承壓型囊式擴體錨桿在抗浮結構中的應用

（中能建西北城市建設有限公司，陜西 西安 710065）

1 工藝特點

囊式擴體錨桿與傳統的摩擦型錨桿主要區別在于兩者錨固段形式的不同。傳統的錨固方法是通過錨固段與周圍土體之間的黏結力和摩擦力來傳遞荷載，因此錨固力的大小取決于有效錨固段的長度。國內外已有大量的實測資料證實，錨桿軸向力和錨固段表面黏結摩擦應力傳遞長度一般不大于10 m，通過進一步增加錨桿長度不能明顯提高錨桿的承載能力。承壓型囊式擴體錨桿，主要依靠擴大頭的端壓以及錨固段與周圍土體的黏結力、摩擦力承載，錨固力主要取決于擴大頭端部的承載面積。囊袋通過壓力注漿向外均勻擠擴，增加擴體段圍壓，提高錨桿的拉力，減小變形；囊袋內注入高密度水泥漿，為錨端承壓力提供強度保證。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程粉質黏土地基，人防地下室面積為1.18 萬m2。±0.000 m標高為95.800 m，地下水抗浮設防水位標高為93.10 m，作用在底板底面處的水浮力74 kN/m2，僅依靠兩層地下車庫的自重不能滿足抗浮穩定性的要求，應采取抗浮措施。

2.2 方案比選

本場地土層結構主要為粉質黏土、粉土和細砂，可采用以下三種抗浮方案：鉆孔灌注樁、管樁和承壓型囊式擴體錨桿。

（1）技術比較。①結構形式。鉆孔灌注樁、管樁鋼筋彎錨至筏板內部時存在防水薄弱點較多，樁體受拉時難免出現混凝土裂縫問題，樁身耐久性降低。囊式擴體錨桿采用精扎螺紋鋼筋后，與基礎底板的連接采用更加可靠的機械錨固連接接頭，能夠大大降低鋼筋板內彎折錨固所無法避免的浮力變化對連接接頭帶來的疲勞開裂問題。②施工要求。鉆孔灌注樁需要制備泥漿池和場地加工鋼筋籠，澆筑混凝土后需等達到齡期才能開展下道工序施工。管樁施工時按市區噪音控制要求不允許采用錘擊式，靜壓樁機進入基坑困難而且邊角位置受樁機尺寸影響無法施工。錨桿的施工機械小巧靈活，對場地需求小。③構件防腐。場地地下水具有一定腐蝕性，純地下結構抗拔構件的選用必須考慮構件耐久性。鉆孔灌注樁受抗拔力作用下混凝土易開裂，管樁存在接頭處的薄弱點，耐久性存在隱患。囊式擴體抗拔錨桿則經過專門抗腐蝕設計，可有效避免上述問題。④單樁（錨桿）抗拔承載力。按典型錨固長度計算的承載力可概括如下：KT180/850擴體錨桿，錨長13.0 m，抗拔承載力特征值：450 kN；直徑600 mm鉆孔灌注樁，有效長度25 m，抗拔承載力特征值650 kN；直徑500 mm管樁，有效長度21 m，抗拔承載力特征值450 kN。

（2）造價比較 建立在以上技術分析的基礎上，抗浮方案需提供 23.5 kN/m2的抗拔力，按市場價格和總工程量進行估算的造價結果：鉆孔灌注樁方案比承壓型囊式擴體錨固工藝高約（476.0萬元）36%的直接造價，管樁方案比承壓型囊式擴體錨固工藝高約（324.4萬元）25%的直接造價。經濟效益對比如表1所示。

表1 經濟效益對比

此外，由于承壓型囊式擴體錨桿總工程量最少（方量最小，延米數最短），則其對基底的擾動最小，施工工期預計可節約20%～30%，綜合效益十分明顯。綜上所述，選擇承壓型囊式擴體錨桿作為永久抗浮構件。

