高層建筑地下室擴體錨桿抗浮施工技術(shù)

王宇光 曹戰(zhàn)峰 蔣 洪 葉九松

中建七局有限公司總承包公司 鄭州 450004

1 工程概況

鄭州市鄭東新區(qū)某項目建筑高95.80 m，基坑平均深約16.00 m，勘察期間地下水位埋深6.84～7.14 m，水位標(biāo)高77.50 m，地下水位多年變幅在2.00～3.00 m。結(jié)合場地調(diào)查的歷史最高水位，抗浮水位標(biāo)高按現(xiàn)地表以下2.00 m考慮，抗浮水位標(biāo)高82.50 m。該項目位于鄭州市鄭東新區(qū)龍子湖湖心島崇德街以南，湖心四路（明理路）以西，緊鄰龍子湖。

抗浮部位為主樓周圍地下車庫部分，東、西側(cè)平行于基坑支護(hù)面長約為95 m，距離地面深度約16 m。南、北側(cè)平行基坑支護(hù)面長約為60 m，距離地面深度約16 m。

2 施工難點分析

基坑北面為龍子湖，水位較高，導(dǎo)致地下水源豐富，水浮力較大，如若處理不當(dāng)將對地下室產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本項目為23層的辦公樓，對主樓周圍車庫部分抗浮壓力大。同時該工程地下3層及夾層的基坑平均深度為19.00 m，屬深基坑，對抗浮能力又是一項考驗。另外，該工程北側(cè)為高校園區(qū)，對防塵、防噪聲等要求較高[1-3]。

3 抗浮施工技術(shù)

為解決抗浮問題，工程采用了一種新型抗浮錨桿。本工程采用承壓型擴體錨桿作為永久抗浮構(gòu)件，抗浮錨桿有效長度為15.00 m，錨桿普通錨固段φ180 mm，長度為10.00 m；旋噴擴體段φ800 mm，長度為4.50 m；筏板預(yù)應(yīng)力錨固長度為0.50 m，擴體錨固段置入第9層密實中砂層。與普通錨桿相比，擴體錨桿的抗拔力高，在相同地質(zhì)條件下，其抗拔力至少比普通抗拔錨桿高3倍。錨桿施工成孔φ150 mm，旋噴擴孔后立即下錨并及時注漿。

注漿管與鋼筋綁扎在一起放入鉆孔，采用的注漿管能承受5.00 MPa的壓力，能使?jié){液順利壓灌至鉆孔底部擴體錨固段；擴體錨固段注漿采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，漿液攪拌均勻并過篩，隨拌隨用，漿液需在初凝前用完。注漿水灰比為0.40～0.50，注漿體設(shè)計強度不小于30 MPa，漿體強度檢驗采用的試件每50根錨桿不少于1組，每組不少于6個。抗浮錨桿在結(jié)構(gòu)底板施工完成并完全達(dá)到設(shè)計強度后進(jìn)行鎖定[4-6]。

4 施工要點

4.1 場地平整

1）采用工程機械（或人工）對施工場地進(jìn)行平整，滿足旋噴鉆機在組裝、旋噴鉆進(jìn)及行走移機等作業(yè)時對場地平整度的要求。

2）施工現(xiàn)場應(yīng)達(dá)到“三通一平”的標(biāo)準(zhǔn)，以便施工機械及人員進(jìn)場之后能夠順利開展工作，同時提供主要材料（水泥、鋼材等）的堆放和加工場地。

3）應(yīng)對需要進(jìn)行旋噴鉆進(jìn)的施工區(qū)域內(nèi)的地面及地面以下一定深度范圍內(nèi)，影響旋噴鉆機鉆進(jìn)的建（構(gòu)）筑物、建筑垃圾及孤石進(jìn)行探查與挖除，不便挖除的可進(jìn)行原地破碎處理。

4.2 設(shè)備組裝與調(diào)試

1）根據(jù)現(xiàn)場具體情況及現(xiàn)場機械設(shè)備布置圖對相關(guān)機械設(shè)備進(jìn)行布置安裝并調(diào)試（如攪拌桶、砂漿泵、高壓泥漿泵等）。

2）組裝旋噴鉆機，連接相關(guān)配套設(shè)備并進(jìn)行高壓試噴。

3）注意事項：在旋噴鉆機進(jìn)行高壓試噴時，必須要對水泥漿進(jìn)行高壓噴射，而且應(yīng)保持高壓噴射的狀態(tài)超過10 min；噴射壓力應(yīng)比施工要求的最大壓力再大5～10 MPa，以便檢驗高壓噴射水泥漿質(zhì)量、高壓泥漿泵性能、高壓管路的密封性等指標(biāo)。

