新型擠土法施工抗浮錨桿工藝研究

涂愛華

（鄂西北工程勘察總公司，湖北襄陽441003）

新型擠土法施工抗浮錨桿工藝研究

涂愛華*

（鄂西北工程勘察總公司，湖北襄陽441003）

抗浮錨桿采用傳統(tǒng)的鉆進(jìn)工藝，不能有效地解決砂礫石層塌孔問題。新型的擠土法成孔工藝是利用大扭矩設(shè)備的鉆桿，將土層擠入四周孔壁，鉆進(jìn)過程中提下鉆都注入水泥漿，質(zhì)量可靠，效率較高，施工工藝優(yōu)于常規(guī)的全面破碎循環(huán)鉆進(jìn)或取土法鉆進(jìn)。

抗浮錨桿；擠土法成孔；噴粉樁機(jī)

隨著城市人口快速增加、土地資源日益匱乏，合理有效地開發(fā)利用城市地下空間資源，是解決城市人口、資源、環(huán)境三大危機(jī)的重要措施，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

中國改革開放30年來，城市建設(shè)加速發(fā)展，地下空間的應(yīng)用越來越廣泛，出現(xiàn)了大量的地下廣場、高層建筑地下室、地鐵等，如何解決地下室的抗浮問題已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)工程師面臨的難題。

目前地下室的抗浮措施有壓重抗浮、降排截水抗浮、抗浮樁、抗浮錨桿等四種，各種技術(shù)都有優(yōu)缺點，但從工程實踐來看，抗浮錨桿技術(shù)是比較經(jīng)濟(jì)合理的方法。由于抗浮錨桿間距小，底板所需要平衡的彎矩和剪力也小，地下室底板厚度薄，梁板配筋較小?？垢″^桿數(shù)量較大，即使其中一根或幾根發(fā)生破壞，也不會產(chǎn)生整體抗浮失效。

1 錨桿成孔工藝研究

目前國內(nèi)的抗浮錨桿成孔工藝主要是通過鉆頭破碎地層，泥漿或高壓氣體將巖粉帶出孔內(nèi)，綜合其鉆進(jìn)循環(huán)方式有如下幾種：

地質(zhì)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔：利用地質(zhì)鉆機(jī)帶動三翼鉆頭或環(huán)形合金鉆頭破碎地層，通過泵送人工配置的優(yōu)質(zhì)泥漿，利用組合的正反循環(huán)系統(tǒng)，將破碎的小顆粒帶出孔底；同時泥漿可以有效地穩(wěn)定砂卵石層的孔壁。成孔注漿前要對孔內(nèi)的濃泥漿采用清水洗孔，容易造成孔內(nèi)塌孔，影響鋼筋下放和成孔質(zhì)量。

潛孔錘鉆機(jī)成孔：利用潛孔錘錨桿鉆機(jī)，配合空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣進(jìn)行排渣，套管在下鋼筋束及灌漿管后用SH-30型拔管機(jī)或液壓拔管器拔出。在巖石地區(qū)一般潛孔錘都是干作業(yè)以高壓空氣作為動力，有時泵送泡沫溶劑增加清渣效率，成孔效率較高。在松散的土層中采用濕作業(yè)成孔，效率明顯較低，卵礫復(fù)雜地層中容易造成孔內(nèi)坍塌和卡鉆事故，采用潛孔錘施工優(yōu)勢不明顯。

螺旋鉆干取土成孔：施工時長螺旋鉆桿直接鉆孔出土，這種方法把成孔過程中的鉆進(jìn)、出渣、清孔等工序一次完成，鉆孔取出的土用挖機(jī)裝運。施工可采用專用的錨桿鉆機(jī)，主要適用于粘性土和砂土等地層，成孔后孔壁穩(wěn)定、不易塌孔的情況，如遇地下水則干鉆不能成孔，要配合套管鉆進(jìn)，工效較低。近年來有單位公開了一種實用新型的抗浮錨桿成孔工藝，是利用長螺旋鉆機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓錨桿鉆機(jī)或回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行抗浮錨桿施工，將長螺旋鉆機(jī)經(jīng)過改造，使其能夠進(jìn)行小孔徑的鉆孔施工。還有單位采用SJB-1型水泥攪拌樁機(jī)，加工專用的螺旋真空鉆桿，干取土成孔，在粘性土中較為適宜，但在含水的粉土層中存在塌孔，在砂卵石層中不適用。

