高壓噴射擴大頭錨桿在合肥某民生中心項目的應用

胡亮，鄭直，袁燊，周輝

（1.深圳市建筑設計研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230088；2.中水淮河規劃設計研究有限公司，安徽 合肥 230601）

0 前言

伴隨著我國城鎮化建設的不斷推進，項目規劃建設用地日趨減少，地下空間近年來逐步朝著更深、更廣的層次發展。大量的帶商業裙房的多層地下室、下沉式廣場及人防工程等在城市建設中不斷涌現。這對錨桿抗拔承載力及相關性能提出了更高的要求。傳統錨桿抗拔承載力小、變形較大，防水防腐不易處理且錨固性能不穩定，這制約了其在地下工程中廣泛應用。高壓噴射擴大頭錨桿新技術則是基于這些深大地下空間的建設需求而出現的，它具有單根錨桿抗拔承載力高、工作位移小、施工速度快、防腐蝕能力強、耐久性好，對毗鄰的地下建筑影響小等優點，具有明顯的社會經濟效益。

1 工程實例

1.1 工程概況

本項目位于合肥市瑤海區，長臨路與梅嶺路交叉口東南角，東側為雨山路、南側為市二院護理院。總規劃用地面積為11408.5m2，總建筑面積38598.14m2。地上主要由一棟12F框剪-民生中心辦公樓（局部裙房3F）、一棟5F框架-檔案館（局部裙房1F）組成，地下室共兩層，層高分別為3.9m（-2F）、4.65m（-1F），地下室建筑面積16380m2，本工程設計使用年限50年，抗震設防烈度7度。

根據合肥市某勘察院有限責任公司提供的巖土工程勘察報告，本工程基礎底板下土層分布情況自上而下依次為③-2層粘土：層厚5.4～8.4m，層底標高3.52～5.34m，灰黃、黃褐、褐黃、以硬塑狀態為主，局部呈堅硬狀態；④層粉質粘土夾粉土、粉細砂：該層未鉆穿，最大揭露厚度達15.8m，灰黃、黃灰、褐灰、灰黃色等，粉質粘土呈硬塑狀態，濕；所夾粉土、粉細砂以中密狀態為主，該層底部粉質粘土與粉土、粉細砂呈互層狀分布，局部夾薄層粘土，很濕～飽和。建設場地±0.00標高19.60m，基礎埋深約10m左右，基底一般置于③-2層中，基礎埋深較深，抗浮設防水位取建成后室外地坪下1.0m進行設計，抗浮措施可采取抗拔錨桿或抗拔樁等。

1.2 基礎抗浮設計

由于本工程辦公塔樓高度較高、檔案館的荷載較大，且主裙樓及純地庫部分均采用筏板基礎，故主裙樓與地庫之間會產生差異沉降。若純地下室抗浮采用抗拔樁則由于樁基的豎向承壓效應不利于調節兩者間的差異沉降，故地下室抗浮采用抗拔錨桿。此外，設計階段對基礎抗浮選用普通抗拔錨桿與擴大頭錨桿做了方案對比，主要工程對比詳見表1。

抗浮錨桿方案工程量對比 表1

依據地勘報告提供的各土層與錨固體極限粘結強度標準值qsk：③-2層粘土、④層粉質粘土夾粉土、粉細砂分別為70kPa、50kPa。鑒于本工程基礎底板下土層與錨固體粘結強度較低的特點，若采用普通抗浮錨桿，其承載力低、總數量較多布置密集且施工質量難以把控。故本工程采用高壓噴射擴大頭（囊式）抗浮錨桿，其錨桿的設計參數具體如下：錨桿總長度12.5m，非擴體長度為8.5m、直徑180mm，擴體長度為4m、直徑700mm，錨桿的端土層為④層粉質粘土夾粉土，桿體采用1T40 PSB1080級預應力混凝土用螺紋鋼筋，設計錨桿抗拔力特征值Ra=500kN。整個地下室共計使用擴大頭錨桿634根，采用2700x2700mm均勻布置方式，地庫基礎與錨桿布置示意圖，詳見圖1。

圖1 地庫基礎+錨桿布置示意圖

2 高壓噴射擴大頭（囊式）擴體錨桿的施工工藝及工作原理

2.1 高壓噴射擴大頭（囊式）擴體錨桿的施工工藝及技術要點

根據合肥地區已有擴大頭錨桿工程經驗，一般情況下高壓噴射擴大頭擴體錨桿主要施工工藝及技術要點如下[1-3]。

①下鉆成孔與旋噴擴孔：采用下圖2所示的旋噴擴體錨桿施工鉆機，在鉆機不斷鉆孔過程中伴隨著1～2MPa高壓水流從鉆頭（圖3）噴向周圍土體，并將鉆削下來的土屑排出孔外。本工程主要工藝參數如下：孔位偏差≤100mm，孔斜率≤1.0%，孔徑≥180mm；采用水灰比為 1.0的水泥漿，旋噴壓力25～30MPa，漿量 75L/min；旋噴提升速度 10～20cm/min，旋轉速度 10～15轉/min進行擴孔施工。

