變直徑鋼筋籠擴大頭預應力抗浮錨桿技術及應用

孔 偉（中鐵建設集團華東工程有限公司，江蘇 昆山 215300）

0 引 言

變直徑鋼筋籠擴大頭預應力抗浮錨桿施工工藝是一種主要應用在地下建筑室抗浮、基坑開挖和基礎加固等工程技術領域[1]的新技術。作為處理地下工程抗浮的新方法，符合國家對于“節(jié)能、降排、綠色和發(fā)展”的理念，適用于砂層和黏性土層等各種不同地層。相較于傳統(tǒng)的技術，它有著安全性好、經濟高效、工期縮短、環(huán)保出色且施工簡便、耐用等顯著優(yōu)點。本文以古井貢酒年份原漿主題酒店地下工程（以下簡稱“工程”）為例，介紹變直徑鋼筋籠擴大頭預應力抗浮錨桿施工工藝，以及擴大頭錨桿在粉質黏土層中的施工措施，為變直徑抗浮錨桿在粉質黏土夾粉土層的應用提供參考。

1 變直徑鋼筋籠擴大頭預應力錨桿樁原理

1.1 變直徑鋼筋籠

變直徑鋼筋籠擴大頭預應力抗浮錨桿屬于摩擦-端壓型錨桿，比一般的抗浮錨桿具有更高的抗拔能力和效率，因此在建筑工程的抗浮設計中被大量采用。新型變直徑鋼筋籠擴大頭錨桿就是其中一種先進型錨桿，其特點在于改良了在錨桿頭部使用變直徑功能的鋼筋籠，使鋼筋籠骨架的混凝土擴大頭式短樁通過在擴大頭段加裝變徑鋼筋籠后，在整體承壓力、錨固穩(wěn)定性和抗拉承載力上都得到了顯著的提高，成功解決了鋼筋籠在頭部直徑增大而籠徑縮小的問題，以及一些在承載力和穩(wěn)健性上的隱患。

一般情況下，錨桿身體的鋼筋由一根大直徑的高強度精鑄螺紋鋼筋組成，擴大頭部由多根豎直向的鋼筋環(huán)繞著錨桿身體，箍筋固定在豎鋼筋外部作為外緯線，與豎鋼筋設有固定位，在未使用狀態(tài)下，箍筋保持收緊，也就是柔韌的鋼絲。箍筋盤處設有用于展開豎鋼筋的撐開裝置，因此可以調整鋼筋籠的直徑。變徑鋼筋籠大樣圖，如圖1所示。相較于舊式的高壓噴射擴大頭錨桿，這種設計在擴大頭部做了改造和創(chuàng)新。使用這種可調直徑的鋼筋籠，可以生成鋼筋水泥的擴大頭，從而可以顯著提升整體的受力、錨固段的穩(wěn)定性以及抗拔承載力[2]。

1.2 預應力拉桿

通過運用預應力或使用預應力桿件來大幅度降低變形量。

1.3 法蘭螺母

法蘭螺母底板錨固構件所解決的底板中高強度鋼筋的錨固問題，對頭錨桿擴大化技術的安全性有積極的促進作用。

2 工程應用

2.1 工程概況

2.1.1 工程地質條件

擬建地點由巨厚第四紀沖積物堆積而成，勘測揭示的地層巖性主要由雜填土、粉質土、粉質黏土、粉質黏土夾粉土和粉砂等構成，勘測所揭示的土層性質如下。

①層雜填土（Q4ml）：表層以磚渣碎石主；灰褐～黃褐色，濕，可塑狀態(tài)，夾植物根系及碎磚，局部為30 cm耕植土，高壓縮性。由于人文活動的影響，該層分布不均勻，揭示層底高程為34.37～38.42 m；

②層粉質土（Q4al）：灰黃、黃色，稍密狀態(tài)，夾薄層棕褐色黏土，中壓縮性。層底高程為36.19～37.52 m，平均36.73 m；層厚為0.60～1.90 m，平均1.25 m。

③1層粉質黏土（Q4al）：灰黃色、黃色、灰褐色，軟塑～可塑狀態(tài)，含鐵錳結核及鈣質結核，高～中壓縮性。層底高程為32.87～35.21 m，平均34.32 m；層厚為1.60～3.80 m，平均2.40 m。

③2層粉質黏土（Q4al）：灰黃、褐黃色，可塑狀態(tài)，含鐵錳結核及鈣質結核，底部夾薄層粉土，局部呈互層狀態(tài)，中壓縮性。層底高程為27.63～29.73 m，平均28.97 m；層厚為4.30～6.60 m，平均5.35 m。