2 襄陽市抗浮錨桿利用現(xiàn)狀

襄陽市是湖北省省域副中心城市，近年來高層建筑發(fā)展迅猛，地下室抗浮問題也引起工程師的廣泛關(guān)注。目前地下室抗浮措施主要采用抗浮樁，抗浮錨桿施工工藝在襄陽地區(qū)尚不成熟，雖然有少量工程應(yīng)用了抗浮錨桿，但效果一般不理想。

襄陽地區(qū)位于漢江沖積平原，覆蓋層為第四系河流沖洪積層，上部為粘性土，下部為砂礫石層，富含承壓水。襄陽市礫石層一般埋深15m左右，其提供的側(cè)摩阻力較大，這對使用抗浮錨桿較為有利。但在地下水豐富的砂礫石層中錨桿成孔工藝尚未解決，這限制了抗浮錨桿在襄陽市的推廣應(yīng)用。

襄陽市抗浮錨桿一般口徑150～250mm，采用常規(guī)的地質(zhì)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔工藝，工效太低，質(zhì)量難以保證，受地下水的影響，造成砂礫石塌孔嚴(yán)重，泥漿一般不能清洗干凈而影響側(cè)壁摩擦力，且鉆進(jìn)與注漿時孔口排渣量大，環(huán)境污染大。采用潛孔錘風(fēng)動鉆進(jìn)，砂礫石層中遇地下水易塌孔，采用鋼套管跟進(jìn)時成孔速度慢，造價昂貴。

3 錨桿新型擠土法成孔工藝

通過對襄陽市地質(zhì)情況和錨桿成孔工藝的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鉆進(jìn)工藝不能有效地解決砂礫石層塌孔問題。因錨桿具有口徑小的特點，我們探討采用一種新型的擠土法成孔工藝，利用大扭矩設(shè)備的鉆桿將土層擠入四周孔壁，鉆進(jìn)過程中提下鉆都注入水泥漿，可在砂卵石層中有效護(hù)壁，防止塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，不需要清孔，保證錨孔質(zhì)量，這不同于常規(guī)的全面破碎循環(huán)鉆進(jìn)或取土法鉆進(jìn)，施工過程清潔環(huán)保。

為此我們研究了現(xiàn)有的鉆探設(shè)備，發(fā)現(xiàn)工程上常用的噴粉樁機(jī)扭矩大，鉆桿直徑與錨桿口徑接近，施工中鉆桿直接擠土，效率極高，可以較好地解決鉆進(jìn)問題。一旦新型擠土法工藝試驗成功，可以徹底解決復(fù)雜地層鉆進(jìn)難題，提高生產(chǎn)效率，為類似工程抗浮錨桿的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

4 新型擠土法施工抗浮錨桿應(yīng)用實例

（1）工程概況。襄陽漢水華城項目占地660畝，由長虹路、建設(shè)路、漢江路和人民西路圍合而成，總建筑面積124×104㎡，商業(yè)面積74×104㎡，項目建成后將成為長虹路和人民路的地標(biāo)性建筑。本期新建漢水華城6-3#地塊還建房項目由兩棟33層建筑物及地下車庫組成，總建筑面積約62552.44m2。設(shè)計建筑物±0.000標(biāo)高為68.35m，場區(qū)整平標(biāo)高67.00m，建筑物場區(qū)下設(shè)2層整體式地下室，主樓部分采用樁基礎(chǔ)，純地下室部分采用獨立柱基。

由于純地下室部分荷載小不能滿足抗浮要求，設(shè)計采用抗浮錨桿。地下室底板底標(biāo)高-9.35m，從現(xiàn)狀地面起算埋深-8.0m。初步設(shè)計抗浮錨桿933根，錨桿的抗拔承載力特征值為120kN，錨孔直徑150mm，長度14m，間距1.7m×1.7m，主筋采用3?22Ⅲ級螺紋鋼。

（2）工程地質(zhì)條件。擬建場區(qū)地貌單元屬漢江一級階地，分布地層為第四系全新統(tǒng)（Q4al+pl）沖洪積層，上部為粉質(zhì)粘土，下部為砂、圓礫、卵石層。

