抗浮錨桿技術(shù)在深厚卵石層地區(qū)的工程應(yīng)用

許萬強(qiáng)

(1.福建省巖土與環(huán)境企業(yè)工程技術(shù)研究中心 福建龍巖 364000;2.福建永強(qiáng)巖土股份有限公司 福建龍巖 364000)

引 言

隨著城市的建設(shè)發(fā)展，大跨度、深埋置的大型建筑項(xiàng)目日趨增多，地下水對(duì)建筑施工過程及使用過程的影響不斷加大。尤其是在濱海高層群體建筑采用整體裙房或純地下室結(jié)構(gòu)地區(qū)，由于地下水位高，自重和地面回填土的重量與地下水浮力不能平衡，常引發(fā)地下室底板隆起、開裂、整體建筑物上浮等工程質(zhì)量事故。

目前，針對(duì)建筑抗浮措施主要有:壓載抗浮技術(shù);降排截水技術(shù);抗浮樁技術(shù);抗浮錨桿技術(shù)。而抗浮錨桿技術(shù)因其具有地層適應(yīng)性強(qiáng)，便于施工、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)勢(shì)，廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程。本文結(jié)合龍巖某實(shí)際工程案例探討在高水位、深厚卵石層等復(fù)雜地質(zhì)中抗浮錨桿在設(shè)計(jì)、施工及檢測(cè)技術(shù)難點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于龍巖市新羅區(qū)蓮莊路與金雞路交接處東山收儲(chǔ)A1地塊，在東山人居板塊內(nèi)，占地面積約100878.1m2，由15幢(6#～20#樓)高層框剪結(jié)構(gòu)住宅樓及四周一層純地下室組成。本工程高層住宅樓采用樁基礎(chǔ)，純地下室采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深6.0m，基底坐落于卵石層上。

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，本工程抗浮錨桿成孔范圍內(nèi)場(chǎng)地土層分布如下:素填土、耕植土、卵石③、泥質(zhì)卵石④、粉質(zhì)粘土④-1、含碎石角礫粉質(zhì)粘土⑤、閃長(zhǎng)巖殘積粘性土⑥-1、泥巖殘積粘性土⑥、全風(fēng)化泥巖⑦、強(qiáng)風(fēng)化泥巖⑧、中風(fēng)化石灰?guī)r⑨、破碎石灰?guī)r⑨-1、含角礫粉質(zhì)粘土⑨-2、空溶洞⑨-3、含角礫粉質(zhì)粘土⑨-4、角礫⑨-5、巖溶化石灰?guī)r⑨-6、中風(fēng)化泥巖⑩-1、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑩-2。典型的地質(zhì)剖面詳見(圖 1)。

本場(chǎng)地地下水分為兩層:上部為第四系孔隙水，賦存于透水性強(qiáng)的卵石層，由大氣降水和場(chǎng)地東側(cè)小溪河河水側(cè)向補(bǔ)給，穩(wěn)定水位埋深2.70～6.90m;下部為灰?guī)r巖溶水，賦存于空溶洞、充填溶洞、巖溶化石灰?guī)r、破碎灰?guī)r中裂隙、溶蝕裂隙、溶蝕溝槽中，為潛水。主要受地下側(cè)向徑流補(bǔ)給。整個(gè)場(chǎng)地總體上其透水性強(qiáng)，富水性強(qiáng)。

圖1 典型的地質(zhì)剖面圖

2 抗浮設(shè)計(jì)方案選擇

2.1 降排截水抗浮

在地下室底板設(shè)置反濾層，并用盲溝與周圍設(shè)置的豎向集水井相連。當(dāng)?shù)叵滤怀^控制水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)降水系統(tǒng)抽水外排，以便降低水位，從而保證地下室穩(wěn)定。此方案措施前期工程造價(jià)較低，但后期的施工過程中，需長(zhǎng)期的抽排水，管理成本高，容易出現(xiàn)土層的土體顆粒隨抽排的水進(jìn)入反濾層，引起反濾層堵塞而失去作用，因此次方案對(duì)反濾層選材及構(gòu)造設(shè)計(jì)要求較高。

