紅層泥巖地區(qū)抗浮錨桿施工改進工藝探討

賈欣媛 岳大昌 李 明 唐延貴

（成都四海巖土工程有限公司，四川成都 610094）

0 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展、科技水平的提高，城市現(xiàn)代化的進程日益加快，地上建設用地隨之緊張，于是，向城市地下空間發(fā)展受到各國的重視。在大力開發(fā)地下空間的同時，因建筑物自重及其他外部因素產(chǎn)生的綜合荷載不足以平衡地下水所產(chǎn)生的浮力，須在基礎底板施加豎向外力以平衡浮力，抗浮錨桿利用錨桿自身的抗拉強度所產(chǎn)生的抗拉力、錨桿與土層間的摩擦力所產(chǎn)生的抗拔力，對基礎上浮的趨勢進行約束，起到抵抗基礎上浮的作用?？垢″^桿作為結構抗浮措施的一種，具有造價低、工期短、施工便捷等特點，得到了廣泛地應用。

但在抗浮錨桿施工中，常會遇到一種比較特殊的巖土體——紅層泥巖?！凹t層”泛指外觀以紅色為主色調(diào)的陸相碎屑巖沉積地層[1]。紅層在我國分布非常廣泛，據(jù)統(tǒng)計，我國中新生代紅層分布總面積約826389km2，以西南、中南地區(qū)紅層分布最為廣泛[2]。特別是四川盆地，是我國有名的“紫色盆地”，盆地及其邊緣地區(qū)紅層分布極為廣泛，具有一定的代表性。紅層泥巖屬于軟巖，除具有軟巖的通性外，還具有遇水軟化、膨脹，失水緊縮、崩解，親水性強、透水性差、易風化且富含大量的黏土礦物等特性。

在該類地層中進行抗浮錨桿施工時，受泥巖的特殊性影響，巖體強度受到不同程度地破壞，進而降低了地基承載能力及錨桿抗拔承載力；另外，常規(guī)的抗浮錨桿施工是采用專業(yè)錨桿鉆機，以空壓機送風驅(qū)動偏心潛孔錘進行預成孔，在此過程中，會產(chǎn)生大量的粉塵和泥屑（見圖1），隨著洗孔及注漿作業(yè)的進行，場地已一片狼藉，對環(huán)境造成了嚴重的污染，同時也威脅著操作人員的職業(yè)健康。

圖1 常規(guī)工法施工現(xiàn)場圖

為改善紅層泥巖地層抗浮錨桿施工的現(xiàn)狀，對常規(guī)的抗浮錨桿施工工藝進行了一定的改進，通過在實踐中的不斷摸索及總結，逐步形成了一套新型紅層泥巖地層抗浮錨桿施工工法。下面結合位于成都市成華區(qū)中環(huán)路一負三層地下室抗浮工程實例予以介紹。

1 工程概況

1.1 地層巖性

根據(jù)地勘報告，抗浮錨桿深度范圍內(nèi)地層主要為泥巖（K2g）：紫紅色，稍濕，薄—中厚層狀構造，泥質(zhì)結構，根據(jù)其風化程度可為兩個亞層：

①強風化泥巖：紫紅色，塊狀構造，裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀，部分風化成土狀（層間夾有厚度不均的中等風化泥巖薄層），層厚2.5～3.70m。

②中等風化泥巖：紫紅色，塊狀構造，裂隙較發(fā)育，巖石較完整，質(zhì)地較硬，巖芯呈短柱—長柱狀（層間夾有厚度不均的強風化泥巖薄層）。該層最大揭露厚度13.90m。

1.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水為賦存于上部填土層中的上層滯水、第四系含黏性土卵石層中的孔隙型潛水和泥巖中的基巖裂隙水，受地下徑流、大氣降水補給；以地面蒸發(fā)、地下徑流方式排泄。場地地下水抗浮水位為494.00m。滲透系數(shù)k=12m/d，場地環(huán)境為二類。錨固段注漿體與地層間的黏結強度標準建議值見表1。

表1 錨固段注漿體與地層間的黏結強度標準建議值

2 主要設計參數(shù)

