一種抗浮錨桿施工工藝優(yōu)化探討

黎 引, 彭 冉, 宋 磊, 王繼林

(中冶成都勘察研究總院有限公司,四川成都 610000)

0 引言

在地下水位較高的場(chǎng)地,結(jié)構(gòu)荷載不能抵抗地下水產(chǎn)生的浮力時(shí),無上部高層結(jié)構(gòu)的純地下室、地下商業(yè)街等地下建筑都有抗浮問題。為了防止地下結(jié)構(gòu)上浮,在設(shè)計(jì)上通常采用增加地下室配重、布設(shè)抗浮錨桿或抗拔樁等措施。與增加配重和抗拔樁等措施相比,抗浮錨桿施工工藝簡(jiǎn)便快捷,機(jī)械設(shè)備小巧靈活,工程造價(jià)也更加低廉,因此其應(yīng)用范圍極其廣泛。

但是,由于對(duì)抗浮認(rèn)識(shí)不足,以及施工過程中質(zhì)量管控不到位,造成地下室上浮導(dǎo)致地下室抗水板、梁或上部結(jié)構(gòu)中的板、梁、柱等出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題或工程事故時(shí)有發(fā)生。而且由于施工工序的原因,不易察覺抗浮出現(xiàn)問題,待到發(fā)現(xiàn)時(shí),地下室區(qū)域覆土已完成回填,降水井已被廢棄堵塞、總平綠化已經(jīng)初步完成等,造成抗浮問題難以整改、花費(fèi)高、耗時(shí)長(zhǎng),嚴(yán)重影響到工程最終的交驗(yàn),造成社會(huì)負(fù)面影響大。

因此,為充分達(dá)到抗浮效果,提升抗浮錨桿的施工工藝技術(shù)質(zhì)量要求,持之以恒的探討和創(chuàng)新新的、特殊的抗浮錨桿施工工藝就顯得尤為重要。在這個(gè)過程中,潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的施工工藝應(yīng)運(yùn)而生。

1 傳統(tǒng)抗浮錨桿與潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的主要區(qū)別分析

傳統(tǒng)的抗浮錨桿主要采用潛孔錘鉆機(jī)成孔,下錨桿鋼筋,充填礫石后注入水泥漿(或直接壓入水泥砂漿或純水泥漿)的施工方法,具體工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)抗浮錨桿施工

潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿主要?jiǎng)t是在潛孔錘成孔之后立即灌注細(xì)石混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,待混凝土初凝之前使用振動(dòng)錘將錨桿鋼筋置入細(xì)石混凝土之中。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工

2 傳統(tǒng)抗浮錨桿與潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的主要優(yōu)劣分析

(1)傳統(tǒng)抗浮錨桿施工工藝在漿液的制作時(shí)的配合比、攪拌時(shí)間以及注漿過程中注漿壓力等方面不易精準(zhǔn)控制,容易出現(xiàn)人為操作問題,從而影響漿體的最終強(qiáng)度。潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿直接采用的是預(yù)拌細(xì)石混凝土作為漿體材料,通過在商混站內(nèi)各種精密設(shè)備的精確配比,充分拌合,確保漿體強(qiáng)度滿足要求,避免現(xiàn)場(chǎng)自制漿液而帶來的質(zhì)量隱患。

(2)傳統(tǒng)抗浮錨桿施工工藝在充填碎石時(shí)容易充填不充分,導(dǎo)致注漿漿液不能滲入碎石的縫隙內(nèi),或者是滲入的不均勻,最終導(dǎo)致錨固體松散,不能形成完整的錨固體,從而影響錨固體與鋼筋之間的握裹力。潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工工藝由于需要使用振動(dòng)錘將鋼筋振入混凝土中,這就相當(dāng)于給混凝土使用振動(dòng)棒的效果,使得鋼筋與混凝土充分接觸,粘結(jié)強(qiáng)度得到加強(qiáng)。

(3)傳統(tǒng)抗浮錨桿施工工藝由于是在現(xiàn)場(chǎng)制漿,現(xiàn)場(chǎng)容易產(chǎn)生大量廢棄漿液污染環(huán)境,而且存在揚(yáng)塵和袋裝水泥使用的環(huán)保監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn),環(huán)保壓力巨大。潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工工藝由于使用預(yù)拌細(xì)石混凝土作為漿體材料,則不存在上述的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

3 潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工工藝常見的技術(shù)難點(diǎn)

