預拌干料輔助灌漿法在抗浮錨桿施工中的應用

崔大勇，曹麗君，楊震*

(1.山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊(山東省第五地質礦產勘查院),山東 泰安 271000；2.寧陽縣河道管理保護中心，山東 寧陽 271400)

0 引言

抗浮錨桿利用錨桿與砂漿或純水泥漿組成的錨固體與巖土層的黏結力作為抗浮力，其抗浮承載力大，受力均勻合理，布置靈活，施工便捷，造價相對低廉，被廣泛應用于基底埋藏于地下水位波動線以下、有抗浮要求的建筑物的抗浮設計中[1-5]。但是，由于區域地質差異，建筑場地地質條件千差萬別，給錨桿施工帶來很多實際困難，特別是對于地下水位較高的巖溶發育、地下水流速較快地區，錨桿的成孔和注漿施工均面臨一定困難，如成孔過程中溶洞充填物涌出填塞鉆孔，導致成孔困難。注漿過程中地下水流速大，水泥砂漿(或水泥凈漿)易被鉆孔內外地下水稀釋和沖散，導致注漿工作無法快速完成，往往需要多次間歇性注漿才能填塞地下溶洞和裂隙，阻斷注漿液流失通道，最終完成地下注漿[6-7]。在這種場地條件下，注漿時如何采取措施快速阻塞水泥漿液流失通道，使注漿順利進行，是保證施工質量、提高注漿效率的關鍵[8-10]。

在泰汶地區多個巖溶發育地基高層建筑建設項目中，運用預拌干料法輔助錨桿注漿，解決了巖溶地基場地條件下抗浮錨桿注漿中的漏失問題，保證了錨桿注漿錨固體質量，提高了注漿效率，取得了很好的經濟效益和社會效益。本文介紹了預拌干料(水泥、砂、外加劑混合物)施工法在巖溶發育漏失場地抗浮錨桿施工中的成功運用，解決了巖溶地區錨桿注漿漏失的難題，為同等場地地質條件下抗浮錨桿施工提供了經驗，具有較好的示范作用和參考價值。

1 工程概況

本建筑功能為某酒店及其配套,總建筑面積約70000m2，建筑物地上共24層，中間含設備層，地下2層。地上裙房共4層。地下室為車庫及設備用房，裙房為大堂、商務中心、大宴會廳、廚房、游泳池及辦公等，標準層為客房。

擬建場地地形較平坦，起伏不大，地貌類型單一，屬沖山前洪積平原地貌單元。地層巖性由上至下依次為第四系雜填土、粉土、中砂、粉質黏土、黏土及奧陶系泥灰巖組成。該區地質構造發育，主要發育近EW向泰山大斷裂和NW向岱道庵斷裂，均屬于第四紀活動斷裂(1)山東省魯岳資源勘查開發有限公司，泰安藍海國際大飯店巖土工程勘察報告，2010年。。

該區下伏的灰巖巖溶發育，為巖溶塌陷的高易發地段[11]。

基底地層為第④層粉質黏土，標高-9.900m，相當于絕對標高128.200m，場區第四紀地下水位埋深1.400m，水位標高約136.00m，水位年變幅1～2m，抗浮設計水位標高為136.00m(圖1、圖2)。

1—第④層粉質黏土；2—第⑥層中風化泥灰巖；3—溶洞，黏土充填

1—鉆孔；2—；3—地層編號；4—剖面線及編號；5—地層線及層底深度；6—粉質黏土；7—黏土；8—全風化泥灰巖；9—中風化泥灰巖；10—溶洞，無充填；11—溶洞，黏土充填

2 施工方案

2.1 設計要求

本工程相對標高±0.000，相當于絕對標高138.10m。地下庫底面積約5000m2，設計抗浮錨桿1011根，錨固體直徑Φ150mm，錨桿平面布置為正方形，間距2.25m×2.00m，桿體材料為1根HRB400Ф32mm鋼筋，要求錨固段嵌入第⑥層較完整泥灰巖不小于3.0m，錨桿黏結錨固長度不小于6.0m，設計抗拔承載力特征值R=150kN，漿體材料用C30細石混凝土或水泥砂漿。