①雜填土（Q4ml）：雜色，松散狀，稍濕，主要由粘性土、建筑垃圾、磚塊、礫石和砂組成，成分不均勻，孔隙度變化大。層厚1.20～2.50m。

②-1粉質(zhì)粘土（Q4al）：黃褐色，稍濕，硬塑，土質(zhì)較均勻，見褐色鐵錳質(zhì)浸染，夾灰白色高嶺土條帶及團(tuán)塊，有弱粘滯感，局部粉粒含量較高。層厚6.10～8.50m。

②-2粉質(zhì)粘土（Q4al）：黃褐色，稍濕，可塑狀，含少量鐵錳質(zhì)氧化物結(jié)核及高嶺土條帶，切面光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，局部粉粒含量較高。層厚2.30～4.80m。

②-3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4al）：青灰色，濕，軟塑-可塑，含有機(jī)質(zhì)，略具臭味，局部粉粒含量較高，偶見薄層粉細(xì)砂。層厚0.50～3.20m。

③礫砂（Q4al）：青灰色為主，飽和，松散-稍密，主要礦物成分為石英、云母等，礫石含量約占32%，粒徑一般2～20mm，次圓狀，中間充填中粗砂。層厚0.80～3.90m。

④圓礫（Q4al+pl）：雜色，飽和，稍密-中密，主要礦物成分為石英、云母等，礫石含量約占55%，粒徑一般10～20mm，最大可達(dá)80mm，次圓狀，中間充填中粗砂。層厚3.50～13.20m，層頂埋深13.60～22.00m，層頂高程44.74～53.26m。

⑤圓礫（Q4al+pl）：雜色，飽和，中密-密實，主要礦物成分為石英、云母等，礫石含量約占70%，粒徑一般15～30mm，最大可達(dá)80mm，次圓狀，中間充填中粗砂，最大揭露厚度17.80m，層頂埋深24.90～31.60m。

（3）水文地質(zhì)條件。場地地下水類型主要為填土層中的上層滯水，第四系砂礫石層中的孔隙承壓水。上層滯水補(bǔ)給來源為大氣降水，靠自然蒸發(fā)排泄，其水位變化較大，無統(tǒng)一自由水位?？紫冻袎核x存于砂、圓礫和卵石層中，含水層頂板埋藏深度13.00～14.50m，考慮地下水位變幅最高水位達(dá)65.00m。

（4）地下室基坑支護(hù)及降水情況。根據(jù)場區(qū)工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境、基坑開挖深度不同，基坑設(shè)計分別采用樁錨支護(hù)和分級放坡+噴錨支護(hù)。主樓基坑開挖9.6m，純地下室部分開挖8.0m，基坑設(shè)計管井降水，管井布置于基坑內(nèi)部?；觽?cè)壁土層為①雜填土、②-1粉質(zhì)粘土，底部為②-2粉質(zhì)粘土、②-3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③礫砂、④圓礫。純地下室部分在基坑底板以下為粉質(zhì)粘土，5～6m深度見砂及圓礫層，局部含大卵石。

（5）抗浮錨桿基本試驗?？垢″^桿基本試驗是進(jìn)行錨桿成孔試驗，選擇合適的設(shè)備，探索錨桿成孔、注漿、下錨筋工藝，解決易發(fā)的塌孔問題。研究合適的錨孔直徑，解決砂礫層成孔效率問題，校核本工藝條件下的巖土層側(cè)摩阻力、施工工藝等參數(shù)，以指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)計方案。本次錨桿基本試驗共布置6根錨桿，其中鋼筋錨桿和錨索各3根。

本抗浮錨桿在地下室基坑中施工，基坑開挖至底板標(biāo)高以下鋪設(shè)10cm厚的C10素混凝土，周邊設(shè)置排水溝，保證基坑施工面干燥。施工設(shè)備采用PH-5A型噴粉樁機(jī)，截面125mm的方形鉆桿，鉆桿對角線長近190mm，鉆頭直徑比鉆桿大約20mm，因此成孔直徑近220mm較為合適。施工中對比了螺旋鉆頭和三翼鉆頭，發(fā)現(xiàn)鉆頭阻力大，鉆進(jìn)速度慢，砂礫石層中鉆頭磨損較嚴(yán)重，經(jīng)過改進(jìn)在鉆頭桿體邊緣和下端分別焊接了六個炮釬頭，鉆頭方套處焊接比鉆桿略大的環(huán)形鋼筋圈，鉆進(jìn)效率明顯提高。剛開始下鉆時采用清水鉆進(jìn)，砂礫石層中塌孔嚴(yán)重錨筋無法下到底部，后提下鉆都改注水泥漿解決了上述難題。錨桿鋼筋由鉆機(jī)吊放，鉆機(jī)塔架頂部設(shè)置一吊鉤，在鉆機(jī)底部平臺上安裝一臺卷揚(yáng)機(jī)，專門吊放鋼筋鋼筋，入孔時要保持垂直對準(zhǔn)孔位緩慢下放。為防止降水對錨桿質(zhì)量的影響，錨桿施工時暫停附近降水井3d，注漿水泥摻入早強(qiáng)劑和微膨脹劑。

