自進式中空注漿錨桿在既有工程地下抗浮治理中的應用

【中圖分類號】 TU473

【文獻標志碼】 B

0 引言

自進式中空注漿錨桿是一種集鉆進、注漿、錨固功能于一體的成品錨桿，錨桿前端裝有穿透力強的鉆頭，錨桿本身兼作鉆桿和注漿管，注漿前可作吹塵管，排除鑿巖形成的粉塵，注漿時漿液通過中空的錨桿體從鉆頭噴出，固結錨桿周圍一定范圍內的土體或填充地層裂隙，后端設有止漿塞、墊板及螺母。中空注漿錨桿施工時不需要預先成孔，規避了在破碎軟巖等不良地層鉆拔孔導致的塌孔問題，且具有施工效率高、錨固性能好、桿體質量可靠等優點。查閱相關文獻資料，自進式中空注漿錨桿在軟弱破碎圍巖、砂性土層中的邊坡加固和支護工程應用廣泛，在地下抗浮工程的試驗分析及應用較少。基于工程背景，對自進式中空注漿錨桿在既有工程地下室有限空間稍密卵石層中增設抗浮措施的方案確定、施工及抗浮治理后抗浮穩定性等進行分析，為抗浮不穩定狀態的建筑進行抗浮治理提供了方案參考。

1 工程概況

原房地產交易中心建成于2004年，地上6層，地下2層，建筑高度 27.00m ，總建筑面積 79366.87m² ，相對標高±0.000 相當于85國家高程 504.200m ，結構類型為鋼筋混凝土框架結構，基礎為筏板基礎，基礎持力層為稍密卵石層。基礎筏板厚 1400mm ，雙層鋼筋布置（ ?25mm@150mm+?20 mm@300mm ），強度等級為C40，抗滲等級為S8，筏板上設10cm 素混凝土，設備機房降板 2000mm 。原設計采用建筑結構自重及附加物自重抗浮，抗浮設計等級乙級，地下抗浮設防水位高程 501.000m 。2022年因城市有機更新片區整體打造需要，對地上六層進行拆除。

摩訶池一期項目設計原位利用原房地產交易中心地下室及地面結構物拆除后場地打造市政園林公園。原房地產交易中心地上六層結構物拆除后，利用擬建市政園林公園的新增覆土及構筑物、兩層地下結構物自重抗浮穩定性驗算結果判定為不穩定，需對地下室進行抗浮治理。抗浮治理方案為對地下室增設分布式網狀抗浮預應力錨索（考慮群錨效應），總數為1200根，標準間距 3m×3m 或 2.55m×3m 有效長度 7.5m （錨固長度 6.0m⁺ 自由段 1.5m ），索體材料為3 3?s15.24mm 鋼絞線（ 1860MPa ，單根錨索鎖定預加力值 396kN ，抗浮承載力特征值不低于 360kN ，錨固段處于稍密卵石地層。錨索施工采用錨桿鉆機預成孔后安裝預應力錨索；注漿采用高壓旋噴工藝，旋噴材料為M30水泥凈漿，旋噴壓力不低于 3MPa 。因地下室設備機房內大型供冷設備及管線不能移動或拆除，且出入口狹小，預應力錨索及高壓旋噴施工機械無法進入及施工，在參考類似自進式中空注漿錨桿地下抗浮設計應用案例的基礎上，結合自進式中空注漿錨桿基本力學性能試驗和極限承載力（基本試驗）檢測結果，確定了設備機房內抗浮治理方案。

2 錨桿試驗

2.1力學性能試驗

為檢測錨桿桿體基本力學性能，隨機抽取3根 ?25mm× 5錨桿進行屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率等指標進行檢測，檢測結果均滿足要求。檢測數據見表1。

表1中空錨桿基本力學性能檢測數據

2.2基本試驗

為驗證自進式中空注漿錨桿抗浮承載效果，為確定抗浮治理方案提供依據，在地下室設備機房內選取3個點位進行中空抗浮錨桿極限承載力（基本試驗）檢測，錨桿型號 ?25 mm×5mm ，單根錨桿有效長度 5.1m （錨固段長度 4.5m ，自由段 0.6m^? ），設計極限荷載 178kN ，試驗最大荷載 160kN 錨固段處于稍密卵石地層，注漿材料為M30水泥凈漿。錨桿設計參數見表2。