擬建項目抗水板板面標高為491.850m，抗水板板厚500mm；需設置抗浮錨桿面積約8312m2，主樓筏板、獨立柱基、墻下條基范圍內(nèi)不布置錨桿；抗浮力標準值71.5kPa。主要支護設計參數(shù)見表2，大樣圖及剖面圖見圖2。

表2 主要支護設計參數(shù)表

圖2 抗浮錨桿結構圖

3 施工難點及改進措施

3.1 找平墊層前置施工

泥巖在飽水狀態(tài)下，由初始較為致密的結構變?yōu)榻Y構疏松的不規(guī)則絮狀結構，力學性狀劣化；同時，泥巖中黏土礦物的溶蝕、次生作用，可使得顆粒間接觸的鋸齒狀或不規(guī)則狀變?yōu)閳A滑狀，從而使巖石的內(nèi)聚力和摩擦角下降，最終導致巖石的力學強度降低[3]。針對該特征，提出以“防”為主的思想，即在基坑開挖至基底設計標高后，先進行基礎找平層的施工，將基底泥巖進行封閉硬化，提前與水隔絕，保證基底作業(yè)面干燥。另外，封閉后的獨立基礎基槽還可以兼作沉淀池用，通過合理規(guī)劃，使泥漿得到有序排放。

3.2 集渣料斗封閉集渣

針對預成孔時產(chǎn)生的粉塵四起現(xiàn)象，擬采用一種如圖3所示的定制集渣料斗進行封閉收集，其組裝原理見圖4，它是在扶正器與地面之間安裝一個敞口式集渣料斗，通過對中使鉆桿穿過料斗中大直徑中心管，中心管與扶正器之間留有間隙排渣，鉆桿的密封采用橡膠圈，料斗上部蓋密封麻布。

圖3 集渣料斗結構圖及實體圖[4]

圖4 收渣裝置使用示意圖

集渣料斗上蓋板能密封住鉆桿，從而保證鉆進在密閉狀態(tài)下進行作業(yè)，防止微小巖屑、粉塵和泥漿外漏，巖屑、粉塵以及泥漿通過集渣料斗的承載上板及密封麻布的導流收集作用，匯集到提斗中，從而起到保護環(huán)境和保護操作人員人身安全的作用。

3.3 高壓水柱洗孔

因泥巖遇水后易形成含水量較高的塑性泥土和泥漿附著于錨孔孔壁，為確保注漿體與巖土體充分膠結，注漿前需進行充分洗孔。

洗孔裝置包括導流筒（見圖5a）和高壓噴頭（見圖5b），導流筒置于孔口位置，在側(cè)壁開有一支管作為引流管與泥漿池相連，便于泥漿按指定方向排出。高壓噴頭與鉆桿相連，噴頭周邊均勻開若干個圓孔，高壓水通過噴頭流出時形成若干股水柱，沖洗孔壁泥皮及孔底殘渣。

圖5 洗孔裝置圖

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

①施工準備（設置泥漿池，可選擇獨立基礎基槽位置）→②場地平整、找平層施工→③錨桿孔位測放→④鉆機就位、安裝集渣料斗→⑤預成錨孔（封閉集渣）→⑥氣壓清孔+高壓水柱洗孔→⑦錨桿制作及安裝→⑧注漿養(yǎng)護→⑨驗收試驗。