經(jīng)過幾天的反復(fù)摸索試驗，最終確定了錨桿的成孔工藝：測量放線→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)注漿下沉→注漿提升→吊放錨筋→注漿至孔口→二次注漿。

錨桿成孔20d后進(jìn)行抗拔試驗，最大抗拔力為400kN，鋼筋錨桿位移不足5mm，錨索位移僅12mm，分析是錨索殘余變形的結(jié)果，錨桿未進(jìn)行破壞性試驗。設(shè)計單位根據(jù)基本試驗結(jié)果，正式方案設(shè)計采用抗浮錨索550根，錨索的抗拔承載力特征值為180kN，錨孔直徑220mm，長度14m，間距2.1m×2.1m，抗浮錨索采用2束無粘結(jié)低松弛?15.2Ⅱ級1860鋼絞線。由于噴粉樁機(jī)施工作業(yè)面需要2.5m的錨桿間距，較小的間距樁機(jī)無法行走，本次采用抗浮錨索方案，今后可以探討增大錨桿深度以提高抗拔力，加大錨桿間距后采用鋼筋錨桿。

（6）錨桿正式施工。錨桿正式施工采用PH-5A型噴粉樁機(jī)2臺，每天12h作業(yè)，一個月完成錨桿施工任務(wù)，完成錨桿555根，進(jìn)尺7770m，期間因雨水影響耽擱五天，施工過程均較正常。抗浮錨桿施工完工后通過抗拔檢測全部合格，一次性通過驗收。

（7）經(jīng)濟(jì)效益分析。本地區(qū)采用抗浮錨桿的工程實例不多，主要是在土層及砂層中施工。由于擠土法施工錨桿質(zhì)量可靠，基本試驗的錨桿抗拔力大幅提高，錨桿工作量減少了約40%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。采用普通地質(zhì)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔，在砂礫石復(fù)雜地層中施工難度極大，類似工程成樁效率每天僅2～3根樁。地質(zhì)鉆機(jī)施工鉆進(jìn)速度慢，拆卸鉆桿麻煩，下錨筋需專門配備機(jī)械人員，泥漿護(hù)壁質(zhì)量不易保證，施工時泥漿污染較大。采用大扭矩噴粉樁機(jī)施工速度快，正常情況下每天可施工15根樁左右，無需拆卸鉆桿和專門的清孔，自制吊裝設(shè)備起吊錨筋方便，干擠土作業(yè)質(zhì)量有保證，不會產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，施工時地面清潔環(huán)保。普通地質(zhì)鉆機(jī)施工的成本約100～120元/米，噴粉樁機(jī)擠土法施工可節(jié)約成本1/3以上，且工效高，安全環(huán)保，值得大力推廣。

5 結(jié)語

擠土法施工抗浮錨桿主要特點是利用了工程常見的噴粉樁機(jī)，采用擠土法鉆孔，突破了傳統(tǒng)的全面破碎循環(huán)鉆進(jìn)或取土法鉆進(jìn)。在復(fù)雜的砂礫石層中用泥漿護(hù)壁，防止塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，保證錨孔質(zhì)量，安全環(huán)保，經(jīng)濟(jì)效益好。

該新型工法體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念，是一種因地制宜，符合節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材的四節(jié)一環(huán)保及綠色施工要求的工法。相比傳統(tǒng)工藝具有很大的成本優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢。本新型擠土法工藝試驗成功，可以徹底解決錨桿在砂礫石復(fù)雜地層鉆進(jìn)難題，提高生產(chǎn)效率，保證施工質(zhì)量，為類似工程抗浮錨桿的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

[1]JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

TU432

A

1004-5716(2015)08-0012-03

2014-08-04

涂愛華（1969-），男（漢族），湖北襄陽人，高級工程師、注冊巖土工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察、設(shè)計與施工工作。