2.3 關鍵施工技術

錨桿鋼筋為直徑32 mm的PSB1080級預應力螺紋鋼筋，錨桿總長度為13 m。錨桿普通錨固段的直徑和長度分別為0.18、8.5、0.85和4.5 m。水泥標號均為P.O.42.5水泥，囊式擴體囊袋內水灰比為0.45，囊外水灰比為1：1。

（1）下鉆成孔。①引孔和高壓旋噴一體擴孔。采用高壓鉆噴一體鉆機，利用高壓水橫向、豎向切割土體，低壓管噴射1.0純水泥漿進行護壁。通過高壓泵調整壓力值達到10～20 MPa開始下鉆，形成直徑為180 mm非擴孔段。以錨桿能順利安放為準，孔徑和孔位誤差應不大于20 mm。當到達設計擴孔標高時，通過將加壓泵壓力調整至25～36 MPa，增大高壓水對土體的切割壓力，以20 cm/min速度，15 r/min轉速鉆進，形成直徑為850 mm高壓旋噴擴孔段。在鉆進過程中，實時監測水泥漿狀態、水壓力、鉆桿速度和轉速等施工參數。一旦發現鉆孔不再溢流或溢流泥漿量明顯減少，應立即停止鉆進，增加水泥漿壓力，并檢查管道，如果管路無泄漏并且鉆孔仍然不溢漿或溢流量很少，應及時將鉆桿抬出井口，找出水泥漿泄露的原因。在高壓旋噴擴孔過程中，旋噴不得中斷。旋噴中斷后，重疊長度不得小于500 mm，間隔時間不得大于30 min。通過測量孔外鉆桿長度來監測成孔深度，計算精度不超過100 mm，成孔深度誤差應在-30～+100 mm內。

②提升鉆桿。當鉆桿達到設計深度后，保持1～2 min，然后以10～20 cm/min速度，10～20 r/min轉速提升鉆桿，以鉆進時的壓力繼續切割土體，防止局部孔徑未達到設計直徑，并保持水泥漿一直噴射，置換鉆孔內泥漿，至鉆桿提升至孔外，并移開鉆機50～80 cm，開始安放錨桿。

（2）錨索制作、安放（下錨）。對Φ32 PSB1080級預應力精軋螺紋鋼筋進行防腐處理，然后將預應力精軋螺紋鋼筋穿至成品囊袋底部，用圓形墊板及預應力鋼筋螺母固定，并安裝錐形保護帽。錨桿下放前，在錨桿平直段每2 m安裝直徑為Φ8的塑料空心梅花型錨桿對中器，防止錨桿偏位，保證錨桿的垂直度。然后開始使用鉆機附配吊裝系統與錨桿尾部連接，緩慢將錨桿吊入錨孔內，提升過程中標高嚴格控制，下行程法可輔助錨桿下降，如不能下降至設計深度，應重新噴射二次導向孔。

（3）囊袋內灌注水泥漿。注漿距離（注漿泵與錨孔間的距離）不應超過50 m。無泌水水泥漿注入囊袋時，通過計算注漿量和漿液溢流量的雙指標來控制注漿總量。通常灌漿壓力不大于10 MPa，灌漿量由攪拌桶內的殘泥計算。

（4）錨孔內補漿。囊袋內注滿水泥漿后，停留2～3 min，將注漿管與囊袋的注漿口脫離，對擴大孔進行二次補漿，確保孔內充滿水泥漿。二次補漿結束后，立即拔出灌漿管，用清水清洗灌漿管，移機進行下根錨桿施工。

承壓型囊式擴體構造詳圖如圖1所示。

圖1 承壓型囊式擴體構造詳圖/mm

（5）質量控制。錨桿工程質量檢驗驗收標準如表2所示。

表2 錨桿工程質量檢驗驗收標準

3 結語

承壓袋式擴底錨桿作為一種新型錨固結構，具有受力形式合理、抗拔承載力大、位移小、安全度高、施工質量可控可靠、施工速度快、成本低等特點，符合我國節能降耗、可持續發展的產業政策趨向。