自鎖抗浮錨桿在某地下室工程中的應(yīng)用

謝勁松

(廈門思總建設(shè)有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

如何實現(xiàn)資源節(jié)約，環(huán)保的工程施工是建筑行業(yè)的一個重要課題。本文介紹的自鎖抗浮錨桿工藝，具有節(jié)材節(jié)能、揚塵少等特點，更符合建筑行業(yè)未來發(fā)展方向。利用桿底帶自鎖裝置的擴大頭機械咬合力來錨固，抗浮能力更強更可靠。本文重點介紹了自鎖抗浮錨桿的施工工藝、質(zhì)量保證措施和錨桿的防腐措施。

1 自鎖式抗浮錨桿應(yīng)用背景與技術(shù)特點

隨著城市用地日趨緊張，地下空間的開發(fā)利用已成我國大城市必選之路。相較而言，抗浮錨桿具有布置靈活、施工簡便、效率高以及造價低等優(yōu)勢，與常用的抗拔樁相比，抗浮錨桿的密度通常更大一些，對底板的作用更接近于面狀均勻布置，底板受力也均勻，更有利于底板的防裂抗?jié)B且配筋量較低，綜合成本也更低。

和普通抗浮錨桿比，該工程采用的自鎖抗浮錨桿單根抗拔力更大，綜合成本更低，可靠性更強。其技術(shù)特點及兩者區(qū)別如下。

普通抗浮錨桿做法是用鉆機鉆直孔，然后插入鋼筋，灌注水泥灌漿料，主要依靠錨固體與基巖的粘結(jié)力以及漿料與鋼筋的裹握力來提供錨固力。入巖的有效錨固長度越大，錨固力就越大。該錨固力經(jīng)漿體傳遞再通過錨筋拉力為底板提供抗浮力。

自鎖抗浮錨桿是在普通錨桿基礎(chǔ)上，在孔底用特制的擴孔鉆頭擴成圓錐體擴大頭，然后將底部裝有鎖頭的錨筋插入孔內(nèi)，鎖頭由錐體和活動脹套構(gòu)成，軸向加壓使脹套張開，與擴孔錐面貼緊，利用擴孔基巖對鎖頭的機械咬合力大大增加了錨固力。入巖深度相同時，單根抗拔力較普通抗浮錨桿增大很多。由于機械錨固本身就比較可靠，且擴孔基巖對鎖頭下壓的咬合力是直接通過錨筋拉力傳至底板的，故整體可靠性也更強。自鎖錨筋組成構(gòu)件如圖1所示。

圖1 自鎖錨筋組成構(gòu)件

因此，該地下工程采用了自鎖抗浮錨桿作為抗浮措施。

2 工程與地質(zhì)概況

工程概況：華祥苑茶業(yè)貿(mào)易中心工程位于廈門市思明區(qū)，地上23層，地下3～4層，屬框筒結(jié)構(gòu)，純地下室采用抗拔錨桿抗浮，承臺底板頂標(biāo)高-15.4m。

地質(zhì)概況：根據(jù)地勘報告，從上到下地質(zhì)分層為：殘積礫質(zhì)粘性土、砂礫狀強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。常年地下水位較高，約為-2.8m。

抗浮錨桿設(shè)計概況：

該工程錨桿為垂直向自鎖抗浮錨桿，安裝在地下室底板部位，面狀分布?？垢″^桿局部平面圖如圖2所示。

錨桿軸向抗拔承載力特征值為400kN，極限值為800kN；錨桿成孔直徑為110，錨筋采用1Φ32高強度精軋螺紋鋼，強度等級為PSB1080型；設(shè)計選用中風(fēng)化層作為基巖，基巖深1m～12m；錨桿進入基巖長度應(yīng)≥3m；錨桿有效長度約4m～15m；共1050根。

按設(shè)計要求，錨桿施工中鉆至設(shè)計孔深時要改用專用擴孔鉆頭擴孔，要對底部擴大鎖頭加壓使其張開與基巖咬合；注漿時采用導(dǎo)管從底部注入ICG-I型無機灌漿料?？垢″^桿施工詳圖如圖2所示。

