抗浮錨桿技術在深厚卵石層地區的工程應用

許萬強

(1.福建省巖土與環境企業工程技術研究中心 福建龍巖 364000;2.福建永強巖土股份有限公司 福建龍巖 364000)

引 言

隨著城市的建設發展，大跨度、深埋置的大型建筑項目日趨增多，地下水對建筑施工過程及使用過程的影響不斷加大。尤其是在濱海高層群體建筑采用整體裙房或純地下室結構地區，由于地下水位高，自重和地面回填土的重量與地下水浮力不能平衡，常引發地下室底板隆起、開裂、整體建筑物上浮等工程質量事故。

目前，針對建筑抗浮措施主要有:壓載抗浮技術;降排截水技術;抗浮樁技術;抗浮錨桿技術。而抗浮錨桿技術因其具有地層適應性強，便于施工、經濟效益顯著等優勢，廣泛地應用于實際工程。本文結合龍巖某實際工程案例探討在高水位、深厚卵石層等復雜地質中抗浮錨桿在設計、施工及檢測技術難點。

1 工程概況

1.1 項目概況

項目位于龍巖市新羅區蓮莊路與金雞路交接處東山收儲A1地塊，在東山人居板塊內，占地面積約100878.1m2，由15幢(6#～20#樓)高層框剪結構住宅樓及四周一層純地下室組成。本工程高層住宅樓采用樁基礎，純地下室采用獨立基礎，基礎埋深6.0m，基底坐落于卵石層上。

1.2 地質概況

根據地質勘探資料，本工程抗浮錨桿成孔范圍內場地土層分布如下:素填土、耕植土、卵石③、泥質卵石④、粉質粘土④-1、含碎石角礫粉質粘土⑤、閃長巖殘積粘性土⑥-1、泥巖殘積粘性土⑥、全風化泥巖⑦、強風化泥巖⑧、中風化石灰巖⑨、破碎石灰巖⑨-1、含角礫粉質粘土⑨-2、空溶洞⑨-3、含角礫粉質粘土⑨-4、角礫⑨-5、巖溶化石灰巖⑨-6、中風化泥巖⑩-1、中風化泥質粉砂巖⑩-2。典型的地質剖面詳見(圖 1)。

本場地地下水分為兩層:上部為第四系孔隙水，賦存于透水性強的卵石層，由大氣降水和場地東側小溪河河水側向補給，穩定水位埋深2.70～6.90m;下部為灰巖巖溶水，賦存于空溶洞、充填溶洞、巖溶化石灰巖、破碎灰巖中裂隙、溶蝕裂隙、溶蝕溝槽中，為潛水。主要受地下側向徑流補給。整個場地總體上其透水性強，富水性強。

圖1 典型的地質剖面圖

2 抗浮設計方案選擇

2.1 降排截水抗浮

在地下室底板設置反濾層，并用盲溝與周圍設置的豎向集水井相連。當地下水位超過控制水位時，自動啟動降水系統抽水外排，以便降低水位，從而保證地下室穩定。此方案措施前期工程造價較低，但后期的施工過程中，需長期的抽排水，管理成本高，容易出現土層的土體顆粒隨抽排的水進入反濾層，引起反濾層堵塞而失去作用，因此次方案對反濾層選材及構造設計要求較高。

2.2 配重抗浮

配重抗浮可以采用采用鐵屑等重型混凝土澆筑地下室地板并加大地板的厚度，或在地下室底板和頂板上回填密度較大的材料，利用回填物的重量及結構自重來平衡水浮力。此抗浮方案施工簡單可靠，在后期使用過程中沒有管理成本。當建筑物自重與水浮力相差不大時，對整體的工程造價影響不大，但當建筑物的自重與水浮力相差較大時，對整體的工程造價影響較大。且此措施受到空間的限制，在采用時需校核增加的結構重量與加大的水浮力之間的關系。

2.3 抗拔樁抗浮

采用鋼筋混凝土灌注樁或預制管樁作為抗浮樁體，利用樁體自重及樁身側壁與土體的摩擦阻力來抵抗水浮力。因此抗浮力與樁徑、樁長、周邊土質有密切相關。抗拔樁樁間距不宜太大，一般與上部結構柱相連，且樁端伸入巖性較好的持力層。此方案施工簡單，樁柱相連增加了底板的中間支撐，增強了底板的整體剛度，但抗拔樁的施工及其后期施工環境受地質的影響答大且整體的造價高。

2.4 抗浮錨桿抗浮

錨桿作為底板與其下土層之間的拉桿，利用筋體和砂漿組成的錨固體與土體的結合力來平衡水浮力。由于錨桿采用的是高壓注漿工藝，漿液能滲透到巖土體的空隙及裂縫中，錨桿側方的摩阻力大于抗拔樁，抗拔效果優于抗拔樁。且此方案具有布置靈活，受力合理，工程造價低等優點。

2.5 方案對比選擇

考慮本工程場地地下水位高，建筑構造物自重與水浮力相差較大且基地坐落與深厚的卵石層上等復雜地質因素。若采用降排水方法降低地下水位，周邊其他構造物容易出現不同程度的沉降，且后期的管理費用高;若采用配重抗浮方案，無法很好地協調地下空間與抗浮力的之間的關系;若采用抗浮樁措施，由于場地工程樁密度較大，抗浮樁的布置在一定程度受到工程樁的影響。因此，本次抗浮措施采用錨桿抗浮技術。