表2中空抗浮錨桿試驗參數

注：根據規范要求普通鋼筋基本試驗的最大荷載不應超過鋼筋強度標準值的0.9倍。

錨桿基本試驗在注漿材料強度達到設計強度 90% 后進行。試驗采用循環加、卸載法，分六次循環加、卸載，單一循環每級加載觀測時間 5min ，累計加載觀測時間 10min ，測讀錨頭位移3次；當錨頭位移增量不大于 0.1mm?2h 內小于2mm 時，施加下一級荷載。根據基本試驗結果表明，3根試驗錨桿在加載至最大荷載（極限承載力標準值） 160kN 時錨桿桿體均未破壞， 1^# 錨桿加載至最大荷載時位移值為4.31mm，2^# 錨桿加載至最大荷載時位移值為 5.56mm，3^# 錨桿加載至最大荷載時位移值為 5.74mm 。抗浮錨桿試驗結果匯總見表3，抗浮錨桿基本試驗 （Q-S） 曲線見圖1。

表3抗浮錨桿試驗結果匯總

3 抗浮方案

受地下室設備機房現場條件限制，試驗錨桿鉆進采用YT28氣動鑿巖機鉆進，3根錨桿在鉆進至 3.8～4.0m 左右開始鉆進較為困難，降效明顯；地下室局部區域過于狹窄，無法按網狀布置錨桿。參照錨桿極限承載力試驗數據，結合試驗錨桿施工工況，地下室設備機房抗浮治理方案最終確定錨桿采用 ?25×5mm 中空注漿錨桿，設置總數量為200根，標準間距為 1.3m×1.3m （分布式網狀設計，局部狹長區域采用單排錨桿，間距 1.3m ）；單根錨桿長度為 4.6m （錨入稍密卵石層 3m+ 筏板厚度綜合考慮 1.5m⁺ 外露長度 0.1m ），抗拔承載力特征值不低于 80kN ；注漿材料采用M30水泥凈漿，注漿壓力不低于 3MPa ，設計注漿量為 1.5～1.7m³ ，注漿完成后水泥漿液初凝前在錨桿內部打入通長 ?10mm （HRB500）補強鋼筋，鋼筋端部與錨桿桿體點焊固定；相應檢驗和驗收參照現行 TB/T3356-2021? 《鐵路隧道錨桿》和JGJ476-2019 《建筑工程抗浮技術標準》執行。錨桿及錨固螺母外露部分采用環氧膠泥包裹作防腐處理。筏板頂部整體設置 2cm 厚疏排層，疏排層周邊設排水盲溝順接至原排水溝，疏排層頂面澆筑C40P8抗滲混凝土后按原有地下室地面結構恢復陶瓷面磚。

圖1抗浮錨桿基本試驗（ （Q-S） 曲線

4 錨桿施工

錨桿施工前將人工利用風鎬將錨桿施工區域原 5cm 陶瓷面磚（含砂漿墊層） + 約 25cmC30 混凝土基層 + 約 30cm 砂卵石回填層破除并清理外運，露出原筏板頂面，按施工圖點位將錨桿點位施放到筏板頂面并做好標記，利用立式水鉆將筏板及墊層鉆穿作錨桿引孔（孔徑 ?50mm 。

圖2自進式中空錨桿施工工藝流程

錨桿設計總長 4.6m ，實際施工按 3.0m （編號： 1^# 段錨桿） +1.6m （編號 ：2^# 段錨桿）分段設置，兩段錨桿用配套連接套連接。施工時利用移動腳手架作輔助施工平臺，先將 1^# 段錨桿前端與鉆頭連接，遞送進錨桿引孔后末端套入配套帽，套帽末端與YT28氣動鑿巖機連接穩固后開始鉆進。 1^# 段錨桿鉆進到外露 20cm 左右時停止鉆進，拔出套帽后利用連接套將 1^# 段錨桿與 2^* 段錨桿連接牢固，重復 1^# 段錨桿施工工序，待 2^# 段錨桿鉆進至外露長度約 10cm 時，拆除套帽，安裝止漿塞、墊板，并初步旋緊螺母。通過現場計時觀察，單根錨桿施工配備2名技術工人、1臺YT28鑿巖機，從開始鉆進至鉆進完成時間大約在 20～25min 左右（實際有效鉆進長度 3.0m ，地層為稍密砂卵石層）。

錨桿注漿材料為M30水泥凈漿（水灰比控制在 0.3～ 0.4），采用專用制漿機配置及壓漿機壓漿，錨桿注漿完畢且在水泥漿液初凝前，人工插入通長 ?10mm（HRB500） 補強鋼筋，端部與桿體焊接牢固后再次旋緊錨固螺母。設計注漿壓力不低于 3MPa ，單根錨桿設計注漿量為 1.5～1.7m² 。本工程錨桿錨固地層為稍密卵石層，具有一定的滲透性，且受臨近地鐵施工降水影響，地下室抗浮治理施工期間地下水位較低，未現明顯地下水。實際壓漿施工過程中，注漿壓力嚴格控制在 ，單根錨桿注漿量嚴格控制在1.6～1.7 m2。

