松軟地層中抗浮錨桿跟管工藝的應(yīng)用

王云升，秦方田，田湘甲，劉曉亮

（中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟南 250014）

為了緩解用地緊張的局面，地下空間的應(yīng)用越來越廣泛，由于地下構(gòu)筑物建筑面積大，構(gòu)筑物上部荷載相對較少，在歷史最高地下水位情況下，結(jié)構(gòu)自重不足以抵抗地下水的上浮力，地下構(gòu)筑物的抗浮問題日益突出。抗浮錨桿具有抗拔力高、經(jīng)濟且不占用空間等獨特性能，因而在施工中的應(yīng)用日漸普遍[1]。某工程采用抗浮錨桿設(shè)計，局部抗浮錨桿需要穿過級配碎石回填層深入地下。為了保證工程的順利進行，經(jīng)過多次試驗，在保證工期的同時，采用潛孔鉆跟管工藝順利完成了施工任務(wù)。

1 工程概況

根據(jù)勘察資料，日照奎山體育中心項目地層結(jié)構(gòu)主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、河流沖積地貌全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土（Q4al）、上更新統(tǒng)礫質(zhì)黏性土（Q3el）、中生代燕山晚期花崗巖（γ53）組成。場區(qū)地下水主要類型為基巖孔隙水，地下水穩(wěn)定水位埋深為2.00～6.16m，絕對標(biāo)高為6.75～9.29m，地下水水位年變化幅度在1.0～2.0m。結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)形式采用抗浮錨桿+防水板+獨立基礎(chǔ)。該工程采用抗浮錨桿抵抗地下水的浮托力。設(shè)計抗浮水位的黃海高程為10.00m，采用抗浮錨桿作為永久抗浮構(gòu)件。錨桿錨孔直徑D=180mm，鋼筋采用HRB400三級鋼，fy=360MPa。其中強風(fēng)化巖石的設(shè)計錨桿有效錨固長度為5500mm，錨筋直徑為25mm。錨孔與鋼筋大樣詳圖如圖1所示，錨桿鋼筋大樣圖如圖2所示。

在進場初期，施工單位對現(xiàn)場地貌進行實際測量，依據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場實測標(biāo)高發(fā)現(xiàn)存在基坑超挖情況。依據(jù)設(shè)計方案，獨立基礎(chǔ)之前的超挖區(qū)域，采用3∶7級配碎石回填，并分層壓實。每層壓實厚度為30cm，壓實系數(shù)≥0.95。

2 工藝選擇

圖1 錨孔與鋼筋大樣詳圖（單位：mm）

圖2 錨桿鋼筋大樣圖（單位：mm）

經(jīng)過現(xiàn)場實際施工發(fā)現(xiàn)該工程共計存在4400m2的超挖情況，其中超挖深度在500～2500mm，最大超挖深度為3000mm，共計數(shù)量300余根。根據(jù)設(shè)計要求，抗浮錨桿需要穿過級配碎石回填層鉆入地下強風(fēng)化巖區(qū)域。在現(xiàn)場施工過程中，發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)的鉆孔成孔工藝，采用偏心鉆與同心鉆的鉆孔效率較低，造價成本高[2]。但如果采用潛孔鉆施工工藝，因級配碎石整體連接性較差，鉆機在鉆孔的過程中，由于潛孔鉆沖擊器產(chǎn)生的沖擊力會擾動周圍的級配碎石，同時由于該工程地下水位線較高，級配碎石容易隨地下水的流動而產(chǎn)生垮塌現(xiàn)象。在上述雙重因素的影響下，導(dǎo)致錨桿錨孔孔周圍的級配碎石持續(xù)塌陷，錨桿錨孔難以成型，因此不具備下錨注漿的條件[3]。經(jīng)過項目部的攻堅克難，多次試驗，決定采用潛孔鉆跟管工藝進行施工。

3 工藝原理

將200mm聚氯乙烯管套入潛孔鉆底部的鉆桿外，潛孔鉆在鉆進過程中，鉆孔直徑應(yīng)大于鉆桿直徑，套管因重力原因會跟隨鉆桿下沉，同時利用套管自身的結(jié)構(gòu)尺寸，防止鉆進過程中孔壁坍塌或流砂充塞鉆孔，從而保證成孔的穩(wěn)定性。套管安裝如圖3所示，錨孔成孔如圖4所示。

圖3 套管安裝

圖4 錨孔成孔

4 工藝施工流程

工藝施工流程：放線定位→鉆機定位→墊層破孔→套管安裝→鉆孔成孔→錨桿制作安裝→注漿→成樁養(yǎng)護→錨桿抗拔力試驗。

5 具體流程說明

（1）放線定位。按照現(xiàn)場已復(fù)核過的軸線，根據(jù)設(shè)計要求和地層條件，在基礎(chǔ)墊層上彈出孔位基準(zhǔn)線。根據(jù)基準(zhǔn)線確定具體錨桿位置，并做好標(biāo)記與編號。同時，在墊層上標(biāo)注好級配碎石層厚度，方便后續(xù)施工。通知監(jiān)理、業(yè)主現(xiàn)場人員進行復(fù)核驗收。