圖3 抗拔錨桿詳圖

3 主要施工工藝

3.1 主要施工工藝流程

底板砼墊層→定位放線→鉆孔、擴孔→清孔→錨桿制作與植入→ 張開鎖頭脹套→ 注漿與補漿→養(yǎng)護→鋼墊板、螺母→抗拔試驗→下道工序施工。

3.2 測量放線

根據(jù)控制點和錨桿平面布置圖進行錨桿測放，并作孔位放點標(biāo)記。測放過程中作好記錄，檢查無誤，確?？孜坏臏?zhǔn)確，錨桿定位偏差不宜大于20 mm。

(1)樁位采用全站儀放樣。測量儀器應(yīng)通過有資格的檢驗單位進行有效標(biāo)定，并在有效使用期間內(nèi)。采用“雙測制”，并經(jīng)過監(jiān)理或業(yè)主復(fù)檢驗收。

(2)設(shè)置不受打樁影響的水準(zhǔn)點和控制點， 放樣前要認(rèn)真復(fù)核、保護并經(jīng)常檢查，防止點位受損或其他原因造成的精度下降。

(3)根據(jù)設(shè)計的樁位圖，按施工順序?qū)吨鹨痪幪枺罉短枌?yīng)的軸線，按要求放樣樁位，并在打樁前進行復(fù)核。

3.3 鉆孔及底部擴孔

為符合節(jié)能環(huán)保和進度要求，選用反循環(huán)氣動潛孔鉆車鉆孔。其最大的優(yōu)點是：排渣斷面小，上返風(fēng)速高，排渣干凈，不重復(fù)碎巖，鉆進效率高，鉆頭壽命長，節(jié)約供風(fēng)量，減少了功率消耗；鉆機車載，移機速度快；氣流末端裝有旋流除塵裝置，減少粉塵對環(huán)境和人員、設(shè)備的危害；氣流排渣從鉆桿中心走，不會沖擊孔壁，塌孔風(fēng)險小，鉆孔質(zhì)量較有保證。

鉆車主要功能組件如圖4所示。

該工程屬干孔作業(yè)，鉆孔入中風(fēng)化巖達到設(shè)計要求后，停止鉆孔，退出鉆桿，改用擴孔鉆頭在孔底部進行擴孔施工；鉆孔施工時，應(yīng)保持桿身垂直，偏斜率不大于2%；成孔后用高壓空氣吹凈殘渣，廢渣及時清運。

注意要點：

施工中鉆機就位要求符合規(guī)范規(guī)程，保證水平、周正、穩(wěn)固、安全、可靠，確保施工中不發(fā)生偏移、移動等，其偏差不超過規(guī)程要求。

鉆進作業(yè)前應(yīng)仔細檢查供氣管路連接是否牢固，鉆機是否穩(wěn)固水平，潛孔錘活塞運動是否靈活。鉆進中應(yīng)嚴(yán)格按鉆進技術(shù)參數(shù)操作，不能盲目追求進尺以防孔內(nèi)事故發(fā)生，要隨時注意觀察氣壓表，如發(fā)生氣壓急劇變化，應(yīng)立即提鉆，查明原因；鉆進中應(yīng)經(jīng)常注意鉆孔錘沖擊響聲，如發(fā)現(xiàn)沖擊頻率變低或不穩(wěn)定，則潛孔錘異常，應(yīng)立即提鉆處理；停風(fēng)時應(yīng)緩慢關(guān)閉送風(fēng)閥，防止倒吸堵管；下管時應(yīng)邊回轉(zhuǎn)邊下放，當(dāng)鉆具接近孔底時應(yīng)放慢速度。

3.4 清孔

錨桿孔終孔后，利用高壓空氣將擴孔處沉渣排出，直至孔內(nèi)沉渣厚度小于20mm，必要時注漿前要進行二次清孔，將孔內(nèi)沉渣和積水清理干凈。

3.5 錨桿制作與安放

抗浮錨桿制作如圖5所示。

圖5 抗浮錨桿制作圖

錨桿鋼筋采用1Φ32高強度精軋螺紋鋼強度等級為PSB1080型。

鋼筋在制作前必須平直，不得有局部彎曲。安放時要平穩(wěn)、垂直下入孔內(nèi)，嚴(yán)禁強行插入孔內(nèi)，若因砼沉淀或沉渣等因素放不下去，必須用潛孔錘進行二次掃孔、清孔，防止鋼筋在孔內(nèi)傾斜、彎折。