錨桿注漿完成且達到28天齡期后進行錨桿抗拔檢測。通過隨機抽取12根錨桿進行抗拔承載力驗收試驗，錨桿試驗最大加載值為 160kN 。根據試驗結果表明，12根抗浮錨桿抗拔力特征值均大于 80kN ，荷載加載至最大載值 160kN 時，最大變形量為 6.09mm ，滿足設計要求。錨桿驗收試驗完后按設計要求作防腐處理并進行后續工序施工。錨桿驗收試驗各錨桿最大位移量匯總見圖3。

圖3抗浮錨桿驗收試驗各錨桿最大位移量統計

注：（1）設計錨桿總長度 4.6m ，設計錨固段長度 4.5m ，設計自由段 0.1m ，因自由段長度過短不能夾持試驗設備，故將12根錨桿自由段長度延長至 0.5m 便于檢測。

（2）最大試驗加載值 160kN 。

（3）自由段長度理論彈性伸長值的 80% 為 1.02mm ，自由段長 度與1/2錨固段長度之和的理論彈性伸長值之和為 7.0mm 0

5 應用分析

所述工程案例地下室抗浮治理方案為增設預應力抗浮錨索（常規區域） + 抗浮錨桿（設備機房）。預應力抗浮錨索施工工藝成熟，鉆孔、高壓旋噴注漿采用錨桿鉆機和高壓旋噴機進行機械化流水施工，綜合效益顯著。自進式中空注漿錨桿鉆進采用氣動鑿巖機施工，經實踐證明具有一些優點：

（1）施工機械更為輕便。錨桿鉆進采用手持氣動鑿巖機， 1～2 名工人即可搬運或操作；鉆進時利用風管將鑿巖機與遠端的空氣壓縮機連接，相較于其他需利用大型成套施工設備的工藝相比，施工時占地面積小，可在地下室空間受限區域施工。

（2）錨桿長度搭配靈活。錨桿桿體采用無縫鋼管制造，外表面設有連續螺紋，施工時可根據實際工況將錨桿切割成任意長度，利用配套連接套筒實現桿體接長，錨桿連接便捷，接頭質量有保障，在地下室凈高較低區域施工優勢明顯。

（3）鉆進施工效率高。錨桿為標準定型產品，提前完成錨桿長度下料和筏板引孔施工等準備工作后，單根錨桿鉆進（有效鉆進長度 3.0m ，稍密卵石層）時間只需 20～25min 左右；且鑿巖鉆機直接將錨桿鉆至設計深度，不需要預成孔，施工效率更高。

（4）容易實現壓力注漿。錨桿端部設有止漿塞及配套鋼墊板和螺母，注漿前初步緊固螺母，使鋼墊板與筏板密貼，實現注漿壓力達到設計壓力值并快速填充砂卵石層的空隙，擴大擴散半徑，增大錨固范圍，提高錨桿整體錨固性能。

6 結束語

對抗浮失穩或失效的既有地下工程進行抗浮治理，確定治理方案時尚應結合地下工程現場具體情況選擇合理的施工工法。利用自進式中空注漿錨桿在地下室局部空間受限區域進行抗浮治理的創新應用解決了既有工程地下室局部空間受限區域進行抗浮治理的難題，經實踐證明該施工方法抗浮錨固承載能力安全可靠，且具有施工機具輕便、錨桿長度搭配靈活、鉆進施工效率高、容易實現壓力注漿等優點，為抗浮不穩定狀態的建筑進行抗浮治理提供了案例參考。

參考文獻

[1］周永明，徐偉斌，華貝，等.自進式中空注漿錨桿在地下抗浮設計中的應用分析[J].結構工程師，2022，38（5）：126-132.

[2]萬雪林，郭靜.礦用中空注漿錨桿在建筑邊坡支護中的應用[J].中國煤炭地質，2020，31（S1）： 144-147+151 ：

[3] 朱磊，張明義，白曉宇，等.砂性地層中自進式中空注漿錨桿承載特征試驗研究及應用[J].工程建設， 2016，48（4）：11-15

[4］閆志明.自進式中空注漿錨桿在深基坑高邊坡開挖中的應用[J].中國水運，2015，15（10）： 307-308+310

[5] 郭鴻昌.自進式中空注漿錨桿在大粒徑砂卵石地層中的應用[J].施工技術，2012，41（S1）：75-76.

[6] 袁正如，顏海春.中空錨桿在地下工程抗浮中的應用[J].施工技術，2007（S1）：68-69.

[7] 中華人民共和國住房和城建設部.建筑工程抗浮技術標準：JGJ476-2019[S]．北京：中國建筑工業出版社，2019.

[8] 國家鐵路局.鐵路隧道錨桿：TB/T3356-2021[S].北京：中國鐵道出版社有限公司，2021.