2.2 施工方案

成孔方案擬采用MQT-150型潛孔錘鉆機，孔底氣動潛孔錘沖擊成孔。注漿方案擬采用HJB-3型往復式灰漿泵壓力注漿。

水泥砂漿漿體材料試驗室配合比：水泥∶砂∶減水劑∶水=1∶0.78∶0.03∶0.48；水灰比0.48。

3 施工過程中的問題

3.1 成孔施工

原方案用MQT-150型潛孔錘鉆機，孔底氣動潛孔錘沖擊成孔。試成孔開孔表層第④層黏土層黏土被擾動后塑性增大，發生糊鉆、排渣不暢等狀況；鉆入第⑥層泥灰巖發生高壓氣體泄漏、壓縮空氣在地下波及范圍較大，上返氣流小，不能有效排渣等。

3.2 注漿

原砂漿配合比漿液稠度過小，可泵性差，不能通過預置Ф50mm注漿管注漿?，F場采用Ф108mm套管水下灌漿法灌漿，時效低，勞動強度大，不能滿足工期進度要求。在巖溶發育孔段發生漏漿現象，漿液漏失嚴重，漿液須擴散灌滿溶洞裂隙后方繼續上返，材料消耗嚴重。

4 改進措施

4.1 成孔工藝改進

對本場地實際地質情況進行分析，現基槽底已開挖至第四系黏土層(標高127.50m)，下伏奧陶系泥灰巖，黏土層長期位于水位線136.00m以深，開挖后有效降水僅維持在槽底約-1.00m左右，潛孔鉆機開鉆后，黏土層經高壓氣體與機械雙重擾動后塑性迅速增大，由可塑向流塑發展，不能形成完整保護孔壁；并形成糊鉆現象；奧陶系泥灰巖巖溶、裂隙發育，地下水豐富，且地下水頭壓力大，水流速度快，高壓氣體泄漏嚴重，攜帶鉆粉能力降低。注漿時，地下水可攜帶灌漿材料向溶洞裂隙擴散，地下水侵入灌漿液使水泥漿液性能變差。欲實現錨固體灌漿必須先進行地層充填灌漿，材料消耗量大且無一定規律，造成灌漿效率低，且不能有效控制注漿量。根據該情況，決定變更孔底氣動潛孔錘成孔工藝，改為地質鉆機合金水鉆取芯工藝，因采用了正循環回轉取芯成孔工藝，減少了對黏土層的擾動，有利于形成穩定孔壁。同時，利用黏土層的地層造漿作用，對于巖溶、裂隙起到一定的封堵作用，對溶洞孔段可投入黏土塊，起到一定的填充效果，防止溶洞、裂隙內部流塑泥質充填物向孔內流動，保證成孔質量，減少灌漿料損耗，節約施工成本。

4.2 注漿工藝改進

對于水動力條件比較強的動力巖溶通道而言，任何漿液類材料均存在留存率低、浪費嚴重、封堵效果差等缺點，一般采取投放骨料充填通道空間，減緩地下水流速后再采取注漿封堵的治理措施。針對奧陶系泥灰巖地層地下水位高、巖溶、裂隙發育、注漿液分散、漏失問題，施工方提出利用水泥凈漿壓力注漿，在漏失部位輔以預拌干料孔口填充法治理溶洞、裂隙漿液流失問題。該工法利用水泥、砂、外加劑混合干料的粗顆粒充填和水泥干料吸收水分、迅速硬固的作用，從孔口喂料漏斗填入骨料，快速封堵漏失孔段，保證水泥凈漿注漿的連續性，有效的提高了注漿工效，保證了施工質量和工程進度[12-15]。

