巖石錨桿在煙囪基礎(chǔ)中的施工與試驗(yàn)

張靜

（中化二建集團(tuán)有限公司（山西華晉巖土工程勘察有限公司）030021）

巖石錨桿在煙囪基礎(chǔ)中的施工與試驗(yàn)

張靜

（中化二建集團(tuán)有限公司（山西華晉巖土工程勘察有限公司）030021）

本文通過哈爾巴嶺日遺化武挖掘回收設(shè)施工程1#挖掘樓煙囪巖石錨桿基礎(chǔ)為例，闡述在中風(fēng)化狀態(tài)下花崗巖中巖石錨桿基礎(chǔ)施工與試驗(yàn)，重點(diǎn)把控錨桿施工與灌漿質(zhì)量要點(diǎn)，并通過計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證施工中所采用的錨桿和灌漿料參數(shù)及錨桿在巖石中錨固長度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；其優(yōu)越性非常突出，不但可縮短建設(shè)工期，還可節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境。本文旨在為以后相似工程施工提供借鑒和指導(dǎo)作用。

煙囪基礎(chǔ)；巖石錨桿；施工；試驗(yàn)

1　前言

本工程施工區(qū)域?yàn)閲抑攸c(diǎn)工業(yè)林區(qū)，北依哈爾巴嶺，山體屬長白山山脈北部山區(qū)支脈，處于區(qū)域斷裂帶影響的邊緣，故受其影響甚小，巖體僅受輕微擠壓。據(jù)地震部門資料，施工場區(qū)無新構(gòu)造活動斷裂和發(fā)震斷裂，場區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，巖石承載力標(biāo)準(zhǔn)值較高，因而此條件下建立的設(shè)備基礎(chǔ)可采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

巖石錨桿基礎(chǔ)利用巖石作持力層，用細(xì)石混凝土或高強(qiáng)無收縮灌漿料和錨筋注入鉆鑿成型的巖孔內(nèi)的錨樁基礎(chǔ)，把上部結(jié)構(gòu)荷載通過樁或墊塊直接傳至巖石上，并與巖石連成整體基礎(chǔ)，發(fā)揮了原狀巖體力學(xué)性能，具有良好抗拔性能，特別是上拔和下壓地基變形比其它類型基礎(chǔ)都小，大大降低基礎(chǔ)材料用量，節(jié)約成本。

1.1工程概況

本工程位于吉林省延邊自治州敦化市大石頭鎮(zhèn)東南側(cè)炮彈溝內(nèi)，北依哈爾巴嶺，西臨大林水庫；距大石頭鎮(zhèn)約19km。山體屬長白山山脈北部山區(qū)支脈，山體連綿，地形復(fù)雜；場地地層在揭露深度51.2m范圍內(nèi)，地層結(jié)構(gòu)主要為第四系全新統(tǒng)植物沉積、沼澤相沉積泥炭和粘土、低洼溝谷內(nèi)第四系全新統(tǒng)湖沼積、沖積的粘性土、第四系坡殘積砂礫粘性土及燕山期風(fēng)化花崗巖。底部地層：燕山期第⑨、⑩、（11）層風(fēng)化花崗巖，局部夾輝綠巖巖脈。

本工程分別在1#挖掘樓有2個(gè)煙囪錨桿基礎(chǔ)，2#挖掘樓和回收樓各有一個(gè)煙囪錨桿基礎(chǔ)，以1#挖掘樓地層為例，⑨層強(qiáng)風(fēng)化，⑩層中等風(fēng)化作為持力層巖石錨桿基礎(chǔ)。

1.2煙囪受力特點(diǎn)與原始數(shù)據(jù)

煙囪基礎(chǔ)受力特點(diǎn)：其同時(shí)承受豎向荷載Fz，傾覆彎矩Mr，水平荷載Fr。在實(shí)際工程中傾覆彎矩Mr是基礎(chǔ)穩(wěn)定的主要控制條件。

