錨桿在大型水池抗浮設計中的應用

周永剛 黃小鳳

（四川省川建勘察設計院，四川 成都 610000）

摘 要：錨桿具有結構簡便、受力合理、占地面積小、工程造價低等諸多優點，在當前深基坑支擋、滑坡整治、水池抗浮等工程中應用非常廣泛。尤其是對于部分容積大靠自重不足以抵抗浮力的大水池結構，多采用錨桿進行抗浮與加固。本文結合工程實例，就錨桿在某大型水池中的抗浮設計應用進行了分析與探討。關鍵詞：錨桿；大型水池；抗浮設計；應用中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A

錨桿在大型水池抗浮設計中的應用

周永剛 黃小鳳

（四川省川建勘察設計院，四川 成都 610000）

摘 要：錨桿具有結構簡便、受力合理、占地面積小、工程造價低等諸多優點，在當前深基坑支擋、滑坡整治、水池抗浮等工程中應用非常廣泛。尤其是對于部分容積大靠自重不足以抵抗浮力的大水池結構，多采用錨桿進行抗浮與加固。本文結合工程實例，就錨桿在某大型水池中的抗浮設計應用進行了分析與探討。
關鍵詞：錨桿；大型水池；抗浮設計；應用
中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A

一、工程概況

1 工程實例

污水處理廠工程的大型曝氣池，其平面尺寸為123m×159m，采用現澆鋼筋混凝土結構，底板為周圈600mm厚、中心400mm厚的筏基。該大型曝氣池場地的地下水位較高，經實測為兩層地下水位，其中第一層地下水靜止水位標高為35.46m～37.32m，第二層地下水靜止水位標高為23.61m～25.82m，曝氣池基礎底標高為34.80m，場地設防水位為37.00m。

因該大型水池的結構荷載較小，在水池排空時自重不足以抵抗地下水浮力。因此，在設計中采用了垂向抗浮錨桿來解決曝氣池的抗浮問題，錨桿數量依據設防水位確定，根據《土層錨桿設計與施工規范》中的要求，需施工22.6m長的抗浮錨桿2216根。

2 工程地質狀況

根據巖土工程勘察報告，抗浮錨桿設計與施工所涉及的地層為：

（1）細、粉砂③層，局部分布有薄層中、粗砂③。層和砂質粉土③2層，該大層總厚度為1.20m～3.10m。

（2）卵石、圓礫④層，該層厚度為0.80m～2.70m。以上兩大層總厚度為3m左右，即這兩層處于抗浮錨桿自由段的范圍以內。

（3）粘質粉土、砂質粉土⑤層，粘土、重粉質粘土⑤l層，粉質粘土、粘質粉土⑤2層，細、粉砂⑤3層，該大層總厚度為8.00m～10.50m。

（4）卵石、圓礫⑥層，細、中砂⑥1層，粗、中砂⑥2層，該大層總厚度為4.90m～7.40m。

（5）粘質粉土、砂質粉土⑦層，重粉質粘土、粘土⑦l層，粉質粘土、粘質粉土⑦2層，該大層總厚度為5.10m～6.90m。抗浮錨桿進入該大層約4m左右。

二、大型水池抗浮錨桿設計

1 抗浮錨桿試驗

為確定該大型水池場區內錨桿的實際抗拔力，從而為設計與施工提供數據依據，在正式施工前做了6根試驗錨桿。具體錨桿參數如下：主筋為2根7Φ5鋼鉸線；錨桿成孔直徑為Φ127；錨桿長度為22m，其中非錨固段為6m；填孔材料為0.5cm～2cm的豆石，采用水灰比為0.5的素水泥漿注滿豆石空隙；錨桿抗拔力設計值為N=245kN。

錨桿抗拔試驗結果：

（1）根據《土層錨桿設計與施工規范》中的要求，采用循環加載試驗方法，共6個循環，最大加載力為400kN，其中2根錨桿加載超過400kN，在最大加載時鋼絞線拉斷。

（2）試驗結果分析

①各錨桿加載至400kN時均未拔出，可認為由壓漿錨體提供的極限抗拔力不小于400kN。

②6根錨桿試驗可分為3種類型：第一種是3#、4#、5#錨桿主要為錨體變形；第二種2#、6#錨桿主要為自由段鋼絞線變形；第三種是l#錨桿為自由段鋼絞線變形+錨體變形。分析結果表明，工作性能最佳為第一種。

（3）由于采用鋼絞線作錨桿主筋，其自身殘余變形較大，需采用鋼筋主筋來代替鋼絞線作錨桿主筋，以減小殘余變形。

2 錨桿設計參數選擇

根據錨桿抗浮試驗結果，并進行調整，所得到的錨桿實際設計參數及技術要求為：

（1）錨桿的成孔直徑為Φ127，錨桿的長度為22.6m，其中錨桿自由段為6m，錨固段16m。（2）錨桿主筋采用了1根Φ40的鋼筋，錨桿數量為2216根，布孔間距為2.6m×3.3m。（2）單根錨桿的抗拔力設計值為245kN，預張拉力值為294kN，錨桿的極限抗拔力與其設計值之比不小于1.5。