3.6 張開鎖頭脹套

在孔內(nèi)植入自鎖抗浮錨桿，并保證桿身垂直度，在錨桿鋼筋上套上加壓鋼套管，對抗浮錨桿擴大鎖頭脹套進行加壓，使擴大鎖頭張大，在孔底形成正錐型擴大頭。

3.7 注漿與補漿

檢查抗浮錨桿安裝質(zhì)量、安裝深度、垂直度、擴孔處的沉渣、孔徑、孔高。確定合格后，進行注漿作業(yè)。按試驗室出具的配合比調(diào)制注漿料。通過伸到孔底的注漿管注漿，注漿管端頭到孔底距離宜為50mm～100mm。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：排出的漿液濃度與灌入的漿液濃度相同，且不含氣泡時為止。第一次灌漿要求漿液表面升到地面為止,間隔5min左右觀察一次，如孔內(nèi)漿液面下降至低于地面10cm時應(yīng)進行補灌漿，直至漿液表面穩(wěn)定，不再下降。

灌漿作業(yè)結(jié)束后，保持自鎖抗浮錨桿桿頭不被碰動，作業(yè)區(qū)域附近禁止擾動。

3.8 鋼墊板、螺母安裝

錨具由承壓板(墊板)和螺帽組成，必須根據(jù)設(shè)計圖紙所要求的品種、規(guī)格、尺寸及標(biāo)高位置進行錨具安裝。

采用水平儀及鋼卷尺測量出錨板所安裝的位置，并用油漆在錨桿鋼筋上做好標(biāo)記。將承壓板與螺帽焊接后再一并擰至設(shè)計標(biāo)高，并保證螺帽外端露出不少于3個鋼筋螺牙。

3.9 抗拔試驗

待錨固體注漿強度達到設(shè)計強度90%后，方可進行錨桿驗收試驗。

按設(shè)計要求，檢測數(shù)量不低于錨桿總數(shù)5%且不得少于5根。

錨桿驗收合格后方可進入下一道工序。

4 防腐措施

任何永久性結(jié)構(gòu)都必須考慮其耐久性，抗浮錨桿也不例外。由于該工程僅采用1根高強鋼筋作為錨桿桿體，受力鋼筋總截面面積較小，能提供的備用腐蝕量相當(dāng)有限。當(dāng)鋼筋受到腐蝕，直徑損失10%時，截面面積及承載拉力約損失19%(根據(jù)圓面積計算公式)，所以必須把防腐工作作為質(zhì)量控制的要點。

金屬受力構(gòu)件上涂環(huán)氧粘合料能起到十分好的防腐作用，且施工簡便。涂膜環(huán)氧樹脂層的方案成本低，受益率高。富有成功經(jīng)驗的丹麥MT財團也選擇了這個方案，他們在著名的斯多貝爾特大海峽東面航道隧道襯砌的防腐，就采用了在鋼筋上涂環(huán)氧粘合料的方法。

永久性錨桿應(yīng)采取雙層防腐，該工程在涂覆環(huán)氧樹脂的基礎(chǔ)上，全長增設(shè)了波形護套管，在錨桿鋼筋與波形防護管間的空隙內(nèi)則充填水泥漿。

鋼桿一定要居中，在護套管上加裝對中定位器(支架)，每1m～2m安裝一個，使鋼桿的保護層厚度得到有效保證，從而錨桿耐久性進一步提高。支架安裝如圖6所示。

圖6 支架安裝圖

5 擴大頭質(zhì)量保證措施

與普通錨桿不同，自鎖抗浮錨桿的抗拔力較大部分由擴大頭提供，因此必須把擴大頭的施工質(zhì)量作為質(zhì)量控制要點。

當(dāng)錨桿受到上拔力時，錨桿錨固端鎖頭受巖石錐面的圍壓自鎖不能滑出。圍壓作用力合力作用于錨桿擴大頭中心處，如果鎖頭未居中，易造成受力不均而失效破壞，所以必須保證鎖頭居中安裝。每1m～2m安裝一個對中支架，首道支架距離擴大頭頂部不超過200mm，確保錨桿桿體和鎖頭居中不跑偏，為保證擴大頭的有效高度，可適當(dāng)超鉆100mm，底部擴孔時，擴孔鉆頭上提100mm再開動鉆機擴孔，這樣即使沉渣無法清干凈也能有效保證擴大頭高度。

