承壓富水厚砂層抗浮錨桿施工控制技術(shù)

畢研濤（中鐵十六局集團城市建設發(fā)展有限公司，北京 100000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

合肥南郢項目工程施工區(qū)域緊鄰派河，錨桿鉆孔孔徑大、較厚砂層成孔難、灌漿質(zhì)量保證率低、工期緊。主要基礎為抗浮式鋼筋混凝土預應力方樁基礎，其他部位為獨立基礎+抗浮錨桿，錨桿約3260 條，錨桿總長8m，非擴大段長5.5m，擴大段長2.5m，桿體為PSB1080、Φ32mm 預應力鋼筋混凝土用螺紋鋼筋，錨桿成孔為Φ 300mm 鉆孔。抗拔力特征值為250kN，鎖定值為350kN，極限值為500kN。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)地勢、揭露地層和區(qū)域地質(zhì)資料綜合判定，場地微地貌屬派河一級階地及河漫灘，本工程施工場地范圍內(nèi)地質(zhì)條件差，第一層為層厚0.6m～2.5m耕田土及垃圾土；第二層為層厚1m～2.3m粉質(zhì)黏土；第三層為層厚1.1m～3.5m 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；第四層為層厚0.5m～2.4m 黏土；第五層為厚層（6.6m～10.7m）、中密狀態(tài)、滲透系數(shù)高、透水性好、富水飽和砂層，砂層水為孔隙水，屬承壓水；第六層為層厚1.5m～5m強、中風化泥質(zhì)粉砂巖，強風化巖穩(wěn)定性差，屬極軟巖，有裂隙水；第七層為中風化泥質(zhì)粉砂巖，埋深較深，中風化巖穩(wěn)定性好，是良好天然地基。

1.3 水文情況

黏土為相對隔水層，將地下水分上、下兩層滯水。上層滯水由大氣降水滲入及地表水徑流補給，下層滯水由地下巖土孔隙水、裂隙水補給。

1.4 存在地質(zhì)問題

上、下層滯水對地下室抗浮、錨桿施工均有影響，對抗浮錨桿成孔、注漿、錨固體強度、擴大段摩擦效能有不同程度影響，上層滯水通過采用合理的排水措施，可有效降低或避免對地基及抗浮錨桿施工的影響，下層滯水不能通過降水解決，因此，對地下室抗浮及抗浮錨桿施工影響較大的為下層承壓滯水。

2 施工難點

本工程抗浮錨桿施工區(qū)緊鄰派河和已建建筑物，處于透水性好、補給充分砂巖地層地質(zhì)段。考慮地下水補給充分、降水影響鄰邊高層建筑物穩(wěn)定性，不能將地下水降至錨桿底部以下，因此，本工程施工地層流動地下水會稀釋水泥漿漿液，配合比無法滿足設計要求，注漿后錨固體強度不足。

通過砂層物探預報檢測抗浮錨桿擴大段塌孔嚴重，變徑檢測儀器無法自由張開，無法保證灌漿漿液充填于擴大段、充分灌滿漿液。地下室平面尺寸遠遠大于地上面積，基坑開挖深度較大，地下室水位高，地層多為砂層。傳統(tǒng)砂層地質(zhì)抗浮錨桿施工工藝，泥漿護壁成孔及套管成孔施工工藝易造成塌孔且無現(xiàn)有大直徑套管成孔設備，質(zhì)量無法保障，且其施工成本較高，在效率、環(huán)保等方面也存在一些問題。

3 控制技術(shù)

為克服上述不足，采用了一種施工效率高、錨桿施工質(zhì)量好、成本低的厚砂層地質(zhì)抗浮錨桿施工工藝。

3.1 施工順序和要求

考慮鉆孔設備重量、孔內(nèi)返泥處理、泥漿池設置、墊層底部防水層施工工藝需求，抗浮錨桿在墊層施工前施工。為確保防腐質(zhì)量，錨桿、變直徑鋼筋籠等構(gòu)配件在工廠定制，防腐處理經(jīng)進場核驗合格才能拼裝使用。

3.2 工藝流程

施工準備、移機就位、校正孔位、制漿、鉆至設計深度、高壓旋噴擴孔、低壓氣體處理孔壁、成孔檢查、安放變徑鋼筋籠及灌漿管、懸吊錨桿、打開鋼筋籠、灌注摻5%水玻璃水泥漿、拔出灌漿管、懸吊間接鋼筋籠、成樁、水泥漿結(jié)石體強度達到設計強度90%實施預應力張拉、防水層及墊層完成后安裝錨固配件。

