高水位卵石地質條件下抗浮錨桿技術選擇與工程應用研究

摘要：在高水位及卵石地質條件下，采用抗浮技術的原因。通過對比分析論證選擇適用于工程項目的抗浮技術（方案），同時確定抗浮錨桿的技術參數。以及對抗浮錨桿的施工工藝，施工過程質量控制，施工重、難點及抗浮技術運用效果進行深入探討。抗浮技術（方案）最終取得的效果：加快了施工進度、縮短了施工工期、節約了施工成本、預設定的抗浮錨桿技術參數符合工程抗浮要求。抗浮錨桿技術（方案）在文體中心項目成功運用，可為以后類似工程施工提供借鑒。

關鍵詞抗浮錨桿錨桿技術高水位卵石地質

中圖分類號：TU74;TU476

TechnicalSelectionandEngineeringApplicationofAnti-FloatingAnchorTechnologyUnderHighWaterLevelPebbleGeologicalConditions

CENZhida

ChinaEnergyEngineeringGroupGuangxiHydroelectricConstructionBureauCo.，Ltd.，NanningCity，GuangxiZhuangAutonomousRegion，530001China

Abstract：ThisarticlestudiesthereasonforadoptingAnti-Floatingtechnologyunderhighwaterlevelandpebblegeologicalconditions.Throughcomparativeanalysisanddemonstration，theAnti-Floatingtechnology（scheme）suitablefortheprojectisselected，andthetechnicalparametersoftheanti-floatinganchoraredetermined.Theconstructiontechnologyofanti-floatinganchor，thequalitycontrolofconstructionprocess，thekeyanddifficultpointsofconstructionandtheapplicationeffectofAnti-Floatingtechnologyarediscussedindepth.Thefinalresults oftheAnti-Floatingtechnology（scheme）areasfollows：Theconstructionprogressisaccelerated，theconstructionperiodisshortened，theconstructioncostissaved，andthepresettechnicalparametersoftheanti-floatinganchormeettheanti-floatingrequirementsoftheproject.ThesuccessfulapplicationofAnti-FloatingAnchortechnology（scheme）inthesportscenterprojectcanprovidereferencefortheconstructionofsimilarprojectsinthefuture.

KeyWords：Anti-floatinganchor;Anchortechnology;Highwaterlevel;Pebblegeology

1概述

1.1工程概況

文體（市民）中心項目占地62541.02m2，總建筑面積46281.90m2。包括地上建筑面積21986.60m2，地下建筑面積24295.30m2（含人防面積約為9800m2），主要建設全民健身活動中心（3層、建筑高度27m）、市民服務中心（4層、建筑高度27m）、公共廁所（1層）、垃圾房（1層，兩棟）、地面運動場（1個400m跑道運動場、2個籃球場、12個乒乓球場），配套建設給排水工程、配電工程、道路工程、綠化工程等相關配套設施。

1.2水文地質條件

地層巖性自上而下揭示如下。

1.2.1卵石層③（Q4al+pl）

灰黃、褐黃色，中密～密實狀，密實為主，成分以卵石為主，粒間主要為礫石、砂質及少量黏性土充填，濕～飽和狀為主。卵石成分以石英、硅質巖為主，粒徑多在20～40mm，最大者約80mm，多呈亞圓形，分選性中等偏差，層厚2.80～7.50m，層頂高程為111.56～117.77m。

1.2.2強風化粉砂質泥巖④（T1）

黃褐色，褐紅色，強風化，巖質軟，細粒狀結構，薄層構造，局部見夾薄層狀，灰色硅質巖，巖石基本風化呈堅硬狀黏性土為主，鉆探過程中發現局部夾層較多風化碎石。干鉆進尺困難，巖芯呈黏性土狀為主，局部呈砂土狀。該層于場地分布連續，層厚大，本次鉆探未揭穿該層，鉆探控制厚度6.00～14.30m，層頂高程為106.69～113.65m。該強風化巖層具遇水軟化、崩解等特性，受水浸泡情況下，其強度（或地基承載力）下降明顯。