1#挖掘樓煙囪設(shè)計(jì)為30m鋼筒煙囪，煙囪±0.000m相當(dāng)于絕對高程235.2m，基礎(chǔ)埋深2.4m。基礎(chǔ)采用圓柱臺階式，基底標(biāo)高-2.4，自-2.4～-0.9m為第一臺階部分，自-0.9～±0.000m為第二臺階部分，第一臺階部分直徑2.5m，配置兩層水平鋼筋，第二臺階部分直徑1.9m。基礎(chǔ)混凝土C35，鋼筋HRB400級。

1.3煙囪基礎(chǔ)方案

因本次設(shè)計(jì)室內(nèi)地坪標(biāo)高235.2m，煙囪獨(dú)立基礎(chǔ)頂面軸壓力不大，且地基物理力學(xué)性能指標(biāo)穩(wěn)定，巖心無破碎，裂隙較少。如在基巖上采用常規(guī)臺階式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)，既不能充分利用基巖工程地質(zhì)特性，導(dǎo)致工程浪費(fèi)，且不利于環(huán)境保護(hù)；更因此煙囪基礎(chǔ)與1#挖掘樓（炮彈坑）水平距離非常小，減少石方量開挖和基礎(chǔ)埋深可減少對炮彈坑影響，安全性更高；因此采用豎向巖石錨桿基礎(chǔ)，可有效減少甚至避免諸多不利。

1.4設(shè)計(jì)要求

1#挖掘樓煙囪基礎(chǔ)錨桿總數(shù)9根，每根長3.6m，錨桿孔徑96mm；錨桿采用φ32精軋螺紋鋼筋PSB930（屈服點(diǎn)不小于930MPa），巖石地基巖體完整程度應(yīng)不低于破碎，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度宜>25MPa。

錨桿孔灌注采用高強(qiáng)無收縮灌漿料或合成樹脂注漿料。注漿材料與巖石粘結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)<0.5MPa，注漿材料與精軋螺紋鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)<2.5MPa。

2　巖石錨桿施工

2.1工藝流程

土石方開挖→按基礎(chǔ)平面布置圖進(jìn)行基礎(chǔ)放線和定位→施工墊層→按基礎(chǔ)平面圖進(jìn)行鉆孔前錨孔定位放線→鉆機(jī)組裝和對位→鉆孔和清孔→錨桿插入→注漿料灌注并保養(yǎng)。

2.2施工準(zhǔn)備

2.2.1技術(shù)準(zhǔn)備

（1）施工前應(yīng)對影響施工的事項(xiàng)調(diào)查核實(shí)，對地勘報(bào)告情況進(jìn)行設(shè)計(jì)對比，施工技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行技術(shù)交底，掌握施工技術(shù)要求和施工驗(yàn)收規(guī)定。

（2）對地下埋設(shè)物和障礙物等在施工前應(yīng)再度進(jìn)行細(xì)部復(fù)核，確認(rèn)無影響后方可施工。

2.2.2材料準(zhǔn)備

錨桿進(jìn)場時(shí)由技術(shù)和材料人員對錨桿外觀、直徑、長度等嚴(yán)格校核和檢查，復(fù)檢質(zhì)量檢驗(yàn)證明；灌漿料應(yīng)檢查質(zhì)量合格證書、檢驗(yàn)報(bào)告；同時(shí)安裝前由負(fù)責(zé)人對錨桿進(jìn)行校核和檢查。

（1）本項(xiàng)目錨桿采用營口市九隆精制螺紋有限公司生產(chǎn)的精軋螺紋鋼筋PSB930，經(jīng)檢驗(yàn)，錨桿質(zhì)量符合《GB/T20065-2006》標(biāo)準(zhǔn)要求。錨桿屈服強(qiáng)度Rel 960MPa、抗拉強(qiáng)度Rm 1160MPa、及延伸率A7.0（%）均達(dá)設(shè)計(jì)要求。

（2）本項(xiàng)目灌漿料采用吉林聯(lián)大新型建材有限公司生產(chǎn)的高強(qiáng)無收縮灌漿料，規(guī)格型號：LD991。灌漿料符合《JC/T986-2005》標(biāo)準(zhǔn)要求。其凝結(jié)時(shí)間（初凝≥2.3h、終凝≤8.5h），抗壓強(qiáng)度（1d：23MPa；3d：35MPa；28d：50MPa），灌漿料與螺紋鋼粘結(jié)強(qiáng)度28d為14MPa，大于標(biāo)準(zhǔn)13MPa，符合要求。