4.2 操作要點

4.2.1 場平、施工找平層

場地平整（人工檢底）后即施工混凝土墊層對地基進行硬化；根據(jù)施工平面布置可選擇經(jīng)硬化封閉的獨立基礎基槽兼做抗浮錨桿施工用沉淀池。

4.2.2 錨孔定位測放

首先按設計圖紙對錨桿進行編號后依據(jù)定位坐標進行孔位測放，采用紅油漆在混凝土墊層面上進行孔位標識，并進行必要的復核及維護。

4.2.3 鉆機及集渣料斗就位

鉆機就位后通過叉車與鉆具配合將集渣料斗移至錨孔定位處，通過微調(diào)整，使鉆具、集渣料斗及預鉆錨孔三心合一，后將帆布覆蓋于集渣料斗之上（見圖6）。

圖6 集渣料斗工作圖

4.2.4 鉆進成孔

啟動錨桿鉆機，以空壓機送風驅(qū)動偏心潛孔錘鉆進預成錨孔。鉆至設計孔深度后繼續(xù)向下鉆進20 cm，并加大供氣量將孔內(nèi)殘渣排出。

4.2.5 氣壓清孔+高壓水柱洗孔

當成孔結束時，先加大氣量將孔內(nèi)殘渣排出，拔出鉆具后，換用高壓水流清洗孔壁泥皮和孔底殘渣，見圖7，洗孔裝置固定于孔口，水管從洗孔裝置進水口下放至孔底，高壓水流沖洗鉆孔，污水從洗孔裝置出水口返出排放至沉淀池（泥漿池）中，洗孔時間以孔口返出清水為止進行控制。在沉淀池（泥漿池）污水經(jīng)沉淀后，可循環(huán)用于洗孔。

圖7 高壓水柱洗孔圖

4.2.6 錨桿桿材制作與安裝

錨桿桿體為現(xiàn)場統(tǒng)一加工，制作完成經(jīng)驗收合格后勻速置于錨孔中，根據(jù)錨孔直徑大小設計要求，回填碎石（礫石）至孔內(nèi)，填礫石直徑為5～20 mm。

4.2.7 注漿養(yǎng)護

向孔內(nèi)注入含8%～10%混凝土膨脹劑的純水泥漿，注漿體強度為M30，水灰質(zhì)量比0.45～0.5，注漿材料采用P·0 42.5水泥，形成錨桿桿體。灌漿壓力宜大于1.5 MPa。錨桿填石灌漿體抗壓強度不低于30 MPa。注漿應采用孔底返漿法，孔口溢漿后緩慢提升注漿管，然后反復補漿，直至孔內(nèi)漿體飽滿無空洞。錨桿養(yǎng)護期間應作好成品保護，不得隨意碰撞，齡期達到要求時可進行驗收試驗。

5 結語

本案例中，針對紅層泥巖地區(qū)抗浮錨桿施工工藝的改進主要體現(xiàn)在三個方面：

1）找平混凝土墊層先于抗浮錨桿施工，其有益的效果是：①有利于地基找平，避免了揭露的紅層泥巖被水浸泡后軟化、地基持力層強度降低及施工現(xiàn)場泥濘不堪；②在墊層上測放孔位時定位更加精確、標注更加明顯；③在預成孔作業(yè)中，便于及時清理集渣料斗里的塵土，確保作業(yè)面清潔，保證文明施工；④錨桿鉆機平穩(wěn)的置于墊層上，錨孔施工偏差?。虎輭|層可為錨固體提供一定的黏結力。

2）集渣料斗封閉集渣

鉆機配備集渣料斗進行封閉集渣，配套的裝置結構簡單、安裝方便，其有益的效果是：在成孔過程中同步收集泥巖粉碎后的巖屑及粉塵，避免了溢出后的大氣污染及散落后的二次清理，降低了對操作人員的健康威脅，施工環(huán)境得到了有效地改善，文明施工程度顯著提高，工序上得到了精簡，施工效率大幅提升。

3）高壓洗孔裝置

高壓洗孔裝置的引入很好地解決了泥巖巖屑遇水后易附著在孔壁上難以清除的難題，保證了錨固體的承載能力；孔口的導流筒可將排出泥漿有方向性地導入泥漿池，避免了對作業(yè)區(qū)的二次污染，洗孔后效果見圖8（b）。

圖8 洗孔前后對比圖

以上改進源于因地制宜的綠色環(huán)保理念，依據(jù)改進工藝施工的抗浮錨桿工程（見圖9），全部通過驗收試驗，抗浮錨桿抗拔承載力好，感官質(zhì)量良，成品保護優(yōu)，對場地及環(huán)境污染影響小，為紅層泥巖地區(qū)抗浮錨桿施工提供了很好的參考。

圖9 改進工藝施工現(xiàn)場圖