④層粉質黏土夾粉土（Q3al）：粉質黏土呈灰黃色，可塑～硬塑狀態(tài)，含鐵錳結核及鈣質結核，夾中密狀態(tài)的粉土薄層，局部呈互層狀，中壓縮性。層底高程為25.43～29.15 m，平均26.21 m；層厚為0.30～4.00 m，平均2.74 m。

⑤層粉砂（Q3al）：灰黃、黃色，濕，中密～密實狀態(tài)，夾中密狀態(tài)的粉土薄層，局部呈互層狀，中壓縮性。揭示最低層底高程為15.07 m，揭示最大層厚為10.70 m。

2.1.2 設計情況

工程抗浮設計為乙級，錨桿防腐Ⅱ級，錨桿使用年限為50年。錨桿擴大頭進入第④層粉質黏土夾粉土層≮2.5 m，采用C30細石混凝土或同等級的水泥漿作為錨桿固漿填充材料。抗浮錨桿樁設計參數(shù)，如表1所示。

工程在初期設計階段，變直徑鋼筋籠擴大頭預應力抗浮錨桿考慮采用高壓注射混凝土或者水泥砂漿作為樁體。如果采用混凝土高壓注入的施工方法，有極大可能發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象，該現(xiàn)象不僅會對項目質量造成影響，也會妨礙施工進度，在施工操作中存在較大的風險。因此，工程設計人員在進行了深度的探討和研究，且根據(jù)地質報告、類似工程經驗并與勘測、設計院合作開展抗浮基底巖性、抗浮水位等專題報告后，最終決定抗浮錨桿采用純水泥漿（P·O42.5）作為標準。水泥漿制備過程中，需保證混合物的均勻性，隨拌隨用。取0.5水灰比注漿，不小于30 MPa的注漿體設計強度，這樣才能保持工程質量和施工進度。抗浮錨桿樁截面構造圖，如圖2所示。

圖2 抗浮錨桿樁截面構造詳圖

2.2 施工工藝與要點

2.2.1 施工工藝

2.2.2 施工要點

（1）定位。先開挖土方至筏板頂標高，清理場地上的障礙以及疏松的土質，接著依照設計圖紙上的要求，測量錨桿的點位，然后采用鋼筋頭進行標注。錨桿孔的定位允許的偏差范圍為±100 mm。錨桿樁定位后需要進行二次確認測試。

（2）鉆機就位。按照錨桿樁孔位移設備的定位狀態(tài)，要保證鉆機在鉆孔期間沒有過度的擺動，以避免對成孔質量造成影響。利用羅盤儀對鉆機的垂直度進行調校，其垂直性的偏離度為±1，滿足設計圖紙的規(guī)定。檢查要求直徑偏差在10 mm以下。將鉆頭對準錨桿，將要建設的鉆孔位置再鉆探一次。孔位在開鉆之前，必須有管理人員簽字確認。

（3）錨桿體制作。桿體制作基本流程：錨桿桿體防腐→套管→安裝對中間支架。

錨桿和防腐應按設計要求制作，螺紋鋼經過防腐油刷的精軋?zhí)幚砗筇坠懿⑦M行密封處理。在錨桿桿件上每隔2 m設置1個A200對中間支架，沿鋼筋桿體軸線方向使錨桿處于鉆孔中心位置，隔離架應與桿身牢固固定。抗浮錨桿桿體防腐大樣，如圖3所示。

圖3 抗浮錨桿桿體防腐大樣

（4）成孔。工程地庫筏板以下地質依次為粉質黏土層、粉質黏土夾粉土層、粉砂土層，抗浮錨桿擴大頭進入粉質黏土夾粉土層≮2.5 m。由于工程地質為粉質黏土夾粉土層，可采用常規(guī)高壓旋噴成孔工藝。

基于粉質黏土夾粉土的特性，高壓旋噴成孔階段，鉆機邊鉆進邊噴高壓水，在孔壁上形成泥皮，在注漿時能有效地防止水泥漿流失，并能保證抗浮錨桿的成樁質量。根據(jù)抗浮錨桿樁的相關要求，鉆孔位置偏差不應大于±100 mm，高壓噴氣擴孔噴氣壓力不應小于20 MPa，成孔斜率不應大于1.0%；噴嘴給定進速或提速為10～25 cm/min，噴嘴給定轉速為5～10 r/min。一般要求孔深比設計深30 mm。每根錨桿的鉆孔都要詳細記錄施工的原貌，以備整個鉆孔之用。使用螺旋鉆頭進行250 mm孔徑的打孔作業(yè)，待加壓泵啟動后，再施行擴孔段工作，用泥漿挖孔法來保護壁面。可選用水泥漿液進行高壓噴射擴孔。在運用水泥漿液進行擴孔操作時，需要在上下之間反復進行擴孔任務，至少需要執(zhí)行2次以上才能實現(xiàn)完工。