3.2.1 施工準備

做好鉆孔定位、分區(qū)編號、變徑鋼筋籠打開抽驗工作。連接高壓灌漿泵和鉆機的輸送高壓噴射液體的高壓管的長度不得大于30m，降低送漿壓力損失，避免添加外加劑水泥漿液沉淀、堵管。高壓管采用鋼鞭軟管，連接處檢查合格后才能使用。錨桿緊鄰鉆機組裝，避免搬運中機械損傷、介質(zhì)污染構(gòu)配件。配備泥漿比重計、RTK、垂球、水平及豎向靠尺、錨桿及間接鋼筋籠懸吊支架、鍍鋅鋼制送漿管、高壓灌漿泵、高速制漿機、孔斜儀。

3.2.2 鉆孔

根據(jù)設計圖紙和地質(zhì)報告，施工區(qū)域地層內(nèi)存在較厚承壓、富水砂層。

改進措施：調(diào)整鉆桿直徑，用相對較粗鉆桿代替鉆孔護壁套管，提高工效。將尾部圓鉆桿改造為螺旋鉆桿，長度約2.4m。采用多電機組合變速箱式動力組，提高鉆孔設備扭矩、回轉(zhuǎn)動力。配置37MPa高壓灌漿機，為增加擴孔直徑、漿液擴散半徑、提高擾動土加固性能，提供足夠壓力。1:1水泥漿擴孔材料調(diào)整為水灰比0.5:1，同強度水泥漿灌漿料擴孔，使水泥漿滲入擾動砂層中，起到砂層加固作用，確保砂層整體穩(wěn)定性，同時濃漿具有較好包漿性能，能快速將擴大段砂粒、泥土置換出孔口外，提高置換工效、降低孔底沉砂率。

鉆孔采用分段回轉(zhuǎn)鉆進、分段清孔的干作法工藝成孔。鉆機回轉(zhuǎn)裝置帶動Φ300mm鉆頭、Φ270mm螺旋鉆桿(2.4m 長）、Φ230mm 圓鉆桿回轉(zhuǎn)削切軟土，螺旋鉆桿回轉(zhuǎn)擠壓力，促使軟土通過圓鉆桿與地層空隙上升，從孔口露出、人工清除。

改進效果：鉆孔順直；鉆孔、擴孔動力足，效率高；無水鉆孔不軟化泥土、不侵蝕砂層，減小地層土擾動；排渣能力強，渣土易收集；通過擴孔檢測儀器檢查，擴孔保障率高；濃漿對擾動地層有較好加固作用；孔壁泥皮處理、孔底砂粒、泥土置換效果好、效率高；鉆孔、擴孔工效及質(zhì)量顯著提高。

3.2.3 低壓氣體處理孔壁

增加低壓氣體處理非擴大段孔壁泥皮工序，使孔壁粗糙，增加非擴大段灌漿體與地層之間摩阻力。

3.2.4 成孔檢查

擴大段成孔檢查是抗拔錨桿施工關鍵工序，擴孔質(zhì)量直接影響錨桿錨固質(zhì)量及抗浮可靠性。通過變徑檢測儀（詳見圖1 變徑收縮檢測器）完成孔底擴孔直徑檢測，比現(xiàn)場開挖量測簡便、高效，比通過灌漿量計算擴孔直徑準確、直觀。

圖1 變徑收縮檢測器

3.2.5 安放變徑鋼筋籠及灌漿管

安放時采取人工配合機械緩慢下放方式，防止扭壓、旋轉(zhuǎn)錨桿體，避免限位銷拉拔繩纏繞，限位銷難以拔出，變徑鋼筋籠無法打開。錨桿體裝入孔內(nèi)的角度、方向應豎直向下，避免扭轉(zhuǎn)、抖動。入孔后按設計要求調(diào)整桿體上端面的水平位置、豎向高度，達到要求在孔口將抗拔錨桿體懸吊固定牢固。錨桿標高控制不嚴產(chǎn)生后果：錨桿標高高于設計時，錨桿錨固段長度不滿足要求；錨桿標高低于設計時，錨入混凝土長度不滿足，需要對錨桿桿體接長。