1.3采用抗浮技術背景

本項目采用天然地基以卵石③、強風化粉砂質泥巖④作為持力層時，承載力特征值統一采用fak=260kPa。地下水位埋深0.00～0.90m（標高為113.93～114.88m），年水位變幅約1～3m。因地下水賦存于卵石③中的孔隙潛水，略具承壓性，補給來源主要為相鄰場地同一含水層的側向補給和大氣降水下滲補給。本卵石層屬于強透水性地層，其厚度較大，含水量豐富，水量豐沛，由于場地離清水河不是很遠，而作為主要含水層（卵石層）厚度大，透水性好，且基坑開挖深度也比較大。在基坑開挖過程中，基坑的涌水量較大。

基坑東北—西南方向長240m，西北-東南方向寬128m，建筑物結構類型為框架結構，基礎底板厚400mm，基底標高111.10m，設計抗浮水位：114.81m。由于高水位對大面積建筑物基礎產生很大的浮力，僅依靠結構本身自重，擬建建筑物抗浮達不到設計要求，必須輔以抗浮技術措施。

2抗浮技術的選擇

2.1抗浮主要技術

目前，工程上常采取的抗浮技術主要有以下幾種：（1）疏水泄壓抗浮（主要采取截水帷幕灌漿，設置井降水井，或建筑物底板基礎設置反濾層和排水盲溝，通過周邊集水井抽排水等控制地下水位，以免地下水對底板產生浮力）；（2）抗浮樁（抗拔樁）基礎；（3）結構優化（如增加地下室層數、或增加筏板厚度等以達到增重抗浮）；（4）設置抗浮錨桿。

2.2抗浮技術對比分析與選用

由于本項目所在地地下水位很高（常水位埋深0.00～0.90m），同時建筑物的持力層為卵石層，地質資料表明本卵石層為強透水性地層，其厚度較大，含水量豐富。針對這些特點，需要認真對比分析選擇適用于本項目的抗浮技術措施。

2.2.1疏水泄壓抗浮

通過設置截水帷幕（或降水井點）、排水溝（包括盲溝、暗溝及明溝）、集水井、反濾層、排水管、供電設施及配套水泵等降（排）水系統。當地下水位大于控制水位時，排水系統自運行抽排地下水，保證地下水位低于建筑物基礎底板底以下，以消除地下水對底板產生的浮力。雖然此方案前期投入也較低，但后期運營成本高（如增加管理人員、設施維護、常態抽水用電費等）。同時由于長期不間斷抽水會造成周邊地表沉降，危及周邊建（構）筑物安全。

2.2.2抗浮樁（抗拔樁）抗浮

抗拔樁的抗浮原理是主要依靠樁身與土層的摩擦力來抵抗地下水對建筑物底板生產的浮力，因此其抗拔承載力主要取決于樁徑、樁長和土層摩擦阻力的大小。本項目基礎為卵石層，土層摩擦阻力的較小，為滿足抗浮要求需要增大樁徑，樁的長度，或者增加樁的數量等。抗拔樁采用鉆孔鋼筋混凝土灌注樁或預應力混凝土管樁等，其造價高，一般適用于高聳建筑、海上工程（如海上碼頭平臺、大型船塢底板的樁基礎）、特殊結構（如懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎等）。抗拔樁施工技術復雜、需要加用多臺大型機械設備配合，而本項目持力層為卵石層、水位高，采用大型設備施工會破壞持力層，且工期長、造價高。

2.2.3結構優化抗浮

對建筑物結構進行優化設計（如增加地下室層數、增加筏板厚度、增加地下室頂板覆土重量、采用鋼渣混凝土壓重等），是通過增加結構自重和輔助設施配重量來抵消浮力的方法。當水的浮力不大時，采取此方法時抗浮就很容易實現，增加的費用也不多；但本項目底板面積為27295m2，在水的作用下會產生很大的浮力，采用此法抗浮時，需要增大結構物的尺寸以達到增加結構自重去平衡水的浮力這一目的，這就將使地下室使用空間大大減小，減少了建筑物的使用功能和美觀。這與地下室作為人防（面積約10000m2）和車庫共同使用，即盡量使用地下空間相矛盾。