4.3 工藝流程

墊層施工→測量放線→鉆機定位→鉆進成孔→沖洗鉆孔→植入錨桿(預置注漿管)→注漿(水泥凈漿)→孔口填充預拌干料→連續注入水泥凈漿(同時進行孔口添加預拌干料直至孔口返出水泥漿)→靜置觀察2～4h，孔內漿液下降則進行多次補注水泥凈漿→孔內漿液、混合物基本穩定后起拔注漿管→孔口補填水防水砂漿→防水防污染處理→完成(圖3)。

1—HRB400C32錨桿；2—Φ25mmPE注漿管；3—注漿管截止閥；4—鉆孔及孔徑；5—孔口標高；6—基坑降水標高；7—粉質黏土；8—基巖標高；9—中風化泥灰巖；10—破碎、裂隙部位；11—溶洞部位；12—水泥凈漿與預拌干料混合物；13—孔底標高

4.4 工藝要點

(1)該工法主要針對地下水位高的巖溶漏失地層，對于地層完整、孔壁保持條件較好的其它地層，應優先選用孔底氣動潛孔錘沖擊成孔及孔底壓力注漿工藝，鉆進效率較高。

(2)成孔后鉆孔清洗的質量關系到錨桿注漿固結體質量，保證固結體的黏結強度和耐久性(主要是抗疲勞穩定性)，故清孔時應達到孔底無鉆渣，孔內泥漿被清水徹底置換為準。若孔內漏失嚴重，孔口長時間無返漿現象，說明孔內存在較大溶洞、裂隙漏失孔段，應增加孔口注水量，將孔底鉆渣攜帶至漏失孔段，進一步充填裂隙或利用地下水流動性擴散至鉆孔以外，保持孔底干凈。

(3)對于換漿用水，在注水泥凈漿前應置換為自來水或純凈井水，因其與在孔口填充的預拌水泥、砂、外加劑混合干料混合后形成錨固體，相當于拌和用水，故換漿用水對錨固體質量有一定影響。

(4)注漿時應根據經驗預估注漿量，在一定時間注入一定水泥凈漿后達到預估注漿量孔口仍不返漿，則可推算孔內漿液到達巖溶漏失孔段，此時應開始輔以孔口填充預拌水泥、砂、外加劑干料，以利用干料堵塞巖溶裂隙，保證水泥凈漿連續上返，減少漿液材料流失，提高注漿工效，降低施工成本。

(5)孔口填充干料可與孔底壓力注漿同步進行。填充干料的目的是填充巖溶裂隙，減少孔底壓力注漿漿液漏失量。同時，干料與水泥凈漿的混合，有利于提高混合物的抗水侵能力，降低因地下水侵襲導致的水泥膠凝材料損失，保證混合體膠結強度。因預拌干料的膠凝材料和細骨料含量與砂漿配合比相同，其與孔內水泥凈漿混合后不降低固結體水膠比，保證錨固體強度。

(6)為促使預拌干料與水泥凈漿在孔內充分混合均勻，提高混合物的密實度和膠結強度，可在填充干料過程中利用人工或機械方式振動錨桿桿體，混合物受到來自孔口傳遞的振動力，可起到充分混合的效果，防止骨料在下落過程中出現架空或出現干料過度堆積、混合不均現象，不利于水泥的水化，導致固結體出現蜂窩或固結體不均勻，從而降低了固結體強度。

(7)為使固結體與孔壁巖土層充分黏結，可根據試驗室配合比在水泥凈漿中添加適量微膨脹劑、疏水劑、早強劑、減水劑，使提高混合物抗水侵能力、提高固結體早期強度，同時固結后體積產生一定程度的膨脹，可使固結體與孔壁巖土層、錨桿之間結合更為緊密，增大了錨桿、錨固體與巖土層的靜摩擦力，從而提高錨桿的黏結力。

5 結語

本文給出了一種特定地質環境條件下錨桿注漿施工的解決方案，通過變更錨桿成孔、注漿工藝，使特定條件下無法按原方案進行的施工得以正常進行，并且對材料損耗情況進行了治理，保證了施工質量，提高了工效，降低了施工成本，具有一定的現實意義和推廣價值。