干成孔超長抗浮錨桿在基坑抗浮工程中的應(yīng)用

王立彬 郭義先 車玉龍

摘 要：由于建筑物自重及其他外部因素產(chǎn)生了綜合荷載不足，為了平衡地下水所產(chǎn)生的浮力，須在基礎(chǔ)底板施加豎向外力以平衡浮力，抗浮錨桿就是利用了錨桿自身的抗拉強度所產(chǎn)成的抗拉力，錨桿與土層之間的摩擦力所產(chǎn)生的抗拔力，對基礎(chǔ)上浮的趨勢進行約束，起到抵抗基礎(chǔ)上浮的作用。20m抗浮錨桿極為少見，本文通過對抗浮錨桿施工的幾種工藝比較，發(fā)現(xiàn)改進后的長螺旋鉆機對超長抗浮錨桿施工的效率提高、成本節(jié)約有著獨到的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：抗浮錨桿；干成孔；長螺旋鉆機；水鉆鉆機

近年來，隨著國民經(jīng)濟的日益發(fā)展，促使城市建設(shè)的發(fā)展，高層及超高層建筑的涌現(xiàn)，基礎(chǔ)埋置越來越深， 工程中會遇到地下水位埋藏較淺的大型地下結(jié)構(gòu)物（如地下或露天水池、大型地下室、大型地下洞室）等，它除了要承受結(jié)構(gòu)自重和上覆荷載外，還要承受地下水位高出基坑底面所產(chǎn)生的上浮力。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須采取有效措施來控制這種因上浮力帶來的有害豎向位移[ 1 ]。

如果僅靠增加結(jié)構(gòu)物重量來抵消上浮力，基礎(chǔ)厚度增加帶來基坑底面下降及排開地下水體積增加會產(chǎn)生額外的上浮力。如果采用錨固技術(shù)，用錨桿或抗拔樁將結(jié)構(gòu)物基底與基坑以下穩(wěn)定地層相連，使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的上浮力通過錨桿或樁傳遞給穩(wěn)定地層，就能有效控制結(jié)構(gòu)物上浮力帶來的豎向位移。

1 工程概況簡介

本工程場地位于北京市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)泰河路北側(cè)，規(guī)劃博興一路東側(cè)。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料土層劃分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀(jì)沉積層三大類，抗浮錨桿基底位于中砂、細砂⑥層及圓礫、卵石⑥1層；粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土⑦層，砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土⑦1層及粘土、重粉質(zhì)粘土⑦2層；重粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土⑧層，細砂、中砂⑧1層及粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土⑧2層；粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土⑨層，細砂、中砂⑨1層及圓礫、卵石⑨2層。

1.2 水文地質(zhì)條件

巖土工程勘察期間鉆孔中量測到3層地下水，參見表1。

擬建場區(qū)歷史最高地下水位接近自然地面；近3～5年最高地下水位標(biāo)高為24.30m左右。根據(jù)工程場區(qū)歷史最高地下水水位、現(xiàn)狀地形條件，結(jié)合目前設(shè)計單位提供的建筑設(shè)計條件分析，建議本工程的建筑抗浮設(shè)計水位標(biāo)高按26.50m考慮。須采取合理的成孔方式和嚴(yán)格的壓灌水泥漿措施，保證抗浮錨桿的質(zhì)量[ 2 ]。

1.3 抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計

錨桿采用232的HRB400 鋼筋平行組合，錨桿主筋電焊固定，對中支架鋼筋采用1φ6.5，間距1.4m 布置，具體參數(shù)參見表2，布置形式如圖1、圖2所示。

2 施工難點

根據(jù)勘察資料顯示，抗浮錨桿深度范圍內(nèi)有0.5-3.0 m不等的圓礫層存在，厚度分布不均勻，呈東南側(cè)薄而西北側(cè)厚的趨勢。

2.1 超長抗浮錨桿

常規(guī)抗浮錨桿只有12～13m，以9m最為常見。針對這種長度抗浮錨桿北京地區(qū)普遍采用小型履帶式長螺旋鉆機成孔。

本工程抗浮錨桿設(shè)計有效長度20m，籠長21m。施工場地劃分為A、B、C、D四個區(qū)域。

A區(qū)筏板頂標(biāo)高為-10.59m，B區(qū)筏板頂標(biāo)高為-14.79m，C區(qū)筏板頂標(biāo)高為-10.95m，D區(qū)筏板頂標(biāo)高為-12.65m，A區(qū)與B區(qū)之間存在4.2m高差，這就造成局部地區(qū)抗浮錨桿需施工空孔4m，總鉆進成孔深度為25m，極大增加了施工難度。

