自鎖抗浮錨桿在某地下室工程中的應用

謝勁松

(廈門思總建設有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

如何實現資源節約，環保的工程施工是建筑行業的一個重要課題。本文介紹的自鎖抗浮錨桿工藝，具有節材節能、揚塵少等特點，更符合建筑行業未來發展方向。利用桿底帶自鎖裝置的擴大頭機械咬合力來錨固，抗浮能力更強更可靠。本文重點介紹了自鎖抗浮錨桿的施工工藝、質量保證措施和錨桿的防腐措施。

1 自鎖式抗浮錨桿應用背景與技術特點

隨著城市用地日趨緊張，地下空間的開發利用已成我國大城市必選之路。相較而言，抗浮錨桿具有布置靈活、施工簡便、效率高以及造價低等優勢，與常用的抗拔樁相比，抗浮錨桿的密度通常更大一些，對底板的作用更接近于面狀均勻布置，底板受力也均勻，更有利于底板的防裂抗滲且配筋量較低，綜合成本也更低。

和普通抗浮錨桿比，該工程采用的自鎖抗浮錨桿單根抗拔力更大，綜合成本更低，可靠性更強。其技術特點及兩者區別如下。

普通抗浮錨桿做法是用鉆機鉆直孔，然后插入鋼筋，灌注水泥灌漿料，主要依靠錨固體與基巖的粘結力以及漿料與鋼筋的裹握力來提供錨固力。入巖的有效錨固長度越大，錨固力就越大。該錨固力經漿體傳遞再通過錨筋拉力為底板提供抗浮力。

自鎖抗浮錨桿是在普通錨桿基礎上，在孔底用特制的擴孔鉆頭擴成圓錐體擴大頭，然后將底部裝有鎖頭的錨筋插入孔內，鎖頭由錐體和活動脹套構成，軸向加壓使脹套張開，與擴孔錐面貼緊，利用擴孔基巖對鎖頭的機械咬合力大大增加了錨固力。入巖深度相同時，單根抗拔力較普通抗浮錨桿增大很多。由于機械錨固本身就比較可靠，且擴孔基巖對鎖頭下壓的咬合力是直接通過錨筋拉力傳至底板的，故整體可靠性也更強。自鎖錨筋組成構件如圖1所示。

圖1 自鎖錨筋組成構件

因此，該地下工程采用了自鎖抗浮錨桿作為抗浮措施。

2 工程與地質概況

工程概況：華祥苑茶業貿易中心工程位于廈門市思明區，地上23層，地下3～4層，屬框筒結構，純地下室采用抗拔錨桿抗浮，承臺底板頂標高-15.4m。

地質概況：根據地勘報告，從上到下地質分層為：殘積礫質粘性土、砂礫狀強風化花崗巖、中風化花崗巖。常年地下水位較高，約為-2.8m。

抗浮錨桿設計概況：

該工程錨桿為垂直向自鎖抗浮錨桿，安裝在地下室底板部位，面狀分布?？垢″^桿局部平面圖如圖2所示。

錨桿軸向抗拔承載力特征值為400kN，極限值為800kN；錨桿成孔直徑為110，錨筋采用1Φ32高強度精軋螺紋鋼，強度等級為PSB1080型；設計選用中風化層作為基巖，基巖深1m～12m；錨桿進入基巖長度應≥3m；錨桿有效長度約4m～15m；共1050根。

按設計要求，錨桿施工中鉆至設計孔深時要改用專用擴孔鉆頭擴孔，要對底部擴大鎖頭加壓使其張開與基巖咬合；注漿時采用導管從底部注入ICG-I型無機灌漿料?？垢″^桿施工詳圖如圖2所示。

圖3 抗拔錨桿詳圖

3 主要施工工藝

3.1 主要施工工藝流程

底板砼墊層→定位放線→鉆孔、擴孔→清孔→錨桿制作與植入→ 張開鎖頭脹套→ 注漿與補漿→養護→鋼墊板、螺母→抗拔試驗→下道工序施工。

3.2 測量放線

根據控制點和錨桿平面布置圖進行錨桿測放，并作孔位放點標記。測放過程中作好記錄，檢查無誤，確?？孜坏臏蚀_，錨桿定位偏差不宜大于20 mm。

(1)樁位采用全站儀放樣。測量儀器應通過有資格的檢驗單位進行有效標定，并在有效使用期間內。采用“雙測制”，并經過監理或業主復檢驗收。

(2)設置不受打樁影響的水準點和控制點， 放樣前要認真復核、保護并經常檢查，防止點位受損或其他原因造成的精度下降。

(3)根據設計的樁位圖，按施工順序將樁逐一編號，依樁號對應的軸線，按要求放樣樁位，并在打樁前進行復核。

3.3 鉆孔及底部擴孔

為符合節能環保和進度要求，選用反循環氣動潛孔鉆車鉆孔。其最大的優點是：排渣斷面小，上返風速高，排渣干凈，不重復碎巖，鉆進效率高，鉆頭壽命長，節約供風量，減少了功率消耗；鉆機車載，移機速度快；氣流末端裝有旋流除塵裝置，減少粉塵對環境和人員、設備的危害；氣流排渣從鉆桿中心走，不會沖擊孔壁，塌孔風險小，鉆孔質量較有保證。

