典型喀斯特地區地下室抗浮錨桿設計及施工要點

張 懷 生

(江蘇科泰巖土工程有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 概述

隨著經濟的持續發展，土地資源越來越緊張，為了更加充分地利用土地資源，建筑物在不斷增高的同時，不斷向地下發展，地下室不僅越來越深，而且規模越來越大，從而對建筑物的抗浮提出了更高的要求。因為地下水位較高時，根據阿基米德定理，建筑物所受浮力的大小等于建筑物排開地下水的重量。建筑物處于地下的結構體積和深度越大，建筑物所受的浮力也越大。建筑物受到浮力過大時可能出現裂縫、起拱和位移等現象，引起一系列質量安全問題，為了抵抗建筑物所受的浮力，抗浮錨桿是建筑結構設計上一種常用的方法。抗浮錨桿具有造價低、效率高和應用范圍廣等一系列優點。但對于喀斯特地區，由于溶洞、土洞、基巖面展布復雜多變、不同性質地下水等存在，對抗浮錨桿設計及施工、施工質量控制要點等提出了全新的挑戰，提出了更高的要求。現以喀斯特地區帶4層地下室的高層建筑物項目為案例，進行抗浮錨桿在喀斯特地區的設計及施工應用研究，供設計、施工同行參考。

2 地質情況及設計要點

2.1 地質情況

場地范圍內地層發育情況自上而下為：1)耕植土：灰黑色，稍濕～濕，結構疏松；主要由黏性土組成，含植物根莖、腐殖質，具臭味。該層分布于整個場地淺表層。層厚0.30 m～2.50 m，平均約0.97 m。2)粉質黏土：灰褐色，可塑，飽和，沖洪積成因；主要成分為粘粒。厚度1.00 m～2.00 m，平均約1.60 m。3)粉細砂：黃褐色，灰褐色，主要由細砂、粉砂組成；礦物組成主要為石英、長石；濕～飽和；松散。厚度1.00 m～3.00 m，平均約2.17 m。4)紅黏土：褐黃～褐黃色，硬塑～軟塑，飽和。主要由黏粒組成，含少量鐵錳質。偶見土體裂隙。厚度15.30 m～22.50 m，平均約19.65 m。5)灰巖：灰～灰黑色，分布于整個場地。呈中風化狀為主，厚度0.20 m～167.50 m，平均層約3.67 m。6)灰巖：灰～灰黑色，微風化；該巖層屬穩定下臥基巖，分布于整個場地，勘察揭露該層頂面埋深一般為0.60 m～40.30 m，勘察鉆探該層未揭穿。

根據附近場地的工程實踐，地下實際灰巖面十分復雜，地下溶溝、溶槽以及地層界面高低起伏、透鏡體、孤石、石筍等喀斯特典型地貌十分發育。下伏巖溶裂隙水為喀斯特覆蓋型溶洞裂隙水，具有一定的承壓性，主要賦存和運移于灰巖的溶洞、裂隙之中，少量賦存于土體裂隙中。

2.2 設計要點

對于地下室的抗浮設計，由于該場地地下水對地下室的影響主要為喀斯特巖溶裂隙水，地下水位較高。綜合考慮場地地形地貌、地表水系、地下水補徑排條件等因素，項目抗浮設防水位取室外地坪標高。

本工程地下室抗浮措施采用巖石錨桿，并可結合局部工程樁共同作用。抗浮錨桿采用面狀均勻布置，在地下室底板下均勻布置；該方案適用性廣，可節約地下室底板梁板配筋。抗浮錨桿設計需要驗算以下內容，以保證地下室的穩定性：1)錨桿鋼筋截面面積；2)錨桿錨固體與土層的錨固長度；3)錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度；4)土體或巖體的強度驗算；5)設計水位是否合理；巖層極限粘結強度標準值根據灰巖的風化程度取150 kPa～300 kPa，在全面展開錨桿施工前應先作錨桿抗拔試驗，以驗證錨桿設計方案的合理性，并及時調整方案。