3.1 保證錨桿鋼筋保護(hù)層厚度

后置錨桿鋼筋的施工過程中如何確保鋼筋的保護(hù)層厚度既是一種較為常見的施工技術(shù),也是一項(xiàng)較難克服的技術(shù)難點(diǎn)。在錨桿鋼筋置入前會(huì)對(duì)孔內(nèi)澆筑混凝土,而為了保證錨桿鋼筋的保護(hù)層厚度,就需在錨桿鋼筋上設(shè)置足夠多的耳朵筋或混凝土墊塊,避免錨桿鋼筋偏位的情況發(fā)生。

3.2 錨桿鋼筋后置入至設(shè)計(jì)深度

通常情況下,用于完成錨孔澆筑的混凝土,其塌落度與和易性須控制的很好,一般塌落度應(yīng)控制在180～220 mm,同時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土澆筑與后置鋼筋工序之間的時(shí)間間隔,確保在混凝土初凝之前完成錨桿鋼筋后置作業(yè)。另外,在對(duì)錨桿鋼筋進(jìn)行加工時(shí),應(yīng)將鋼筋的底部彎折后做成錐型,以便在錨桿鋼筋置入混凝土?xí)r能夠順利到達(dá)設(shè)計(jì)深度。

4 工程案例

4.1 工程概況

成都市雙流區(qū)某工程項(xiàng)目,規(guī)劃用地面積1.86萬m2,總建筑面積72 037.81 m2,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求,本項(xiàng)目地下室抗浮措施采用抗浮錨桿方案,抗浮錨桿的設(shè)計(jì)直徑為φ150 mm,長(zhǎng)度不小于10 m,錨桿入強(qiáng)風(fēng)化泥巖不小于5 m,抗拔承載力特征值為220 kN,配筋采用3φ25 mm,抗浮錨桿總根數(shù)1 485根。

4.2 地層巖性

本工程抗浮錨桿施工作業(yè)面主要泥巖層為主,其主要特性:紅褐、棕紅色,以黏土礦物為主,泥質(zhì)膠結(jié),中—厚層狀構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀為 210°∠2°,屬緩傾巖層。軟化系數(shù)小于 0.75,為易軟化巖石。在鉆探深度范圍內(nèi),按其風(fēng)化程度、堅(jiān)硬程度和完整性劃分為3個(gè)工程地質(zhì)層:

(1)全風(fēng)化泥巖:棕紅、紫紅色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),基本風(fēng)化成土,原巖結(jié)構(gòu)清晰可見,手捏易碎,經(jīng)水浸泡呈短柱狀,失水開裂,場(chǎng)地內(nèi)均勻分布,現(xiàn)場(chǎng)揭露厚度 5.0～14.3 m。

(2)強(qiáng)風(fēng)化泥巖:棕紅、紫紅色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)部分破壞,礦物成分顯著變化,風(fēng)化裂隙很發(fā)育,隙間充填褐色氧化鐵薄膜等,鉆探取芯多呈柱狀,部分為碎塊,礦物成分變化顯著,風(fēng)化裂隙發(fā)育,干鉆不易鉆進(jìn),為極軟巖,巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí),巖芯采取約 85%,RQD≈30。現(xiàn)場(chǎng)揭露厚度 2.0～11.0 m。

(3)中等風(fēng)化泥巖:紫紅、棕紅色,節(jié)理裂隙較發(fā)育,沿節(jié)理面有次生礦物,鉆孔芯樣呈碎塊狀—短柱狀,手掰不易碎,巖芯鉆方可鉆進(jìn),為極軟巖,巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí),巖芯采取率約 92%,RQD≈88。全場(chǎng)地分布,勘察未鉆穿。

4.3 水文地質(zhì)條件

4.3.1 地表水

地勘單位勘察期間未見地表水,現(xiàn)場(chǎng)施工未見地表水。

4.3.2 地下水

根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件及地下水賦存特性,場(chǎng)地地下水主要為上層滯水、孔隙潛水及基巖裂隙水。上層滯水主要分布于人工填土和黏土中,具有水位不穩(wěn)定,水量不大,連通性差等特點(diǎn),主要受大氣降雨補(bǔ)給,受季節(jié)影響較大; 孔隙潛水賦存于卵石層中,基巖裂隙水賦存于泥巖裂隙中,均受大氣降水及地下徑流補(bǔ)給, 并通過地下徑流、蒸發(fā)等方式排泄。

4.4 施工工藝選擇

根據(jù)本項(xiàng)目的地勘報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,顯示抗浮錨桿施工地層為泥巖層,自身的穩(wěn)定性較好,不需要采用跟管、護(hù)壁等防塌孔措施,具備混凝土灌注條件。同時(shí)也考慮到錨桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng),一般達(dá)到15 m以上,采用傳統(tǒng)施工工藝無法保證礫石的充填飽滿和漿液的充分滲入,從而導(dǎo)致壓漿后不能形成完整的錨固體。另外,注漿管預(yù)埋過長(zhǎng),堵管后不易處理,且注漿壓力也不易精確控制,從而容易導(dǎo)致錨固體與鋼筋之間握裹力減弱,最終影響抗浮錨桿的抗拔效果。