鉆車主要功能組件如圖4所示。

該工程屬干孔作業，鉆孔入中風化巖達到設計要求后，停止鉆孔，退出鉆桿，改用擴孔鉆頭在孔底部進行擴孔施工；鉆孔施工時，應保持桿身垂直，偏斜率不大于2%；成孔后用高壓空氣吹凈殘渣，廢渣及時清運。

注意要點：

施工中鉆機就位要求符合規范規程，保證水平、周正、穩固、安全、可靠，確保施工中不發生偏移、移動等，其偏差不超過規程要求。

鉆進作業前應仔細檢查供氣管路連接是否牢固，鉆機是否穩固水平，潛孔錘活塞運動是否靈活。鉆進中應嚴格按鉆進技術參數操作，不能盲目追求進尺以防孔內事故發生，要隨時注意觀察氣壓表，如發生氣壓急劇變化，應立即提鉆，查明原因；鉆進中應經常注意鉆孔錘沖擊響聲，如發現沖擊頻率變低或不穩定，則潛孔錘異常，應立即提鉆處理；停風時應緩慢關閉送風閥，防止倒吸堵管；下管時應邊回轉邊下放，當鉆具接近孔底時應放慢速度。

3.4 清孔

錨桿孔終孔后，利用高壓空氣將擴孔處沉渣排出，直至孔內沉渣厚度小于20mm，必要時注漿前要進行二次清孔，將孔內沉渣和積水清理干凈。

3.5 錨桿制作與安放

抗浮錨桿制作如圖5所示。

圖5 抗浮錨桿制作圖

錨桿鋼筋采用1Φ32高強度精軋螺紋鋼強度等級為PSB1080型。

鋼筋在制作前必須平直，不得有局部彎曲。安放時要平穩、垂直下入孔內，嚴禁強行插入孔內，若因砼沉淀或沉渣等因素放不下去，必須用潛孔錘進行二次掃孔、清孔，防止鋼筋在孔內傾斜、彎折。

3.6 張開鎖頭脹套

在孔內植入自鎖抗浮錨桿，并保證桿身垂直度，在錨桿鋼筋上套上加壓鋼套管，對抗浮錨桿擴大鎖頭脹套進行加壓，使擴大鎖頭張大，在孔底形成正錐型擴大頭。

3.7 注漿與補漿

檢查抗浮錨桿安裝質量、安裝深度、垂直度、擴孔處的沉渣、孔徑、孔高。確定合格后，進行注漿作業。按試驗室出具的配合比調制注漿料。通過伸到孔底的注漿管注漿，注漿管端頭到孔底距離宜為50mm～100mm。注漿結束標準：排出的漿液濃度與灌入的漿液濃度相同，且不含氣泡時為止。第一次灌漿要求漿液表面升到地面為止,間隔5min左右觀察一次，如孔內漿液面下降至低于地面10cm時應進行補灌漿，直至漿液表面穩定，不再下降。

灌漿作業結束后，保持自鎖抗浮錨桿桿頭不被碰動，作業區域附近禁止擾動。

3.8 鋼墊板、螺母安裝

錨具由承壓板(墊板)和螺帽組成，必須根據設計圖紙所要求的品種、規格、尺寸及標高位置進行錨具安裝。

采用水平儀及鋼卷尺測量出錨板所安裝的位置，并用油漆在錨桿鋼筋上做好標記。將承壓板與螺帽焊接后再一并擰至設計標高，并保證螺帽外端露出不少于3個鋼筋螺牙。

3.9 抗拔試驗

待錨固體注漿強度達到設計強度90%后，方可進行錨桿驗收試驗。

按設計要求，檢測數量不低于錨桿總數5%且不得少于5根。

錨桿驗收合格后方可進入下一道工序。

4 防腐措施

任何永久性結構都必須考慮其耐久性，抗浮錨桿也不例外。由于該工程僅采用1根高強鋼筋作為錨桿桿體，受力鋼筋總截面面積較小，能提供的備用腐蝕量相當有限。當鋼筋受到腐蝕，直徑損失10%時，截面面積及承載拉力約損失19%(根據圓面積計算公式)，所以必須把防腐工作作為質量控制的要點。