其他輔助措施：1)由于喀斯特地區降水較豐富，而基坑、地下室施工時間較長，因此務必做好基坑、地下室內的抽排水措施，嚴禁地表水流入肥槽內。2)基坑施工完成后，務必控制好基坑肥槽內回填土質量，做好止水措施或降水措施，防止地表水滲入肥槽內，確保項目全壽命期內地下水位低于業主要求的水位。

3 工藝流程及施工要點

3.1 工藝流程

該抗浮錨桿項目主要包括錨桿定位放線、鉆進成孔、接鉆桿、錨桿安裝、注漿、二次補漿和養護驗收等工序。

3.2 土洞、溶洞地面塌陷防治

本抗浮錨桿工程位于巖溶地區，在巖溶地區常常會出現喀斯特地區常見的地面塌陷現象，該現象多由土洞引發，而土洞主要是地下水活動對土層產生的潛蝕、真空吸蝕等作用而造成。如長期大量抽取地表水及淺層地下水，土顆粒隨地下水流失，則容易引發土洞的產生。鑒此，本工程應高度重視土洞、巖溶地面塌陷的防治，具體防治措施如下：

1)通過綜合勘探，查明該巖溶地區水文地質情況，地下水類型，地下水分布規律，綜合分析制定工程的降水、截水和回灌方案，防止地下水位變化引起地面塌陷。2)對于淺埋土洞，當可能引起地面塌陷時，可采取拋石夯實的方法進行處理，當需要時也可采取壓力灌漿法。3)對于深埋土洞，當可能引起地面坍塌時，可采用壓力灌漿法處理。

3.3 鉆進成孔

對于巖溶地區抗浮錨桿成孔，一方面需要在巖層中成孔，巖石硬度較大，對成孔設備的動力要求較高，另一方面由于溶洞和土洞的存在，在成孔過程中易發生突然巖層破裂的現象，因此對設備的穩定性要求較高。本項目鉆進成孔采用YC420S露天潛孔鉆車，本項目錨桿成孔深度平均20 m，入巖深度平均5 m，采用潛孔鉆車每臺機每天可以成孔10個以上，較傳統成孔設備的每臺機每天3個孔大幅增加。孔距誤差水平方向不應大于50 mm，垂直方向孔距誤差不應大于100 m。

為保證施工質量，在成孔過程中要把握以下要點：1)錨桿錨固體與(巖)土層的錨固長度應取有效錨固長度，由于基坑開挖會對底板下土體有一定擾動，擾動較大時錨固長度要加30 mm～500 mm。2)為保證鉆桿垂直，在鉆桿上加裝扶正器使鉆頭、鉆桿保持在錨桿孔的中心位置，減小錨桿孔的彎曲。扶正器按每2節～3節(3.6 m～5.4 m)鉆桿加裝一個，具體可按錨桿孔的垂直度情況增減。3)成孔前要墊平鉆機，保證機臺的平整度，鉆進過程中采用孔口支撐。4)鉆進過程中要防止溶洞中的承壓水的影響，當距離含承壓水的溶洞1 m時，應控制鉆進參數，降低鉆進速度至100 mm/min以下，鉆桿轉速不超過100 r/min。遇溶洞冒水應立即停止鉆孔，并觀察孔內情況并采取適當措施，待溶洞水下降后方可繼續鉆進。