2.2 配重抗浮

配重抗浮可以采用采用鐵屑等重型混凝土澆筑地下室地板并加大地板的厚度，或在地下室底板和頂板上回填密度較大的材料，利用回填物的重量及結(jié)構(gòu)自重來平衡水浮力。此抗浮方案施工簡(jiǎn)單可靠，在后期使用過程中沒有管理成本。當(dāng)建筑物自重與水浮力相差不大時(shí)，對(duì)整體的工程造價(jià)影響不大，但當(dāng)建筑物的自重與水浮力相差較大時(shí)，對(duì)整體的工程造價(jià)影響較大。且此措施受到空間的限制，在采用時(shí)需校核增加的結(jié)構(gòu)重量與加大的水浮力之間的關(guān)系。

2.3 抗拔樁抗浮

采用鋼筋混凝土灌注樁或預(yù)制管樁作為抗浮樁體，利用樁體自重及樁身側(cè)壁與土體的摩擦阻力來抵抗水浮力。因此抗浮力與樁徑、樁長(zhǎng)、周邊土質(zhì)有密切相關(guān)。抗拔樁樁間距不宜太大，一般與上部結(jié)構(gòu)柱相連，且樁端伸入巖性較好的持力層。此方案施工簡(jiǎn)單，樁柱相連增加了底板的中間支撐，增強(qiáng)了底板的整體剛度，但抗拔樁的施工及其后期施工環(huán)境受地質(zhì)的影響答大且整體的造價(jià)高。

2.4 抗浮錨桿抗浮

錨桿作為底板與其下土層之間的拉桿，利用筋體和砂漿組成的錨固體與土體的結(jié)合力來平衡水浮力。由于錨桿采用的是高壓注漿工藝，漿液能滲透到巖土體的空隙及裂縫中，錨桿側(cè)方的摩阻力大于抗拔樁，抗拔效果優(yōu)于抗拔樁。且此方案具有布置靈活，受力合理，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

2.5 方案對(duì)比選擇

考慮本工程場(chǎng)地地下水位高，建筑構(gòu)造物自重與水浮力相差較大且基地坐落與深厚的卵石層上等復(fù)雜地質(zhì)因素。若采用降排水方法降低地下水位，周邊其他構(gòu)造物容易出現(xiàn)不同程度的沉降，且后期的管理費(fèi)用高;若采用配重抗浮方案，無法很好地協(xié)調(diào)地下空間與抗浮力的之間的關(guān)系;若采用抗浮樁措施，由于場(chǎng)地工程樁密度較大，抗浮樁的布置在一定程度受到工程樁的影響。因此，本次抗浮措施采用錨桿抗浮技術(shù)。

2.6 方案設(shè)計(jì)

本工程除高層塔樓部分，A、B類型獨(dú)立基礎(chǔ)下均勻布置4根錨桿，錨桿桿體直徑150mm，錨筋為2Φ25(2Φ20)HRB400螺紋鋼筋。單根錨桿軸向拉力承載力特征值分別為150KN、90KN，以錨桿軸向拉力為控制錨桿長(zhǎng)度，錨桿采用二次高壓注漿工藝施工。A、B型獨(dú)立基礎(chǔ)抗浮錨桿布置圖詳見(圖2、圖3)。

圖2 A型獨(dú)立基礎(chǔ)抗浮錨桿布置圖

圖3 B型獨(dú)立基礎(chǔ)抗浮錨桿布置圖

錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度:

(1)若錨桿全部進(jìn)入卵石層，錨桿長(zhǎng)度(h)依次為12m、6.0m。

(2)若錨桿進(jìn)入含碎石角礫粉質(zhì)粘性土層，錨桿長(zhǎng)度(h)依次為19m、10m。

(3)若以上情況錨桿長(zhǎng)度(h)不滿足時(shí)，以進(jìn)入破碎石灰?guī)r層3.0m和1.0m為終孔條件。

3 錨桿的施工

3.1 施工工藝

基礎(chǔ)開挖至墊層底標(biāo)高→澆筑100厚C15混凝土墊層→錨桿孔位測(cè)放→套管跟進(jìn)鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)深度→清孔提鉆→置入錨桿筋體(含對(duì)中架)、水泥砂漿配置→錨桿上部端頭鋪設(shè)5層油氈→壓力灌漿→檢測(cè)及驗(yàn)收→基礎(chǔ)底板防水、鋼筋制安、混凝土施工。

3.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

針對(duì)本工程場(chǎng)地高水位、深厚卵石層等復(fù)雜地質(zhì)情況，在一般錨桿施工的工藝技術(shù)上采取相應(yīng)措施來保證錨桿的施工質(zhì)量，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1)成孔控制