4.3 測量放線與鉆機定位

1）根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，對擴體錨桿的位置進(jìn)行測量放線，并做好標(biāo)記及施工測量記錄。

2）根據(jù)施工測量放線標(biāo)記對旋噴鉆機進(jìn)行定位，定位水平誤差控制在20 mm以內(nèi)。對于已測量放線好的錨位，必須由現(xiàn)場技術(shù)人員進(jìn)行校核，校核合格后在施工測量技術(shù)交底文件上簽字。同時，在該位置處做好標(biāo)記，標(biāo)記要清晰牢固，并在其周圍放置醒目的警示標(biāo)志，以防其他施工人員或工程機械破壞該標(biāo)記。旋噴鉆機定位完成后，應(yīng)在鉆機調(diào)平（即鉆桿處于豎直狀態(tài)）時測量其鉆機定位水平誤差。

4.4 下鉆成孔

4.4.1 引孔

1）先用清水（或粉煤灰、水泥混合漿液）引孔，引孔后采用高壓噴射擴徑機械擴徑，非擴徑段直徑為180～200 mm，以錨桿能順利安放為準(zhǔn)。

2）啟動高壓泥漿泵為旋噴鉆機供應(yīng)高壓水（或水泥漿、粉煤灰漿液），并查看鉆頭噴射情況。

3）當(dāng)鉆頭噴射穩(wěn)定且鉆桿轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后下旋鉆進(jìn)成孔至設(shè)計深度，鉆進(jìn)至設(shè)計深度后停止向下鉆進(jìn)，但需保持鉆桿轉(zhuǎn)動和高壓噴射狀態(tài)。

4）操作注意事項：在鉆進(jìn)過程中，不得中斷噴射，若因故中斷噴射，應(yīng)迅速提升鉆桿至孔外，防止孔壁坍塌而發(fā)生埋鉆事故。在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)實時觀測孔口溢漿情況。一旦發(fā)現(xiàn)孔口不再溢漿或溢漿量明顯減少，應(yīng)立即停止向下鉆進(jìn)、加大漿液流量并檢查管路，若管路未出現(xiàn)泄露或堵塞且溢漿情況沒有明顯改變，則應(yīng)及時將鉆桿提升至孔外，進(jìn)一步查明跑漿原因。采用測量孔外鉆桿長度的推算方法進(jìn)行成孔深度監(jiān)測，計算精度不大于10 mm，成孔深度誤差應(yīng)在0～+500 mm范圍內(nèi)。

4.4.2 高壓旋噴擴孔

1）擴徑段φ800 mm，擴徑采用素水泥漿，水泥強度不低于P.O 42.5（可適當(dāng)摻入20%粉煤灰，起到水泥漿緩凝及增加和易性的目的）。水泥用量按照設(shè)計圖紙要求執(zhí)行，水泥漿水灰比為1.00，擴孔噴射壓力為25～30 MPa，噴射時噴管勻速旋轉(zhuǎn)，勻速擴孔2遍。

2）當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計要求后，增大噴射壓力至30 MPa，以15 r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高壓噴射擴孔。

3）采用測量孔外鉆桿長度來推算擴孔長度，當(dāng)擴孔長度達(dá)到設(shè)計要求后，為了確保擴體段直徑滿足設(shè)計要求，對擴孔段進(jìn)行復(fù)噴，噴射泥漿采用水泥漿。

4）注意事項：噴射擴孔時，應(yīng)實時監(jiān)測漿液狀態(tài)、噴射流量、壓力、鉆桿轉(zhuǎn)速及提升速度等施工參數(shù)，確保其符合設(shè)計要求。在高壓噴射擴孔過程中，不得中斷噴射，一旦出現(xiàn)噴射中斷，再次噴射時，搭接長度不得小于500 mm，且間隔時間不大于30 min。高壓噴射用水應(yīng)經(jīng)濾網(wǎng)過濾，泥漿及水泥漿應(yīng)采用二級攪拌，并在泥漿轉(zhuǎn)移過程中進(jìn)行過濾，以防發(fā)生堵管事故[7,8]。

4.5 錨索制作、安放（下錨）

1）現(xiàn)場擴體錨桿組裝：在平整硬化好的場地上用電動切割機切割φ32 mm的1080級螺紋鋼，下料長度誤差ΔL=0～+50 mm。然后，將切割好的螺紋鋼穿過擴體錨桿囊袋的預(yù)留孔，在囊袋的螺紋鋼固定端，由經(jīng)過專門培訓(xùn)的工人和專用設(shè)備安裝直螺紋套筒的固定裝置，因其加工設(shè)備價格便宜、操作簡單、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、綜合造價低等優(yōu)點而被廣泛采用。