金屬受力構件上涂環氧粘合料能起到十分好的防腐作用，且施工簡便。涂膜環氧樹脂層的方案成本低，受益率高。富有成功經驗的丹麥MT財團也選擇了這個方案，他們在著名的斯多貝爾特大海峽東面航道隧道襯砌的防腐，就采用了在鋼筋上涂環氧粘合料的方法。

永久性錨桿應采取雙層防腐，該工程在涂覆環氧樹脂的基礎上，全長增設了波形護套管，在錨桿鋼筋與波形防護管間的空隙內則充填水泥漿。

鋼桿一定要居中，在護套管上加裝對中定位器(支架)，每1m～2m安裝一個，使鋼桿的保護層厚度得到有效保證，從而錨桿耐久性進一步提高。支架安裝如圖6所示。

圖6 支架安裝圖

5 擴大頭質量保證措施

與普通錨桿不同，自鎖抗浮錨桿的抗拔力較大部分由擴大頭提供，因此必須把擴大頭的施工質量作為質量控制要點。

當錨桿受到上拔力時，錨桿錨固端鎖頭受巖石錐面的圍壓自鎖不能滑出。圍壓作用力合力作用于錨桿擴大頭中心處，如果鎖頭未居中，易造成受力不均而失效破壞，所以必須保證鎖頭居中安裝。每1m～2m安裝一個對中支架，首道支架距離擴大頭頂部不超過200mm，確保錨桿桿體和鎖頭居中不跑偏，為保證擴大頭的有效高度，可適當超鉆100mm，底部擴孔時，擴孔鉆頭上提100mm再開動鉆機擴孔，這樣即使沉渣無法清干凈也能有效保證擴大頭高度。

通過上述措施，擴大頭的整體質量得到有效保證。

6 入巖深度保證措施

如果入巖深度不足，容易造成圍巖沖切破壞，錨桿失效。

為保證錨桿入巖深度，鉆孔深度可根據地質勘察報告，再利用樁架上的高度標志進行控制。潛孔錘進入巖石層時，鉆機聲響會變化，進尺也會變慢，可以借此控制入巖深度。兩種方法同時采用(雙控)，保證入巖深度符合設計要求。

7 其他質量保證措施

(1)目前這種新型抗浮錨桿尚屬于新工藝，因此施工前，應先做工藝試驗進行驗證，確保施工質量滿足要求。

(2) 防偏孔措施：開孔時要采取慢速沖擊，沖鉆過程中采用勻速慢進，遇阻力大時潛孔錘向上提升，提升距離約0.30m～0.50m，再次鉆進。 鉆進過程中禁止移動鉆機，要保持機架的穩定。

(3)防斜措施：孔淺時加接鉆鋌，孔深時加接扶正器。嚴格按規定的技術參數操作，每次下鉆時應先送風，待鉆頭沖出小孔再輕壓回轉鉆進。鉆進風化層或破碎帶時適當降低鉆壓，確保鉆孔垂直度。要及時測斜，如發現偏斜過大應及時采取措施糾正。

8 經濟技術對比

(1)在設計試樁階段，取有代表性18#錨桿進行試樁，該錨桿實際長度8m，入巖深度3m，符合設計要求，其它做法完全按設計施工。根據抗拔實驗結果，其抗拔承載力特征值480kN，極限值960kN。為獲得對比數據，在旁邊施工1根普通抗浮錨桿(取名為A#)，除了無擴孔、不帶自鎖鎖頭外，其它做法完全同18#錨桿，實際長度8m，入巖深度3m。根據抗拔實驗結果，其抗拔承載力特征值320kN，極限值640kN。

(2)技術參數對比：相同條件下，18#自鎖抗浮錨桿比A#錨桿抗拔承載力提高50%。

(3)單樁成本分析：A#錨桿成本：鉆孔費=55×8m=440元，錨筋制安費=112×8m=896元，注漿費=57×8m=456元；防腐及其它輔助費=22×8m=176元；合計1968元。

18#錨桿成本：A#錨桿成本1968元+擴孔成本65元+自鎖頭制作安裝費90元；合計2123元。

總成本對比分析如表1所示。

表1 兩種錨桿總成本對比

根據上述成本的粗略分析對比發現，該工程采用的自鎖抗浮錨桿方案和普通錨桿方案相比，節省總費用約87.04萬元，節省率約為30%，經濟效益相當可觀。

9 結語

該工程自鎖抗浮錨桿經檢測全部合格且無返工現象，抗浮錨桿施工質量一次成優。通過工程實踐證明該工藝和技術質量措施是合理有效，為今后在地下水浮力處理方面的應用提供有益參考。

自鎖抗浮錨桿作為一種新型工藝，有著諸多的優點：勞動強度低，操作簡便，特別適用于受場地局限比較大的施工環境。錨固力大，經濟性好，實用性、可靠性強，勢將得到越來越廣泛的應用。

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