2.6 方案設計

本工程除高層塔樓部分，A、B類型獨立基礎下均勻布置4根錨桿，錨桿桿體直徑150mm，錨筋為2Φ25(2Φ20)HRB400螺紋鋼筋。單根錨桿軸向拉力承載力特征值分別為150KN、90KN，以錨桿軸向拉力為控制錨桿長度，錨桿采用二次高壓注漿工藝施工。A、B型獨立基礎抗浮錨桿布置圖詳見(圖2、圖3)。

圖2 A型獨立基礎抗浮錨桿布置圖

圖3 B型獨立基礎抗浮錨桿布置圖

錨桿設計長度:

(1)若錨桿全部進入卵石層，錨桿長度(h)依次為12m、6.0m。

(2)若錨桿進入含碎石角礫粉質粘性土層，錨桿長度(h)依次為19m、10m。

(3)若以上情況錨桿長度(h)不滿足時，以進入破碎石灰巖層3.0m和1.0m為終孔條件。

3 錨桿的施工

3.1 施工工藝

基礎開挖至墊層底標高→澆筑100厚C15混凝土墊層→錨桿孔位測放→套管跟進鉆進成孔至設計深度→清孔提鉆→置入錨桿筋體(含對中架)、水泥砂漿配置→錨桿上部端頭鋪設5層油氈→壓力灌漿→檢測及驗收→基礎底板防水、鋼筋制安、混凝土施工。

3.2 質量控制要點

針對本工程場地高水位、深厚卵石層等復雜地質情況，在一般錨桿施工的工藝技術上采取相應措施來保證錨桿的施工質量，確保達到設計要求。

1)成孔控制

本工程成孔采用 XY—1型液壓錨桿鉆機鉆孔(邊加鉆桿邊加套管)，鉆頭直徑不小于150mm，泥漿護壁。鉆孔前應先自查鉆機的各部機件完好性能及鉆桿固鎖連接的絕對性，鉆頭直徑應確保不小于100mm，鉆進時應注意各類土層鉆進的速度(以設備參數為參照)，在鉆孔中，若遇中粗砂層難于造漿應相應地加純性紅粘土后方可造漿，若進入中風化花崗巖層，應控制鉆進速度，在鉆孔中應確保成孔的垂直度。孔底的斜偏不得大于鋼筋長度3%，孔深不小于設計樁長。在鉆孔中，應確保孔內的泥漿稠度(10s～20s以內)，以確保進尺，及防止砂粒集中沉墊于孔底。

2)錨桿制安

根據設計圖紙(節點如下)，采用 2根 25mm(20mm)三級螺紋熱軋鋼筋，制作前鋼筋應平直、除油和除銹，按照設計要求下料，沿桿體軸線方向每隔2m設置對中支架，把鋼筋與對中支架焊接牢固，對中支架尺寸詳見(圖4)。鉆孔完成且清孔后，將制作好的鋼筋和注漿管下入孔中，要求下至設計深度，誤差不超過10cm。注漿管底部0.2m起鉆鑿Φ6泄漿孔8個，間隔500mm，管端口與孔底保持300mm。

圖4 錨桿的結構圖

錨桿與獨立基礎的連接應保證錨桿鋼筋應深入獨立基礎不少于鋼筋直徑40倍，鋼筋上端90度彎曲且長度需大于200mm，鋼筋下端下到孔底，沿錨桿長度方向間隔2000mm布置一對中架(由3根直徑6mm的圓鋼與錨筋點焊制作而成)。在錨桿頂端、基底墊層處鋪設5層油氈。

3)套管的拔出

套管在下鋼筋結束及灌漿管后用SH-30型拔管機或液壓拔管器拔出;拔管時應保證鋼筋不隨管拔出，并隨時復核鋼筋上余長度。

4)壓力注漿

本工程采用二次高壓注漿，注漿體采用30MPa水泥砂漿，水泥采用P.C32.5R水泥，水灰比為1:1。保證注漿質量措施:①水泥砂漿在砂漿攪拌機中拌和時間不少于3min，使之均勻一致。②注漿時注漿管放于孔底，采用的注漿管應能確保在1h內完成單根錨桿的連續注漿。注意液面情況，若有下降須進行補注。③以綁扎在主筋上的注漿管為導管，注漿口與泥漿泵用高壓注漿管與槍頭連接，泥漿泵從灰漿池中汲取水泥漿，自高壓注漿管注人錨桿孔內，直至冒漿后，再在1.0MPa壓強下穩壓注漿1min后停止壓漿，立即拔掉槍頭，拆堵注漿管。漿體硬化后不能充滿錨固體時，應進行補漿。對錨固體的二次高壓壓漿，應在一次壓漿形成的水泥砂漿結石體強度達到一定強度后進行。

4 結論

在進行大規模基礎建設中，針對高水位、深厚卵石層復雜地質地區進行抗浮設計，應充分考慮地質環境及經濟環境因素，選擇合理的抗浮設計方案措施。抗浮錨桿因其造價低廉、易施工、布置靈活且能妥善協調地下建筑構造物與其相連基礎的變形的優點，在上述的復雜地質地區，往往作為最優方案。

在錨桿的施工過程中，嚴格把關各個施工流程質量，確保整個工程質量的可靠。

[1]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2]王力健.降水抗浮技術在地下工程中的應用[J].建筑技術，2014，45(3):243-246.

[3]楊淑娟，張同波，呂天啟，劉漢進，王勝.地下室抗浮問退分析及處理措施研究[J].建筑技術，2012，43(12):1067-1070.

[4]張同波，劉漢進.地下室抗浮失效3種形態及其上浮特征[J].施工技術，2011，40(341):16-19.

[5]王毅.北京洋橋地下車庫抗浮錨桿設計[J].建筑技術，2014，45(3):269-271.