2）采用旋噴鉆機附配吊裝系統(tǒng)，將現(xiàn)場已組裝好的擴體錨桿及時迅速地安放到錨孔中。下錨過程中，應(yīng)盡可能勻速將其下放至設(shè)計深度；當(dāng)遇到下放困難時，可采用下沖法輔助錨桿下放；如果仍無法下放到設(shè)計深度，則可采用再次復(fù)噴方式進(jìn)行二次引孔。

4.6 囊袋內(nèi)灌注水泥漿

1）采用二級攪拌配制無泌水水泥漿，水灰比為0.45；并在水泥漿轉(zhuǎn)移過程中采用過濾網(wǎng)對其進(jìn)行過濾，以防發(fā)生管路堵塞。

2）待擴體錨桿下放到錨孔的設(shè)計深度后，使用泥漿泵將配制好的水泥漿壓灌擠入擴體囊袋內(nèi)，待水泥漿固結(jié)后，可在孔底旋噴擴體段形成一個形狀規(guī)則的水泥結(jié)石體，該水泥結(jié)石體強度高且性能穩(wěn)定。

3）水泥漿灌注完畢后，及時拆除注漿管并回收錨孔內(nèi)注漿管，隨后對注漿系統(tǒng)進(jìn)行清洗，可將剩余部分水泥漿灌入錨孔內(nèi)。

4）注意事項：注漿距離（注漿泵與錨孔間的距離）不宜大于100 m。無泌水水泥漿的攪拌量根據(jù)囊體擴張后的體積計算。向擠擴囊體內(nèi)灌注無泌水水泥漿時，應(yīng)采用雙指標(biāo)控制其灌注總量。通常注漿壓力不超過1.50 MPa，灌注量由攪拌桶內(nèi)泥漿剩余量來推算。在對錨孔內(nèi)注漿管進(jìn)行回收操作時，一定要注意用扳手轉(zhuǎn)動注漿管的方向（順時針）。一旦注漿管沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，則通常會引起注漿管中間接口處脫節(jié)，導(dǎo)致無法全部回收注漿管（鋼管），造成不必要的浪費[9,10]。

4.7 錨孔內(nèi)補漿及錨桿鎖定

1）采用二級攪拌配制水泥漿（可回收利用灌注囊袋時剩余的部分水泥漿），水灰比為0.45。在水泥漿轉(zhuǎn)移過程中采用過濾網(wǎng)對其進(jìn)行過濾，以防發(fā)生管路堵塞。

2）完成囊袋內(nèi)無泌水水泥漿灌注后，將錨孔內(nèi)注漿管與囊體脫離，然后通過脫離后的錨孔內(nèi)注漿管進(jìn)行錨孔補漿。

3）錨孔內(nèi)補漿完畢后立即拔出注漿管，進(jìn)行下一錨孔注漿或用大量清水對管路進(jìn)行清洗。

4）注意事項：注漿管出漿口應(yīng)在已灌注好的囊袋上部約30 cm處。注漿過程中應(yīng)適當(dāng)晃動錨孔注漿管，以便注漿管能順利拔出。

5）清理錨桿承壓面，安放錨桿錨具裝置。錨桿與底板連接如圖1、圖2所示[11,12]。

圖1 擴大頭囊體節(jié)點構(gòu)造示意

5 結(jié)語

1）本工程車庫部分采用的新型抗浮錨桿與傳統(tǒng)錨桿相比，能夠與高壓噴射注漿或機械式擴孔技術(shù)等多種施工輔助工法相結(jié)合，從而能適應(yīng)更廣泛、更復(fù)雜的地質(zhì)條件，并提高錨固體系的承載力和變形性能；

2）錨固段長度和錨桿桿體長度大大縮短（錨固段一般可縮短至傳統(tǒng)錨桿的1/4），減少施工材料和設(shè)備的損耗，具有較高的經(jīng)濟性；

圖2 擴體抗浮錨桿截面示意

3）與現(xiàn)有的一些土層擴體錨桿相比，錨固段錨筋完全居中，傳力及受力機理更具優(yōu)勢。本技術(shù)相比原設(shè)計節(jié)約成本56.84萬元人民幣，同時其抗拔性能好，實體感強，保證了工程的安全性和穩(wěn)定性；

4）施工全方位實現(xiàn)機械化，且該技術(shù)產(chǎn)生的廢漿、廢渣量少，施工時無噪聲污染，積極相應(yīng)了綠色施工、綠色建筑的號召，得到了建設(shè)單位、監(jiān)理單位的高度評價。