三、抗浮錨桿施工工藝應用

單根錨桿的施工工藝流程，大致為：錨桿加工→鉆進成孔→提拔套管→灌入漿料→補漿→錨固體養護→錨桿驗收試驗→錨桿張拉及固定。

1 錨桿成孔

該工程中，抗浮錨桿的成孔采用的是SH-30型鉆機，其特點是自帶柴油機作為動力，通過鉆頭在一定高度內的周期沖擊，使得孔底內土體破碎，并由鉆頭將土體帶出孔外而進尺。

沖擊鉆進成孔，其基本原理是利用機械動力，便鉆頭在一定高度內周期地沖擊孔底，使土體破碎，由鉆頭帶出孔外而獲得進尺。

（1）鉆進成孔

鉆進成孔的工藝過程大致為：立架→對準孔位→開孔→下套管→沖擊取土。在鉆孔之前，應首先根據給定的孔位，人工先去除掉該處的墊層混凝土，然后再立起鉆架，使鉆頭對準孔位成孔，在鉆進過程中重復下套管、取土的過程，直到預定深度為止。

要求鉆孔過程中套管應保持垂直，以避免出現塌孔問題或者孔內淤積問題。同時，還應對地下水進行封閉，以盡量進入到套管中，要求套管的跟進深度和鉆進深度之間應當保持一致。

（2）清孔

當鉆孔到設計深度時，需用管鉆將孔內的泥漿清除干凈，以避免孔內的泥砂與后續的注入水泥漿之間混合，從而影響到錨固體的強度。

2 注漿

按照SH-30型鉆機的施工特點，首先采用水灰比為0.55的純水泥漿注入到鉆孔的空間中，然后再填充強度為20MPa的豆石無砂混凝土，最后在充填水灰比為0.45～0.5左右的純水泥漿。

（1）配漿。純水泥砂漿采用的是標號為425R的硅酸鹽水泥，為有效防止錨桿因地下水浸入而出現腐蝕問題，在水泥砂漿中還適當添加了鋼筋阻銹劑，添加比例為硅酸鹽水泥量的3%左右。水泥砂漿根據0.55水灰比在攪拌機中配置，攪拌時間不宜低于1分鐘。

（2）灌漿。以注漿管作為水泥砂漿的導管，并采用泥漿泵進行砂漿的汲取，再灌入孔洞內，其相應技術要求為：第一次灌漿的壓力通常控制在1MPa～1.5MPa左右，要求灌入砂漿直至孔口出現冒漿為止；第一次灌漿3小時以后，再采用2.5MPa～3MPa的壓強進行第二次灌漿，以填充第一次灌漿遺漏的空隙，以達到補漿的效果；灌漿過程中，應注意保護好錨桿的主筋，以防止因出現主筋端部受損，而導致錨桿無法張拉固定的問題。

3 錨桿張拉固定

錨桿的張拉及固定，通常在基礎混凝土澆筑完成后進行，要求在張拉之前應首先將錨穴內清理干凈，然后再利用承壓鋼板從錨桿的頂部套入，再平整的放置于錨穴內。該工程中，錨桿張拉固定的技術要求為：

錨桿在張拉前，應對張拉設備進行標定，一般采用的是液壓千斤頂；當錨固體與水池基礎混凝土的強度均大于15MPa以后，方可進行張拉固定，工程中錨桿的設計拉力為245kN，要求張拉到設計拉力的1.2倍即294kN，保持張拉狀態10分鐘以后，再卸載拉力到設計值，然后再旋緊螺母，固定錨具。

四、工程驗收結果

錨桿全部施工完成以后，共隨機抽取110根錨桿進行驗收試驗，占錨桿總數量的5%。具體驗收標準為：

1 要求錨桿的拉拔力，不得低于1.5倍的錨桿設計值，即不低于367.5kN。

2 在最大試驗荷載值367.5kN作用下，錨頭的位移應當趨于穩定。

3 試驗所得的總彈性位移，應超過錨桿自由段理論彈性伸長值的80%，且小于錨桿自由段與1/2錨固段長度之和的彈性位移理論伸長值。即錨桿抗拔力為367.5kN時，總彈性位移5mm＜S＜16.85mm。

試驗結果表明，所抽檢的110根抗浮錨桿的錨頭位移情況大部分為7mm～13mm，且之后進行的錨桿張拉與固定工作，均表明了所有2216根抗浮錨桿的張拉結果，均能滿足設計要求。

結語

本文結合污水處理廠大型水池的工程實例，就錨桿在大型水池中的抗浮設計應用進行了分析與探討。工程實踐證明，在大型水池抗浮問題中，采用垂向錨桿的方法是非常有效的，且工程施工方便、造價經濟，具有良好的經濟效益與社會效益，值得在類似工程中大量普及與應用。

[1]趙林江，吳民利，等.污水處理廠水池水池抗浮錨桿巖土工程實錄[J].特種機構，2011（02）.