通過上述措施，擴大頭的整體質(zhì)量得到有效保證。

6 入巖深度保證措施

如果入巖深度不足，容易造成圍巖沖切破壞，錨桿失效。

為保證錨桿入巖深度，鉆孔深度可根據(jù)地質(zhì)勘察報告，再利用樁架上的高度標(biāo)志進行控制。潛孔錘進入巖石層時，鉆機聲響會變化，進尺也會變慢，可以借此控制入巖深度。兩種方法同時采用(雙控)，保證入巖深度符合設(shè)計要求。

7 其他質(zhì)量保證措施

(1)目前這種新型抗浮錨桿尚屬于新工藝，因此施工前，應(yīng)先做工藝試驗進行驗證，確保施工質(zhì)量滿足要求。

(2) 防偏孔措施：開孔時要采取慢速沖擊，沖鉆過程中采用勻速慢進，遇阻力大時潛孔錘向上提升，提升距離約0.30m～0.50m，再次鉆進。 鉆進過程中禁止移動鉆機，要保持機架的穩(wěn)定。

(3)防斜措施：孔淺時加接鉆鋌，孔深時加接扶正器。嚴(yán)格按規(guī)定的技術(shù)參數(shù)操作，每次下鉆時應(yīng)先送風(fēng)，待鉆頭沖出小孔再輕壓回轉(zhuǎn)鉆進。鉆進風(fēng)化層或破碎帶時適當(dāng)降低鉆壓，確保鉆孔垂直度。要及時測斜，如發(fā)現(xiàn)偏斜過大應(yīng)及時采取措施糾正。

8 經(jīng)濟技術(shù)對比

(1)在設(shè)計試樁階段，取有代表性18#錨桿進行試樁，該錨桿實際長度8m，入巖深度3m，符合設(shè)計要求，其它做法完全按設(shè)計施工。根據(jù)抗拔實驗結(jié)果，其抗拔承載力特征值480kN，極限值960kN。為獲得對比數(shù)據(jù)，在旁邊施工1根普通抗浮錨桿(取名為A#)，除了無擴孔、不帶自鎖鎖頭外，其它做法完全同18#錨桿，實際長度8m，入巖深度3m。根據(jù)抗拔實驗結(jié)果，其抗拔承載力特征值320kN，極限值640kN。

(2)技術(shù)參數(shù)對比：相同條件下，18#自鎖抗浮錨桿比A#錨桿抗拔承載力提高50%。

(3)單樁成本分析：A#錨桿成本：鉆孔費=55×8m=440元，錨筋制安費=112×8m=896元，注漿費=57×8m=456元；防腐及其它輔助費=22×8m=176元；合計1968元。

18#錨桿成本：A#錨桿成本1968元+擴孔成本65元+自鎖頭制作安裝費90元；合計2123元。

總成本對比分析如表1所示。

表1 兩種錨桿總成本對比

根據(jù)上述成本的粗略分析對比發(fā)現(xiàn)，該工程采用的自鎖抗浮錨桿方案和普通錨桿方案相比，節(jié)省總費用約87.04萬元，節(jié)省率約為30%，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。

9 結(jié)語

該工程自鎖抗浮錨桿經(jīng)檢測全部合格且無返工現(xiàn)象，抗浮錨桿施工質(zhì)量一次成優(yōu)。通過工程實踐證明該工藝和技術(shù)質(zhì)量措施是合理有效，為今后在地下水浮力處理方面的應(yīng)用提供有益參考。

自鎖抗浮錨桿作為一種新型工藝，有著諸多的優(yōu)點：勞動強度低，操作簡便，特別適用于受場地局限比較大的施工環(huán)境。錨固力大，經(jīng)濟性好，實用性、可靠性強，勢將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

[1] 鄧汝錦.論我國大型整體地下室施工技術(shù)——以財富天地廣場地下室工程為例[J].城市建筑，2013(2).

[2] 葛新輝，盧延?xùn)|，陳篤堅.全長粘結(jié)型抗浮錨桿應(yīng)用實例[J].山西建筑，2008(18).

[3] 張季如，唐保府．錨桿荷載傳遞機理分析的雙曲函數(shù)模型[J]．巖土工程學(xué)報，2002(2) .

[4] 高謙，羅旭，吳順川．現(xiàn)代巖土施工技術(shù)[M]．北京 ：中國水利水電出版社，2006 (7).

[5] 陳秋南，王祥秋． 抗浮錨桿和鋼筋混凝土聯(lián)合加固地下室底板[J]．建筑技術(shù)開發(fā)，2001(8).