2.2.3鉆機(jī)準(zhǔn)備

鉆機(jī)采用ZYQ系列全液壓輕便鉆機(jī)，該鉆機(jī)解體性強(qiáng)，方便移動，單部件重量輕，易于移位，大大減少施工過程輔助時(shí)間，提高施工效率，適用地層范圍廣。

2.3鉆孔施工

（1）首先用人工挖至錨桿基礎(chǔ)墊層底設(shè)計(jì)標(biāo)高。查看巖石情況，同時(shí)報(bào)監(jiān)理和設(shè)計(jì)、勘察單位確認(rèn)，達(dá)到要求后方可進(jìn)入下步工序。

（2）為保證錨孔位置準(zhǔn)確，采取首先打墊層，然后再在墊層上準(zhǔn)確放樣，以確定錨孔準(zhǔn)確位置。對每個(gè)確定的孔中心在墊層上明顯標(biāo)出，保證孔間尺寸準(zhǔn)確無誤。

（3）鉆孔過程時(shí)刻注意固定好鉆機(jī)底座，始終保證鉆桿垂直，如有跑錨現(xiàn)象，立即停機(jī)處理。

（4）技術(shù)人員觀察記錄巖層變化情況，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)提供資料不符時(shí)應(yīng)停機(jī)，并通知設(shè)計(jì)部門處理。

（5）鉆孔施工中發(fā)現(xiàn)排渣異常，出現(xiàn)可疑液體、刺鼻氣味等異常情況時(shí)，應(yīng)停止鉆孔施工，查明情況后再進(jìn)行。

（6）每個(gè)錨孔鉆完后，應(yīng)立即檢查成孔質(zhì)量。錨桿水平、垂直方向的孔距誤差不應(yīng)>100mm；鉆頭直徑不應(yīng)<設(shè)計(jì)鉆孔直徑3mm；鉆孔軸線偏斜率不應(yīng)>錨桿長度2%；錨桿鉆孔深度不應(yīng)<設(shè)計(jì)長度，也不宜>設(shè)計(jì)長度500mm。

（7）鉆孔施工完成后移開鉆孔設(shè)備。清理基面四周風(fēng)化砂、碎石。使用專用封孔器材將錨孔封堵，防止鉆頭及雜物掉人孔內(nèi)。

（8）使用空氣壓縮機(jī)清孔，要有足夠壓力以保證孔內(nèi)巖粉和土屑清除干凈；然后用清水充分清洗孔壁，以增加錨桿與巖層粘結(jié)強(qiáng)度。

（9）在基礎(chǔ)墊層上安裝三角吊裝支架。利用支架將錨桿垂直下入錨孔內(nèi)，注意不得磕碰孔壁周圍，防止將雜物帶入孔內(nèi)。

（10）為減少錨孔巖石風(fēng)化影響，成孔后盡快組織注漿料灌注，注漿料灌注采用高強(qiáng)無收縮灌漿料。

2.4錨桿灌漿施工

（1）清掃煙囪基礎(chǔ)墊層表面，將錨桿鉆孔內(nèi)充分濕潤，灌漿前1h，應(yīng)吸干積水。

（2）高強(qiáng)無收縮灌漿料拌合時(shí)，加水量應(yīng)按產(chǎn)品合格證上推薦用水量加入（含水率≤2%），攪拌均勻即可。嚴(yán)禁摻入任何外加劑。

（3）因高強(qiáng)無收縮灌漿料具有很好流動性能，一般情況下，用“自重法灌漿”即可，即將漿料直接沿孔口灌入，完全依靠漿料自重填充整個(gè)灌注空間。

（4）灌漿開始后須連續(xù)進(jìn)行，不能間斷，并應(yīng)盡可能縮短灌漿時(shí)間。

（5）灌漿過程如發(fā)現(xiàn)表面有泌水現(xiàn)象，可布撒少量高強(qiáng)無收縮灌漿料干料，吸干水份。

（6）錨孔灌漿完畢后應(yīng)在灌漿層終凝前剔除基層表面余漿，灌漿層終凝后立即灑水保濕養(yǎng)護(hù)。

（7）在注漿料灌注完畢7d內(nèi)，距基礎(chǔ)5m內(nèi)不允許有對基礎(chǔ)有影響的作業(yè)，30m內(nèi)不允許有爆破作業(yè)。