綜合以上方面原因,本工程試驗(yàn)性的選擇部分抗浮錨桿借鑒類似樁基施工中的“反插鋼筋籠”法的施工工藝,采用先澆筑混凝土,后下錨桿鋼筋的方法,從而提升抗浮錨桿的施工質(zhì)量,以求達(dá)到更好的抗拔效果。

4.5 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備—錨桿孔位測(cè)放—安裝錨桿鉆機(jī)—鉆機(jī)成孔至設(shè)計(jì)深度—清孔提鉆—澆筑細(xì)石混凝土—振動(dòng)錘置入錨桿鋼筋—養(yǎng)護(hù)—抗拔試驗(yàn)—驗(yàn)收

4.6 主要施工方法

(1)施工準(zhǔn)備:①組織有關(guān)人員熟悉相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、巖土工程勘察報(bào)告、施工圖紙及圖紙會(huì)審記錄等,并在此基礎(chǔ)上編制施工方案和人材機(jī)等資源保障措施,并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)、質(zhì)量、安全、合同等交底;②對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及其周圍的地上建筑物的位置、地下構(gòu)筑物、各種管線的位置和走向等情況進(jìn)行調(diào)查,以便在施工前采取有效保護(hù)和避讓措施;③立即開展對(duì)建設(shè)單位移交的建筑物角樁控制點(diǎn)復(fù)核、保護(hù)工作,布設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)(其位置選擇應(yīng)相對(duì)固定),澆筑少量混凝土對(duì)其進(jìn)行固定保護(hù),并且根據(jù)需要作好引樁等工作;④根據(jù)施工策劃,做好人、材、機(jī)等資源的進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作。

(2)錨桿鉆機(jī)成孔:錨桿孔位確定以后,選用HM-90型錨桿鉆機(jī)鉆孔,鉆頭直徑為φ146 mm,持續(xù)鉆進(jìn)后,孔徑直接擴(kuò)大到150 mm以上。最后通過空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣對(duì)錨孔吹氣進(jìn)行清孔排渣。同時(shí),在鉆進(jìn)深度達(dá)到設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后,暫不停止鉆進(jìn),保持1～2 min,以確保錨孔底端達(dá)到設(shè)計(jì)的錨固直徑。

(3)清孔提鉆:鉆孔工作完成后需利用空氣壓縮機(jī)的高壓氣體將孔內(nèi)余渣清除,直到從孔口返出高壓氣體,用手觸摸后感覺不到塵屑為止,實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)余渣的徹底清除,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)人員對(duì)錨孔進(jìn)行垂直度、孔深的檢測(cè),滿足要求后方可進(jìn)入下一道工序施工。

(4)澆筑細(xì)石混凝土:錨孔驗(yàn)收合格,且對(duì)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土完成相應(yīng)的塌落度試驗(yàn)后,采用小型細(xì)石混凝土輸送泵將混凝土泵送至錨孔內(nèi),并嚴(yán)格控制混凝土的灌注標(biāo)高,注意清理上層浮漿,確保樁體強(qiáng)度達(dá)到要求。

(5)置入鋼筋:細(xì)石混凝土澆筑完畢后,使用振動(dòng)錘配合人工下錨桿鋼筋,盡量減少時(shí)間差,從而減少后置鋼筋的難 度。后置鋼筋的過程中若發(fā)現(xiàn)垂直度偏差過大時(shí)應(yīng)及時(shí)通知振動(dòng)錘操作人員暫停,并在下鋼筋作業(yè)人員的配合下操作設(shè)備扶正鋼筋對(duì)準(zhǔn)孔心。置入錨桿鋼筋時(shí)必須先確保利用振動(dòng)錘及錨桿鋼筋的自重插入,直至實(shí)在無法插入時(shí)再開啟振動(dòng)錘,使用機(jī)械進(jìn)行插入,且控制插入速度在1.2～1.5 m/min以內(nèi),防止鋼筋偏位。

待潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,經(jīng)過第三方檢測(cè)單位的驗(yàn)收試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果顯示此種施工工藝的施工效果較傳統(tǒng)施工工藝要好,驗(yàn)收試驗(yàn)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

抗浮錨桿因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)效果顯著、施工場(chǎng)地要求低,施工高效便捷、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn),成為解決地下室抗浮問題較為常用的處理方式。根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)可知,潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的施工工藝可行,而且其具有質(zhì)量保障、方便快捷、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)小、抗拔效果好等特點(diǎn),也是一種可靠的施工工藝。