比圖。

可以看出，長螺旋鉆機成孔的錨桿錨頭位移在10.13-18.69mm之間，水鉆鉆機成孔的錨桿錨頭位移在9.37-15.25mm之間。A、B、C、D四個區域的長螺旋鉆機成孔錨桿體錨頭位移均小于水鉆鉆機成孔錨桿。錨頭位移隨成孔深度的增加而增加，這表明成孔深度對錨桿成孔效果影響很大。

5 效益分析

水鉆成孔，在正常土層鉆進時，每鉆進2～3 m就需重新接鉆桿，再鉆進，費工費時，鉆至設計深度再逐節拆卸鉆桿，每10 m耗時約100 min，耗柴油4 L左右。同時，其鉆桿由于是施工中隨孔深而加長，鉆機運轉時鉆桿易擺動，孔深中部易出現擴孔，造成不必要的材料浪費，整個施工須配備工人8人，施工成本高、效益低。

長螺旋干取土施工成孔無須拆卸鉆桿，干取土鉆進速度快，且長螺旋鉆桿中空垂直，不必攜帶注漿管，提升時即注漿，每10m僅10min左右，耗電僅6kW·h左右。下錨桿鋼筋時，機械頂部安裝有起吊裝置，整個施工只須配備工人6人。

由此可見，長螺旋鉆機成孔較水鉆鉆機的護壁成孔抗浮錨樁成本節約、效率提高。

6 結論

本次基坑抗浮工程為超長細比抗浮錨桿的施工積累了寶貴經驗，尤其采用長螺旋干成孔有效的解決了施工功效低的問題，值得廣泛推廣。

本文通過對比不同施工機具可得到如下結論：

1）長螺旋鉆機干取土成孔，鉆桿中空沒有泥漿污染，有利于對環境的保護。

2）長螺旋鉆機成孔錨桿的錨頭位移均小于水鉆鉆機成孔，施工效果好。

3）長螺旋鉆機成孔錨桿的錨頭位移離散型較大，其施工穩定性有待進一步改善。

4）長螺旋成孔較其他類型的泥漿護壁成孔抗浮錨桿能節約很大成本，就有一定的推廣性。

目前這種長螺旋鉆機干成孔超長抗浮錨桿的施工還處在探索階段，尚無現成的規范可依，僅憑工程經驗進行，對其的理論研究還遠不及工程應用，為此有必要對其進行系統和全方位的研究，為其今后的推廣應用提供依據。

參考文獻：

[1] 中國建筑工業出版社.建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[2] 中國建筑工業出版.JGJ94—2008，建筑基坑支護技術規程[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3] 張文群，閔耀澤.抗浮錨桿干取土成孔施工技術的應用[A].建筑技術，2012，Vol43，469-471.

作者簡介：

王立彬（1984-），男，河北人，碩士，項目經理，就職于北京市勘察設計研究院有限公司。