（2）鉆機定位。孔位經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主單位復(fù)核確認(rèn)后，即可移鉆機就位，固定鉆機，保證施鉆過程中鉆機不會有較大的晃動而影響成孔施工。按照設(shè)計的抗浮錨桿角度與位置調(diào)整位置，使鉆頭對準(zhǔn)所要施工的錨桿孔位，錨桿傾角允許偏差為±1°。如果場地內(nèi)集水坑位置存在施工不方便的情況，那么可在兩側(cè)鋪設(shè)工字鋼，并將鉆孔機置于工字鋼上進行鉆孔施工。

（3）墊層破孔。啟動鉆孔機，鉆桿底部對準(zhǔn)測量定位點，將100mm的墊層采用傳統(tǒng)鉆孔工藝進行鉆進，待墊層鉆穿后，關(guān)閉鉆孔機，提出鉆桿。

（4）套管安裝。操作鉆孔機，使鉆桿平伸，將200mm聚氯乙烯管由人工操作套入鉆桿外，套管長度大于級配碎石層厚度500mm，套管安裝完畢。

（5）鉆孔成孔。成孔采用專用錨桿鉆機干成孔，配180mm專用鉆頭。保證錨桿成孔直徑不小于200mm，機械成孔深度應(yīng)符合設(shè)計要求，錨桿施工鉆孔時，避免擾動周圍地層。啟動鉆機鉆入，成孔達(dá)到設(shè)計入巖深度后利用鉆機高壓風(fēng)力反復(fù)吹洗孔洞，將孔底粉或泥水清理干凈[4]。

（6）錨桿制作安裝。鋼筋的連接方式采用Ⅰ級機械連接搭接，機械連接接頭的類型、質(zhì)量、連接要求均符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。錨桿鋼筋的連接接頭應(yīng)設(shè)置在錨桿體受力較小的中下部，錨桿體制作時，桿體的下料長度應(yīng)考慮錨桿的設(shè)計長度、錨固的尺寸。錨桿的鋼筋長度為孔深度加上混凝土底板錨筋的長度。切好鋼筋后，現(xiàn)場進行加工，與錨桿連接，按設(shè)計圖紙加工鋼筋的尺寸及形狀，然后固定在定位器上，最下部一個定位器要求設(shè)置于鋼筋底往上2000mm處，定位器每隔2000mm布設(shè)一個。要求錨桿制作平順，定位支架及保護層點焊應(yīng)飽滿。錨桿制作好后，將注漿管（事先檢查有無破裂或堵塞）插入錨桿體中，綁扎松緊合適，以注漿后較易拔出為宜。注漿管下端要比錨桿下端短20～30cm，注漿管應(yīng)與錨桿一同下入孔中，下錨時應(yīng)避免錨桿扭曲、彎折及各部件的松脫。

（7）注漿。砂漿采用商品混凝土砂漿，通過注漿泵從孔底開始，注至孔口返漿，拔出注漿管。注漿設(shè)備應(yīng)有足夠的漿液生產(chǎn)能力，單根錨桿應(yīng)在1h內(nèi)連續(xù)完成注漿，嚴(yán)禁泥漿護壁。注漿管的出漿口應(yīng)插入距孔底200mm處，漿液自下而上連續(xù)壓力灌注，并確保從孔內(nèi)順利排水、排氣。插筋后應(yīng)及時灌注水泥砂漿，強度不低于30MPa，注漿壓力為0.5～1.0MPa。漿液應(yīng)攪拌均勻，并在初凝前用完。注漿過程中，應(yīng)認(rèn)真做好灌注記錄。

（8）試驗。錨桿施工前，必須按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）的規(guī)定進行錨桿極限抗拔試驗。試驗錨桿的最大抗拔加載荷載不小于2倍的錨桿抗拔承載力特征值，加載方式由試錨單位根據(jù)現(xiàn)場情況確定。設(shè)計單位根據(jù)試驗結(jié)果對初步設(shè)計進行復(fù)核，確認(rèn)后方可大面積施工。需要注意的是，錨桿極限抗拔試驗采用的地層條件、桿體材料、錨桿參數(shù)和施工工藝必須與工程錨桿相同，且每種錨桿類型試驗數(shù)量不應(yīng)少于3根。該工程錨桿施工完成后應(yīng)進行抗浮錨桿抗拔荷載試驗并進行驗收，試驗位置均勻分布在平面中，隨機抽收，驗收試驗的數(shù)量為每種錨桿總根數(shù)的5%且少于6根。對這些錨桿分別做抗拔試驗，驗收試驗的最大荷載為錨桿抗拔承載力特征值的2倍。抗拔試驗可在錨桿錨固段漿體強度達(dá)到設(shè)計強度等級的90%以上時進行。

6 結(jié)語

通過采用跟管工藝，解決了該工程遇到的級配碎石抗浮錨桿難以成孔的技術(shù)難題，在保證工期的情況下，加快了施工效率、減少了材料損耗，達(dá)到了降耗增效、環(huán)境保護、增加經(jīng)濟效益的目的，提升了抗浮錨桿施工的技術(shù)水平，為今后抗浮設(shè)計的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時，對類似松散地層和流砂層亦有較大的參考價值。