②錨桿制作與下錨：將籠芯囊安裝在錨桿桿體上（錨桿采用PSB高強鋼筋，嚴禁焊接），將注漿管接入囊袋注漿口。采取人工輔助錨桿鉆機的方式將錨桿插入錨孔。應在水泥漿擴孔完成后盡快插入錨桿，最遲不得超過水泥漿的初凝時間。注漿管和排氣管管口應在錨孔之外，錨桿的制作與安放見圖4。

③囊袋內壓力注漿：囊式擴體錨固段注漿采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，水泥漿液應攪拌均勻，并過篩，隨拌隨用，通過注漿管向囊袋內注入水灰比0.5的水泥漿。漿液使囊袋擴張從而擠壓囊袋外錨孔內漿液，錨孔孔口出漿，待孔口溢出漿液與注入漿液顏色和濃度一致時方可停止注漿。

圖2 旋噴擴體錨桿施工鉆機

圖3 高壓噴射鉆頭

圖4 錨桿的制作與安放

2.2 擴大頭錨桿的工作原理

2.2.1 擴大頭錨桿的破壞形式與受力過程

擴大頭錨桿的破壞形式有以下3種：①桿體破壞，埋置于較好土層的擴大頭錨桿，其桿體本身強度相對較弱易發生鋼筋屈服或鋼絞線破壞；②擴大頭段注漿體與桿體握裹力破壞，當擴大頭直徑較大而長度較短時，理論上將發生擴大頭注漿體與桿體之間的握裹力破壞，桿體將從擴大頭中被拔出；③擴大頭端周土體破壞，當錨桿桿體強度和桿體與擴大頭之間的握裹力足夠大時，將發生擴大頭受壓端周圍土體的破壞[4-5]。

對于前面兩種破壞形態一般可以通過構造予以解決。而對于第三種破壞形式一般可細分為以下3個階段：①靜止土壓力階段，當受拉力較小時，非擴體與擴體段側壁受摩阻力，擴體段前端面受靜止土壓力作用；②過渡階段，外荷載繼續加大時，擴大頭達到達到靜摩阻，而后其端前土體進入局部塑形；③塑性區壓密—擴張階段，當外拉荷載繼續增大，擴大頭向前發生較大位移，塑性區土體受外圍土體圍壓約束，進行應力狀態和塑性區范圍的調整。

2.2.2 擴大頭錨桿的受力組成

普通錨桿（索）其抗拔承載力主要靠錨固體與周圍土體間的摩阻力提供。而擴大頭錨桿屬于摩擦-端壓型錨桿，考慮擴大頭端部土體破壞（上述2.2.1節的第三種種破壞形式），力學模型見圖5，其抗拔力由3部分組成[6]，

圖5 擴大頭錨桿力學模型

上式中T1為非擴大頭段錨固側壁與土體的摩阻力，T1＝πD1L1τf，D1為錨桿鉆孔直徑，L1為非擴體段長度，τf為非擴體段地層與錨固體側壁之間的摩阻強度；T2為擴大頭段側壁與土體的摩阻力，T2＝πD2L2τfd，D2、L2為擴大頭段直徑、長度，τfd為擴大頭側壁與地層之間的摩阻強度；T3為土體對擴大頭端部的正壓力，，PD為土體作用于擴大頭端面上的正壓力強度，主要與擴大頭段端面土體性質以及錨桿的工作狀態相關。

3 錨桿檢測與分析

錨桿的抗拔試驗采用穿心張拉千斤頂配合反力支承平板系統提供試驗反力，采用分級循環加載，直至達到最大試驗荷載。根據《高壓噴射擴大頭錨桿技術規程》[2]規定，初始荷載取 50kN（即0.1倍錨桿抗拔力特征值Ra），分級加荷值取 Ra的 50%、75%、100%、120%、135%和150%，最大試驗荷載取750kN，錨桿加荷等級與觀測時間見表2。

以本工程試驗錨桿 35#、172#、242#、287#、320#、346#為例，其荷載 -位移（Q-s）曲線見圖6。由試驗曲線可知，錨桿的位移離散性很小、可靠性高，且在最大試驗荷載作用下，錨頭位移穩定，錨桿實際彈性變形值在理論計算范圍以內，承載力均滿足設計要求。

4 結論

高壓噴射擴大頭錨桿具有單根錨桿抗拔承載力高、工作位移小、施工速度快、耐久性好等諸多優點，特別適用于多層地下室抗浮設計。結合實際工程案例，分析了采用高壓噴射擴大頭（囊式）錨桿的原因，介紹了施工工藝分析了擴體錨桿的受力機理，并得到了現場試驗檢測的驗證。采用高壓噴射擴大頭（囊式）錨桿具有明顯的社會經濟效益，對合肥地區類似工程推廣應用高壓噴射擴大頭錨桿具有一定借鑒意義。

加荷等級與觀測時間 表2

圖6 錨桿承載力試驗Q-s曲線