3.4 錨桿安裝

錨桿放入鉆孔之前，應重點檢查錨桿鋼筋連接處的質量，確認清孔質量并測孔深。錨桿安裝后進行灌漿時應對錨桿有可靠支撐，錨桿長度應按設計要求，與設計長度誤差不超過1%。

對于較小溶洞，因為土洞、溶洞相互連通，如果不進行處理，在之后的注漿過程中會出現漿液隨溶洞大量流出的現象，造成漿液的浪費，增加施工成本。

為了防止注漿時漿液隨溶洞流出，采用PVC薄管穿過溶洞，PVC薄管外徑與孔徑內徑一致，上下邊各高出溶洞孔上下邊緣500 mm，通過固定連接件與錨桿鋼筋相連，固定連接件橫向分布3根，分別連接3根錨桿鋼筋和PVC薄管,縱向分布規律與固定錨桿用鋼筋分布規律一致，宜為每1.5 m一段，也可根據情況適當加密(見圖1)。在制作帶PVC薄管的錨桿前，應確定好溶洞大小及位置，并根據其大小位置確定PVC薄管的尺寸及位置；錨桿在安裝過程中應對正緩慢下放，避免與孔壁發生碰撞造成PVC薄管變形。通過下放帶PVC薄管的錨桿，PVC薄管對小型溶洞形成封閉，在注漿過程中漿液將沿著PVC管向下，從而防止注漿時漿液流入溶洞造成漿液流失。

對于較大溶洞，應先回填再進行抗浮錨桿的施工，回填材料可用片石、粘土混合物或低等級混凝土等。

3.5 二次補漿

抗浮錨桿安裝后先進行一次注漿，注漿材料采用水泥砂漿，其配合比按水泥∶砂∶水為1∶0.6∶0.45選用，注漿壓力0.3 MPa～0.5 MPa，注漿采用孔底返漿法，從孔底到孔口連續進行注漿，直至漿液從孔口溢出停止注漿。對于溶洞處的抗浮錨桿宜添加速凝增強劑，從而加快水泥砂漿的凝固，防止水泥砂漿沿縫隙流入溶洞，造成漿液流失。為保證一次注漿質量，水泥砂漿應嚴格按配合比配制，攪拌均勻,隨拌隨用,漿液應在初凝前用完,并嚴防石塊、雜物混入漿液，注漿前應對壓漿管路進行施壓，檢查管道通暢情況，在注漿過程中管路應保持暢通。

對于喀斯特地區的抗浮錨桿項目，由于溶洞的存在，抗浮錨桿的錨固力可能會有所損失，加上一次注漿所采用的水泥砂漿凝固過程中會發生收縮形成孔隙影響抗浮錨桿的受力，為了增加錨固力，確保抗浮錨桿發揮預定的功效，二次注漿工藝的質量控制就顯得尤為重要。通過二次注漿工藝使水泥漿沖破薄膜及初凝砂漿，注入到砂漿、松散層之間和松散層內，不僅能增強固結體與周圍松散層孔壁間的粘著力，而且使漿體進入松散層內提高了錨固段松散層的抗剪力。

二次注漿前，應檢查制漿設備、灌漿泵是否正常，送漿管路是否暢通無阻；二次注漿采用水灰比0.5的純水泥漿，水泥采用P.O42.5級，注漿壓力2.0 MPa～3.0 MPa；二次注漿在一次注漿形成的水泥結石體強度達到5.0 MPa時進行，一般為一次注漿后4 h～6 h。注漿設備應滿足漿液生產能力和額定壓力的要求，注漿中斷超過30 min時，應用水或稀水泥漿潤滑注漿管及其管路。

4 結語

通過采用本文介紹的施工要點，實現了抗浮錨桿在巖溶地區的高效施工，施工的抗浮錨桿達到了設計要求，并得出以下結論：1)對于巖溶地區地下室的抗浮錨桿宜采用面狀均勻布置，在地下室底板下均勻布置，可節約地下室底板梁板配筋。2)當距離含承壓水的溶洞1 m時，鉆進過程中要防止溶洞中的承壓水的影響，控制鉆進參數，降低鉆進速度。3)對于小溶洞鉆進成孔后可采用PVC薄管穿過溶洞，注漿過程中漿液將沿著PVC管向下，防止注漿時漿液流失。4)較大溶洞應先回填片石、粘土混合物或低等級混凝土等，填充溶洞后方可進行抗浮錨桿施工。