2.2 安放鋼筋籠

工程所采用的抗浮錨桿直徑均為150mm，內(nèi)配232mm的鋼筋籠，鋼筋平行組合，錨桿主筋電焊固定，對中支架鋼筋采用1φ6.5，長21m。如何保證錨桿在起吊、安放過程中對中平直，有待解決。

3 解決方案

3.1 施工機具

受地層含水層及成孔深度影響，本工程采用旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆機（水鉆錨桿鉆機）與長螺旋鉆機同時施工，以對比分析兩種機具的施工效果。

3.2 長螺旋鉆機成孔

為保證鉆桿的扭力、扭矩能夠穿透圓礫層，針對現(xiàn)有長螺旋鉆機，改進螺旋鉆桿增加鉆桿桿壁、鉆桿螺旋齒厚度，改傳統(tǒng)螺栓連接為承插式、輔以銷釘固定，提高鉆桿扭矩，以保證鉆進深度

3.3 鋼筋籠吊裝

21m的錨桿桿體分開制作，分段下放鋼筋籠體，于錨桿孔口采用高強螺旋連接，降低錨桿籠體在調(diào)運過程中彎折的可能性。

4 檢測與試驗成果分析

4.1 錨桿驗收試驗

本工程對抗浮工程錨桿進行了抗拔力檢測。根據(jù)規(guī)范和設(shè)計要求，工程錨桿驗收試驗最大加載為單錨軸力設(shè)計值的1.5倍即315kN。驗收試驗數(shù)量不少于錨桿總數(shù)的5%共70根[ 3 ]，受檢的70根錨桿抗拔承載力特征值均滿足設(shè)計要求的210kN。

4.2 試驗成果分析

圖3、圖4給出了同一種施工機具在不同施工區(qū)域的錨頭位移對比圖。

可以看出，長螺旋鉆機成孔的錨桿錨頭位移在10.13-18.69mm之間，水鉆鉆機成孔的錨桿錨頭位移在9.37-15.25mm之間。A、B、C、D四個區(qū)域的長螺旋鉆機成孔錨桿體錨頭位移均小于水鉆鉆機成孔錨桿。錨頭位移隨成孔深度的增加而增加，這表明成孔深度對錨桿成孔效果影響很大。

5 效益分析

水鉆成孔，在正常土層鉆進時，每鉆進2～3 m就需重新接鉆桿，再鉆進，費工費時，鉆至設(shè)計深度再逐節(jié)拆卸鉆桿，每10 m耗時約100 min，耗柴油4 L左右。同時，其鉆桿由于是施工中隨孔深而加長，鉆機運轉(zhuǎn)時鉆桿易擺動，孔深中部易出現(xiàn)擴孔，造成不必要的材料浪費，整個施工須配備工人8人，施工成本高、效益低。

長螺旋干取土施工成孔無須拆卸鉆桿，干取土鉆進速度快，且長螺旋鉆桿中空垂直，不必攜帶注漿管，提升時即注漿，每10m僅10min左右，耗電僅6kW·h左右。下錨桿鋼筋時，機械頂部安裝有起吊裝置，整個施工只須配備工人6人。

由此可見，長螺旋鉆機成孔較水鉆鉆機的護壁成孔抗浮錨樁成本節(jié)約、效率提高。

6 結(jié)論

本次基坑抗浮工程為超長細比抗浮錨桿的施工積累了寶貴經(jīng)驗，尤其采用長螺旋干成孔有效的解決了施工功效低的問題，值得廣泛推廣。

本文通過對比不同施工機具可得到如下結(jié)論：

1）長螺旋鉆機干取土成孔，鉆桿中空沒有泥漿污染，有利于對環(huán)境的保護。

2）長螺旋鉆機成孔錨桿的錨頭位移均小于水鉆鉆機成孔，施工效果好。

3）長螺旋鉆機成孔錨桿的錨頭位移離散型較大，其施工穩(wěn)定性有待進一步改善。

4）長螺旋成孔較其他類型的泥漿護壁成孔抗浮錨桿能節(jié)約很大成本，就有一定的推廣性。

目前這種長螺旋鉆機干成孔超長抗浮錨桿的施工還處在探索階段，尚無現(xiàn)成的規(guī)范可依，僅憑工程經(jīng)驗進行，對其的理論研究還遠不及工程應(yīng)用，為此有必要對其進行系統(tǒng)和全方位的研究，為其今后的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

參考文獻：

[1] 中國建筑工業(yè)出版社.建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2] 中國建筑工業(yè)出版.JGJ94—2008，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3] 張文群，閔耀澤.抗浮錨桿干取土成孔施工技術(shù)的應(yīng)用[A].建筑技術(shù)，2012，Vol43，469-471.

作者簡介：

王立彬（1984-），男，河北人，碩士，項目經(jīng)理，就職于北京市勘察設(shè)計研究院有限公司。