2.2.4設置抗浮錨桿抗浮

抗浮錨桿一端錨固在建筑物的底板，另一端錨固在建筑物地基的持力層，通過錨桿體（鋼筋和注漿混合體）與周圍土體的摩擦力來抵抗上浮力，從而穩定建筑物，防止其上浮。

抗浮錨桿在本項目應用優勢：（1）抗浮錨桿不需要大型機械設備輔助施工，施工工藝比較簡單、便于施工操作，相較于抗浮樁，抗浮錨桿施工速度更快（縮短工期），成本更低；（2）本項目持力層為卵石層，通過高壓注漿，能使純水泥漿很好地滲入石間的空隙與夾層中，大大提高了錨桿體與土體的摩阻力，從而獲得較好抗浮效果；（3）抗浮錨桿具有布置位置比較靈活的優勢，同時錨桿均勻分布，使建筑物的抗浮力分布均勻合理，有助于建筑物抗浮穩定；（4）耐久性好。抗浮錨桿采用普通材料制作，也具有較長的使用壽命，能夠滿足工程長期使用的要求。

通過上述對比分析，無論從施工的符合性、縮短工期方面、節約成本角度、抗浮效果等來看，抗浮錨桿措施都比另外3種措施更具有運用優勢性，所以本項目抗浮措施采用設置錨桿抗浮措施。

3抗浮錨桿方案設計

3.1設計技術指標

錨桿的受力是靠錨桿周圍土的摩擦力作用逐漸傳遞到土中的，與土層性質有關[1]。結合本工程特點，通過技術經濟對比、分析及論證。本項目最終采用造價更低、易于施工、方便連接、受力明確及施工工期短的非預應力抗浮錨桿技術。設計布設的錨桿總數：2424根。錨桿防水等級為二級，防腐保護等級為II級。

3.2設計驗收要求

施工完畢的錨桿，達到齡期后，必須進行成型錨桿抗拔驗收試驗。根據《建筑工程抗浮技術標準》（JGJ476—2019）［2］：錨桿驗收試驗應抽錨桿總數的5%且不少于5根，錨桿試驗應在錨固體灌裝強度達到設計強度90%后進行。試驗的最大加載量為單根錨桿抗拔承載力特征值的2倍。做成型錨桿抗拔驗收試驗的錨桿兼做工程錨桿，不做破壞性試驗。

4抗浮錨桿施工

抗浮錨桿施工必須在完成基礎開挖，澆筑墊層后進行。

4.1施工工藝

4.2施工前準備

（1）由于本項目水位高、卵石層深厚等地質條件比較復雜，在正式施工前，需在基坑四角及中間5個地方分別施設1根實驗性抗浮錨桿。然后進行抗拔試驗。目的是確定錨桿體與卵石層之間粘結強度特征值；以校核設計確定持力層地質條件下抗浮錨桿的極限抗拔力；了解錨桿抵抗破壞和承受荷載后在高水位、卵石地質條件下的力學變化，為錨桿結構設計的調整和施工提供可靠依據；同時驗證施工機械設備適用性與人機配合情況。

（2）劃分作業區：項目總共分4個區（I區、II區、III區、IV區），施工順序：I區→II區→III區→IV區，同時對各區內錨桿進行編號。

（3）對作業面進行硬化：開挖完成后抗浮錨桿正式施工前，先澆筑混凝土墊層（C20，厚度15cm）；如為了趕工，先施工抗浮錨桿，然后開挖，再施工混凝土墊層。可能存在以下不利問題：①錨桿間距較小（2000mm×2000mm），機械開挖容易擾動或破壞錨桿，嚴重影響了錨桿的作用效果；②由于水位高開挖高程不易控制，會造成多次擾動建基面情況。

（4）施工前應將現場的地下水位降至錨桿孔孔底以下0.5m，主要目的是減少地下水對抗浮錨桿施工地影響，保證施工質量。

（5）施工前按設計要求進行漿液配合比試配實驗，以確定施工配合比。

4.3放樣定位

根據設計圖中的軸線和抗浮錨桿的網格，在各作業區內（I區、II區、III區、IV區）用全站儀（型號：NTS-362R10）放樣，在各作業區地面上測放出軸線的準確平面位置，并用墨斗的墨線彈出各軸線位置，再根據各軸線位置放出各個錨桿的中心點位，并將每根錨桿的中心點位標在實地上，且標上編號。最后用水準儀（型號：BJ-S3）放出每根抗浮錨桿的下鉆深度。填寫好測量AB表，報監理審核。平面位置錨桿的中心點的放樣誤差應不大于30mm，對特殊情況，經設計、監理同意后適當移位，但樁位偏差不大于50mm。設計要求錨桿的孔Ir1z1pNVGFR4dA0JAv98eg==深不應小于設計長度，也不宜大于設計長度500mm。