3　錨桿實(shí)驗(yàn)

3.1試驗(yàn)要求

（1）據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄M巖石錨桿抗拔試驗(yàn)要點(diǎn)：在同一場地同一巖層中錨桿，試驗(yàn)數(shù)不得<總錨桿5%，且不應(yīng)少于6根。《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS222005）中也規(guī)定：對任何一種新型錨桿，或錨桿用于未應(yīng)用過的地層時(shí)，須進(jìn)行極限抗拔試驗(yàn)。錨桿極限抗拔試驗(yàn)采用地層條件、桿體材料、錨桿參數(shù)和施工工藝須與工程錨桿相同，且試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于3根。

（2）本工程設(shè)計(jì)要求：試驗(yàn)錨桿拉拔力采用精軋螺紋屈服強(qiáng)度50%（465MPa）為抗拔極限值。每個(gè)煙囪基礎(chǔ)試驗(yàn)錨桿不少于3根。實(shí)驗(yàn)結(jié)果須通知設(shè)計(jì)。

3.2試驗(yàn)設(shè)備

本次巖石錨桿抗拔靜載荷試驗(yàn)所用主要設(shè)備：HC-50錨桿拉拔儀，由北京海創(chuàng)高科科技有限公司研制生產(chǎn)。主要由手動泵、液壓缸、智能壓力數(shù)值顯示器及帶快速連接頭的高壓油管等部分組成。主要技術(shù)參數(shù)：油缸中心孔直徑：60mm；油缸行程：120mm；測量范圍：0～500kN；重量：29g；分辨率：0.01kN。

3.3試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)采用分級加載，荷載分級10級。試驗(yàn)最大加載量不少于錨桿設(shè)計(jì)荷載2倍，在安全條件允許情況下，盡可能增加加載量，以測求錨桿抗拔極限承載力。

（2）每級荷載加完畢后，立即測讀位移量，以后每間隔5min測讀一次，連續(xù)4次測讀出的錨桿拔升值均<0.01mm時(shí)，認(rèn)為在該級荷載下位移已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，可繼續(xù)施加下一級上拔荷載。

（3）當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即終止錨桿上拔試驗(yàn)：①錨桿拔升量持續(xù)增長，且在1h內(nèi)未出現(xiàn)穩(wěn)定跡象；②新增加的上拔力無法施加，或施加后無法使上拔力保持穩(wěn)定；③錨桿鋼筋已被拔斷，或錨桿錨筋被拔出。

（4）符合上述終止條件的前一級上拔荷載，即為該錨桿極限抗拔力。

（5）參加統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)錨桿，當(dāng)滿足其極差不超過平均值30%時(shí)可取其平均值為錨桿極限承載力。極差超過平均值30%時(shí)宜增加試驗(yàn)量并分析極差過大原因，結(jié)合工程情況確定極限承載力。

3.4試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.4.1試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)以1#挖掘樓（1-2）·G軸以北6根錨桿進(jìn)行試驗(yàn)，要求最大拉力387kN，檢測結(jié)果達(dá)到387kN（480MPa）以上，極限承載能力可達(dá)到設(shè)計(jì)要求（465MPa），是一種安全可靠的基礎(chǔ)型式。

3.4.2試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）錨桿基礎(chǔ)破壞可分3個(gè)階段：