（5）下錨。①錨桿做好后，要檢查鉆頭有沒有固定好，鋼筋籠有沒有裝牢，才能下錨。漿管在固定錨桿的同時下放。②根據(jù)錨桿的設計長度，利用挖機配合人工將錨桿吊入洞內，在擺放過程中避免錨桿出現(xiàn)扭轉或彎曲。如果在下錨過程中桿身無法到達洞底，應把桿身拉出，查明問題所在，重新鉆孔后再次將錨桿下放。③錨桿下至孔底后，為保證錨桿軸心重合鉆孔中心線，用導向帽對錨頭進行臨時支撐。④桿身下至孔位后，應測量頂部標高，定位銷在達到預定位置時應當取出，打開變徑鋼筋籠，同時利用懸吊的鋼筋對其進行固定，這樣可以防止桿體錨定長度短缺以及對混凝土底板承壓鋼筋位置造成的影響[3]。

（6）注漿。注漿采用孔底回漿法。①注漿材料按設計配合比進行配置，使?jié){液凝結加快。必須嚴格按照預先規(guī)劃的比例來混合漿液，并在現(xiàn)場將漿液混合至均勻方可使用。漿液注入過程中，要保持連續(xù)性，不能中斷，并且只有在漿液全部注入完畢后，才能開始凝固過程，以確保漿液得以全面施展其功效。②注漿時，漿液由孔口溢出，漿液與預制漿液相同時，應停止注漿，以保證漿液在孔內的質量和高低。如果在注漿階段出現(xiàn)過長的停頓，超過了初凝漿液的設定時間，那么就必須重新進行清洞、錨定、注漿等作業(yè)。注漿施工的全程應該做詳細、完整的記錄。③錨桿注漿后應避免外力作用晃動錨桿，直至錨桿強度達到設計要求為止。④水灰比取純水泥漿液0.5，注漿壓力一般不低于20 MPa。在漿液注入過程中，要對100 mm×100 mm×100 mm立方試件進行注漿取樣，每30根錨桿保留至少1組（每組3片）試件，經標準養(yǎng)護后進行強度檢測。⑤提桿時注漿為二次補漿，實際注漿高度高于設計高度0.8～1.0 m。⑥錨桿桿身上部鋼筋籠固定、頂端控制在筏板下5 mm，并對標高進行嚴格控制。錨桿和底板連接大樣圖，如圖4所示。

圖4 錨桿和底板連接大樣圖

（7）養(yǎng)護。根據(jù)JGJ/T 282—2012《高壓噴射擴大頭錨桿技術規(guī)程》，錨桿施工完成后28 d內為錨洞內水泥漿的維護時間，維護期間錨桿不得發(fā)生碰撞事故。

（8）張拉。在進行錨桿的檢測過程中，錨桿樁水泥漿強度達到90%以上，才符合拉桿試驗的標準。預應力抗浮錨桿張拉鎖定，如圖5所示。

圖5 預應力抗浮錨桿張拉鎖定圖

3 變徑鋼筋籠大頭錨桿樁的經濟效益對比

工程抗浮錨桿樁設計要求樁體材料為高壓注射混凝土或者水泥漿，經工程相關人員的深度探討和研究后，最終確定水泥漿為填充材料。

工程共計1 065根抗浮錨桿樁，每根錨桿樁體積約為1.4m3，總體積為1 491 m3，則：若采用C30細石混凝土為樁體填充材料，市場上C30細石混凝土價格為668元/m3，需要投入總成本為995 988元；若采用水泥漿為樁體填充材料，市場上C30水泥漿價格為549.9元/m3，需要投入總成本為819 900.9元。節(jié)約造價176 087.1元。

4 結 語

古井貢酒年份原漿主題酒店工程抗浮錨桿施工完畢后，經錨桿驗收試驗，全部達到設計要求。在保證安全、穩(wěn)定、快捷和高效的前提下，抗浮錨桿的整個施工過程可控，希望能為今后抗浮錨桿樁在粉質黏土層施工提供數(shù)據(jù)參考。