本工程成孔采用 XY—1型液壓錨桿鉆機(jī)鉆孔(邊加鉆桿邊加套管)，鉆頭直徑不小于150mm，泥漿護(hù)壁。鉆孔前應(yīng)先自查鉆機(jī)的各部機(jī)件完好性能及鉆桿固鎖連接的絕對(duì)性，鉆頭直徑應(yīng)確保不小于100mm，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意各類土層鉆進(jìn)的速度(以設(shè)備參數(shù)為參照)，在鉆孔中，若遇中粗砂層難于造漿應(yīng)相應(yīng)地加純性紅粘土后方可造漿，若進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖層，應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，在鉆孔中應(yīng)確保成孔的垂直度?？椎椎男逼坏么笥阡摻铋L(zhǎng)度3%，孔深不小于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。在鉆孔中，應(yīng)確?？變?nèi)的泥漿稠度(10s～20s以內(nèi))，以確保進(jìn)尺，及防止砂粒集中沉墊于孔底。

2)錨桿制安

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙(節(jié)點(diǎn)如下)，采用 2根 25mm(20mm)三級(jí)螺紋熱軋鋼筋，制作前鋼筋應(yīng)平直、除油和除銹，按照設(shè)計(jì)要求下料，沿桿體軸線方向每隔2m設(shè)置對(duì)中支架，把鋼筋與對(duì)中支架焊接牢固，對(duì)中支架尺寸詳見(圖4)。鉆孔完成且清孔后，將制作好的鋼筋和注漿管下入孔中，要求下至設(shè)計(jì)深度，誤差不超過10cm。注漿管底部0.2m起鉆鑿Φ6泄?jié){孔8個(gè)，間隔500mm，管端口與孔底保持300mm。

圖4 錨桿的結(jié)構(gòu)圖

錨桿與獨(dú)立基礎(chǔ)的連接應(yīng)保證錨桿鋼筋應(yīng)深入獨(dú)立基礎(chǔ)不少于鋼筋直徑40倍，鋼筋上端90度彎曲且長(zhǎng)度需大于200mm，鋼筋下端下到孔底，沿錨桿長(zhǎng)度方向間隔2000mm布置一對(duì)中架(由3根直徑6mm的圓鋼與錨筋點(diǎn)焊制作而成)。在錨桿頂端、基底墊層處鋪設(shè)5層油氈。

3)套管的拔出

套管在下鋼筋結(jié)束及灌漿管后用SH-30型拔管機(jī)或液壓拔管器拔出;拔管時(shí)應(yīng)保證鋼筋不隨管拔出，并隨時(shí)復(fù)核鋼筋上余長(zhǎng)度。

4)壓力注漿

本工程采用二次高壓注漿，注漿體采用30MPa水泥砂漿，水泥采用P.C32.5R水泥，水灰比為1:1。保證注漿質(zhì)量措施:①水泥砂漿在砂漿攪拌機(jī)中拌和時(shí)間不少于3min，使之均勻一致。②注漿時(shí)注漿管放于孔底，采用的注漿管應(yīng)能確保在1h內(nèi)完成單根錨桿的連續(xù)注漿。注意液面情況，若有下降須進(jìn)行補(bǔ)注。③以綁扎在主筋上的注漿管為導(dǎo)管，注漿口與泥漿泵用高壓注漿管與槍頭連接，泥漿泵從灰漿池中汲取水泥漿，自高壓注漿管注人錨桿孔內(nèi)，直至冒漿后，再在1.0MPa壓強(qiáng)下穩(wěn)壓注漿1min后停止壓漿，立即拔掉槍頭，拆堵注漿管。漿體硬化后不能充滿錨固體時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿。對(duì)錨固體的二次高壓壓漿，應(yīng)在一次壓漿形成的水泥砂漿結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行。

4 結(jié)論

在進(jìn)行大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)中，針對(duì)高水位、深厚卵石層復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮地質(zhì)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)環(huán)境因素，選擇合理的抗浮設(shè)計(jì)方案措施。抗浮錨桿因其造價(jià)低廉、易施工、布置靈活且能妥善協(xié)調(diào)地下建筑構(gòu)造物與其相連基礎(chǔ)的變形的優(yōu)點(diǎn)，在上述的復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)，往往作為最優(yōu)方案。

在錨桿的施工過程中，嚴(yán)格把關(guān)各個(gè)施工流程質(zhì)量，確保整個(gè)工程質(zhì)量的可靠。

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