首先荷載較小時(shí)錨桿、灌漿料與巖石地基共同承擔(dān)上拔荷載，上拔位移很小，地面沒有明顯變形；其次隨荷載加大，靠近地表灌漿柱與巖石結(jié)合強(qiáng)度較弱部位產(chǎn)生環(huán)形裂縫，巖體表面出現(xiàn)細(xì)小裂紋，基礎(chǔ)上拔位移量增大；當(dāng)荷載增大到一定程度時(shí)，上拔荷載沿錨桿向深部巖石地基傳遞，錨桿基礎(chǔ)變形迅速增大，產(chǎn)生以基礎(chǔ)為中心的放射狀裂縫，并向四周逐步發(fā)展。裂縫擴(kuò)展范圍和寬度隨荷載增加而增大，最終基礎(chǔ)灌漿與巖石結(jié)合而被拔出或沿環(huán)形裂縫帶動周圍一定范圍內(nèi)的巖石一同被拔出。本次試驗(yàn)錨桿未被拔出，基體巖石未受到破壞。

（2）本工程以2.5m作錨桿錨固長度，可滿足基礎(chǔ)強(qiáng)度穩(wěn)定要求。基礎(chǔ)平臺可改善基礎(chǔ)受力條件，提高基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠性。

（3）提高混凝土標(biāo)號與使用高強(qiáng)無收縮灌漿料，加大巖孔直徑能顯著提高基礎(chǔ)承載能力，使基礎(chǔ)承臺與地基能緊密地連接成整體，基底不會出現(xiàn)受拉脫開現(xiàn)象。

（4）施工質(zhì)量優(yōu)劣對基礎(chǔ)承載能力影響極大，要據(jù)巖石條件和基礎(chǔ)型式制定合適工藝和操作程序，保持機(jī)具設(shè)備處于良好工作狀態(tài)，嚴(yán)格掌握高強(qiáng)無收縮灌漿料配制攪拌和灌注質(zhì)量，確保承臺混凝土和原狀巖體粘結(jié)，采取必要養(yǎng)護(hù)措施和防風(fēng)化措施。

4　結(jié)束語

（1）本工程巖石錨桿施工取得良好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。①在巖石山區(qū)采用錨桿基礎(chǔ)施工材料非常省，同時(shí)也可減少材料運(yùn)輸，施工周期短；如采用鋼筋砼獨(dú)立基礎(chǔ)，為保證基礎(chǔ)穩(wěn)定和最小埋置深度，基礎(chǔ)將加深，這樣既不能充分利用基巖工程地質(zhì)特性和鋼材抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，除基礎(chǔ)費(fèi)用增加外，上部結(jié)構(gòu)鋼筋砼量都有所增加，導(dǎo)致工程浪費(fèi)；而巖石錨桿基礎(chǔ)則可大大節(jié)約施工成本；②錨桿基礎(chǔ)是環(huán)保型基礎(chǔ)，對植被、山體破壞非常小，土石方開方量小，棄方量較少，無回填，對當(dāng)?shù)厥菄抑匾I(yè)林區(qū)的環(huán)境保護(hù)非常重要；③此煙囪基礎(chǔ)緊鄰1#炮彈坑，目的是為排放炮彈埋藏體濾毒、換氣使用，用機(jī)械破碎加大基礎(chǔ)開挖和深度較困難，可能會使用爆破作業(yè)，繼而對炮彈坑危險(xiǎn)系數(shù)將增大，因此從安全角度上考慮采用巖石錨桿基礎(chǔ)是必要的。

（2）本工程巖石錨桿基礎(chǔ)適用于中風(fēng)化巖石區(qū)，施工需采用專業(yè)設(shè)備，施工工藝流程有鉆孔、清孔、潤孔、灌漿等工藝流程，對錨孔施工要求高，這就要求技術(shù)人員要做更為細(xì)致工作，同時(shí)對現(xiàn)場施工人員也提出更高要求。因此建議在巖石錨桿基礎(chǔ)施工中，應(yīng)對一線施工人員進(jìn)行一定培訓(xùn)。

[1]哈爾巴嶺日遺化武挖掘回收設(shè)施工程設(shè)備錨桿基礎(chǔ)施工方案.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）.

[3]《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22-2005）.

[4]蘇秀成，高學(xué)彬.巖石錨桿基礎(chǔ)施工工藝.電力建設(shè)，2007，28（4）：5.

[5]馬建偉，艾春輝，李榮升.巖石錨桿基礎(chǔ)在山區(qū)基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用.機(jī)電信息，2014（30）.

TU476

A

1673-0038（2015）43-0170-03

2015-10-8