4.4鉆機就位

鉆機就位后調平穩固，調整鉆桿保持垂直，保證鉆頭中點與設計孔位中心重合。

4.5鉆機成孔

采用專用的GMZ3-50型號錨桿鉆機鉆孔，鉆頭直徑為190mm，供風設備：VF-20/17型空壓機；由于本項目水位高，地層為卵石層如采用按常規方法施工容易造塌孔，成孔率低，即使成孔，也給清孔帶來困難。所以，現場采用護筒跟進方法（邊鉆進邊加護筒護壁），錨桿孔直徑200mm，護筒采用φ200PVC管，鉆孔深度為5m（局部為6m），要求鉆入卵石層③深度不小于0.6m，施工時應對照地質勘探報告柱狀圖，嚴格控制進入土層④的錨固深度。同時要求超鉆深度符合要求，一般需要比設計深度深200～500mm[3]。鉆機鉆進時應確保鉆機機架的水平度和立軸的垂直度。以防孔位偏斜，鉆孔傾斜度控制0～100mm之內。鉆到設計標高后，不得馬上關機停鉆，應穩住鉆頭繼續空鉆約1min，以防止成孔后孔底部達不到設計孔徑要求。施工人員應對每個孔的孔深、孔徑及孔斜做好記錄。成孔后應及時進行注漿，成孔后若超過6h后才進行注漿，應重新量測孔深，合格后才能注漿。如果發生塌孔、縮徑等異常情況，需重新成孔或采取其他措施[4]。

4.6提鉆清孔

當鉆孔達到設計深度后，為防止塌孔，提出鉆頭須緩慢。同時反復利用高壓空氣沖洗孔內泥漿等沉渣不少于2次，風壓控制在1MPa。用高壓潛水泵對已安放錨桿體的孔進行清孔。控制一次清孔數量，一次清孔數為10～15個[5]。完成清孔后，現場監理工程師、質檢員進行孔深，孔偏斜度進行量測，符合設計或規范要求后方可進行下道工序施工。

4.7錨桿體制作

本項目錨桿總數：2424根，錨固長度5m，直徑為200mm，錨桿體由鋼錨桿錨筋（3根22mm三級螺紋熱軋筋）、固定筋（1根25mm三級螺紋熱軋筋，每隔1.5m加一段，每段100mm長，兩端與錨桿筋焊接牢固）和鋼筋支架（3根8mm，每隔3m設置與鋼錨桿錨筋焊接牢固）組成。伸入地基礎錨固深度不少于800mm錨桿斷面如圖2、圖3所示。錨桿體制作加工必須嚴格按圖紙和規范要求。下料時需要注意的是：錨桿筋下料長度為鉆孔長度+錨入上部結構長度，其中錨入上部結構的長度應符合鋼筋的錨固長度要求。錨筋需涂防腐油脂（采用環氧樹脂，厚度大于320μm）。研究表明環氧樹脂在各種環境下的抗腐蝕能力強且與錨桿的黏結強度高[6]。因此，采用環氧樹脂作為本項目抗浮錨桿的防腐涂料。

4.8置入桿體

利用SD90輪胎式挖掘機將已制作好的錨桿放入錨桿孔內，放置的過程中必須保證錨桿垂直居中于錨孔中。防止錨桿擾動孔壁土造成砂石掉入孔內，影響注漿效果，進而影響其受力。

4.9孔內注漿

由于水位高、卵石層深厚地質的條件，為保證注漿質量，采用二次高壓注漿工藝。注漿設備：HB-80/10型壓漿機泵（2臺），注漿材料為M30純水泥漿，使用普通硅酸鹽水泥（P.O32.5R），注漿壓力為0.4～1.2MPa，水灰比為0.45～0.5。