灌漿管隨錨桿體一同放入錨孔，灌漿管管底插入導向帽，通過導向帽（詳見圖2導向帽）出漿口灌漿。錨桿、灌漿管安裝、固定達標后進入灌漿環(huán)節(jié)。

圖2 導向帽

3.2.6 灌漿

為增強灌漿錨固體密實性、整體性，縮短水泥漿液凝固及沉淀時間，避免地下承壓水侵蝕漿液，確保錨固體強度，提高錨固體漿液性能，確保錨固體與錨桿握裹力，對灌漿材料進行調(diào)整，采用摻5%水玻璃水泥漿液灌注錨桿擴大段，其優(yōu)點：克服了動水稀釋、單液水泥漿凝結(jié)時間長且不能控制、結(jié)石率低等缺點，提高了水泥灌漿效果，減少錨桿漿液等強時間，加快施工速度，擴大了水泥灌漿的適用性。同時，將JGJ/T282-2012《高壓噴射擴大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》所述距離孔底一段距離灌漿調(diào)整為孔底導向帽灌漿，提高返砂、返泥、返水效率，實現(xiàn)均勻出漿，避免孔底砂及泥沉淀、積水。

灌漿采用孔底導向帽返漿法、二次灌漿工藝施工。第一次灌漿壓力不小于1MPa，從孔底開始，注至孔口返漿，一次灌漿管必須拔除：二次灌漿應在一次灌漿結(jié)束0.5h～1h 后，用高壓灌漿泵進行補灌，壓力不小于2MPa，由于漿體凝結(jié)收縮，應在孔口處隨時補漿。灌漿漿液水灰比為0.4～0.5。現(xiàn)場應嚴格按設計的配合比配制漿液，漿液應攪拌均勻，經(jīng)過篩選方可泵送，灌漿要連續(xù)，不得中斷，并應在初凝前用完。灌漿過程中，當見到漿液從孔口外溢時，即可將灌漿管逐步向外拔出，直至拔出孔口，要求保證孔內(nèi)水泥漿飽滿，灌漿完成后需將錨桿頭懸吊，以確保錨桿在孔口中央位置。

灌漿管需隨錨桿體一同放于孔中，灌漿管安裝在導向帽內(nèi)，距孔底10cm。因漿液凝固時收縮使?jié){體回落后必須及時進行補漿。灌漿后，在漿體強度未達到設計要求前，錨桿體不得承受外力或由外力引起的錨桿移動。

3.2.7 防塌孔措施

砂層孔隙水豐富、流動性大，需采用水泥濃漿擴孔，以提高孔內(nèi)護壁效果。根據(jù)鉆進速度、孔口返出土質(zhì)、鉆進所需壓力變化等判斷地層的變化情況。

調(diào)整鉆桿直徑、改造底部鉆桿形式，使孔內(nèi)渣土通過鉆桿與孔壁間隙上升至孔口，上升土擠壓力使孔壁土受壓密實，不易縮孔、塌孔。調(diào)整鉆孔工藝，采用無水鉆孔，分段（段長2m～3m）鉆進、分段清孔，減小對孔壁鄰邊地層土泥化、侵蝕、擾動，降低塌孔率。濃漿加固擾動地層效應，杜絕持續(xù)塌孔情況。

4 結(jié)語

文章介紹合肥項目工程地下抗浮錨桿在施工地質(zhì)條件差，有超厚砂層和承壓、豐富地下水，通過優(yōu)化施工方法，采取有效技術(shù)措施，解決了較厚砂層地質(zhì)條件下的錨桿抗拔力不達標問題，確保了抗浮錨桿施工質(zhì)量，并滿足設計要求，對類似地質(zhì)抗浮錨桿施工有較好的參考和借鑒作用，為今后對地下砂層中快速凝固劑種類的研發(fā)奠定基礎。

通過對施工質(zhì)量、安全環(huán)保、成本、進度等各方面綜合分析比較，采用該類技術(shù)施工的地質(zhì)錨桿來解決承壓、富水、厚砂層抗浮錨桿的技術(shù)問題，具有施工工藝優(yōu)、工期短等特點，為總包單位在業(yè)主方贏得了較好的聲譽，有較好的質(zhì)量保證和社會效益。