孔內注漿管采用φ25PE管。錨桿體安放入孔后30min內應進行一次注漿[7]。

純水泥漿在拌漿機里攪拌時間不少于5min，保證漿液均勻。灌漿前先拔出護壁管，自下而上連續灌注，第一次注漿要求漿料溢出孔口后停止注漿，注漿的過程中如錨桿體發生偏位須及時調整。第二次注漿應在第一次注漿完成進行，兩次注漿的間隔時間約為30min[8]。第二次注漿應邊注漿邊拔注漿管，注漿壓力不小于0.4MPa，也不大于1.2MPa，防止注漿壓力過高擊穿孔壁。

由于地下水位高、砂層滲透系數較大，部分錨桿需要進行第三次、第四次補漿后，注漿質量才符合要求。注漿后錨桿需要養護14d，期間不能擾動、碰撞及強振動，免影響抗拉力。

5施工重、難點及保證措施

（1）由于水位高、卵石層深厚、有微承壓水，這給施工帶來困難：①局部孔底有涌砂冒水情況，注漿時漿液難以滲入孔底地層，造成錨桿底端無固結體，影響錨桿抗拔力；②有水情況下開挖，很難控制開挖建基面高程，容易引起超挖，造成錨桿錨固段部分被撓動，降低了地層的錨固力；③漿液流失嚴重和凝固后體積收縮較大，造成錨固效果降低。④在鉆孔過程中或不及時注漿時，塌孔比較多。采取保證保措施：①提前做好規劃，在開挖前1～2月采取降水措施，將地下水位降至已孔底下500mm，盡量使開挖、鉆孔及注漿施工在無水條件下進行；②控制鉆孔速度及壓力減少鉆孔過程塌孔；③置入錨桿后及時進行注漿。

（2）當實際地層與地勘報告不符時，需要及時調整錨孔深度。否則影響錨桿抗浮力作用。但由于專業知識等條件限制，要做到準判地層變化及時調整錨孔深度的工作難度很大。保證措施：①鉆孔施工時及時對實際地層地質狀況進行記錄。并與地質報告柱狀圖進行對照，控制鉆孔深度；②通過業主協調，由地質勘察單位安排專業人員進駐現場，跟進施工，協助準確判斷地層變化情況，以便及時調整鉆孔深度，確保錨桿的錨固長度。

6技術效果

6.1施工速度快

抗浮錨桿技術工藝成熟、設備成孔速度快，錨桿體制作簡單，易于施工管理，施工效率高。本項目抗浮分項工程施工工期原計劃為4個月。采用此技術后，工期縮短為2.5個月（節省工期1.5個月）。

6.2經濟效益好

相比其他抗浮技術，抗浮錨桿技術相對簡單，無需大型機械設備，施工人員施工技術水平要求也不高，設備費及人員費投入相對比較少，施工簡便，操作靈活。根據工期縮短1.5個月測算：本項目設備及人員等費用少投入約120萬元。獲得了良好經濟效益。

6.3抗浮滿足要求

抗浮錨桿施工完成后，根據規范《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2019）[9]，抽檢錨桿的數量為錨桿總數的5%，且不得少于5根。本工程錨桿總數為2424根，共抽檢121（2424×5%=121.2≈121）根，抽檢錨桿位置由參建各方共同確定。由業主委托第三方（廣西XX建設工程檢測有限公司）進行檢測。最終試驗檢測結果：121根抗浮錨桿檢測中，所有單根錨桿抗拔承載力特征值（Rt）都達到540kN以上（設計要求為180kN），所有檢測錨桿都滿足要求。同時對近一年來水位變化對工程實體影響（浮力對工程實體的影響）進行沉降與側向位移監測，監測數據穩定無異常，符合設計要求。

綜上所述，本項目采用的抗浮錨桿技術符合抗浮要求。

7結語

本文主要對項目基礎的卵石地質性質進行描述、分析；高水位對工程施工及工程實體的影響；通過對比分析選定抗浮錨桿技術作為本工程抗浮措施；并介紹抗浮錨桿技術原理及本工程采用抗浮錨桿的相關主要技術參數。同時，對抗浮錨桿技術的施工工藝、施工重、難點及技術應用效果等方面進行了深入探討。抗浮錨桿技術在本工程成功運用：工期提前了1.5個月，節約施工成本約120萬元，且抗浮效果好。說明在高水位、卵石地質條件下采用抗浮錨桿解決建筑物抗浮問題是非常有效技術措施。希望通過本工程實例，能為以后相關類似工程解決抗浮問題提供有益的參考。

參考文獻

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