抗浮錨桿高壓劈裂注漿技術(shù)應(yīng)用分析

羅 凡

(廈門合立道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 福建廈門 361004)

0 引言

近幾年來，抗浮錨桿在地下室抗浮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越普遍和廣泛，而由于普通錨桿的抗拔承載力較小，遇到高水位的情況時(shí)，適用性往往受到限制。程良奎等[1]總結(jié)了提高巖土錨桿抗拔承載力的途徑、方法及其效果，當(dāng)中就提到了后高壓注漿能顯著提高錨桿的抗拔承載力，實(shí)現(xiàn)用較少的錨桿來滿足錨固結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性的要求，這對(duì)于降低工程成本，縮短工程建設(shè)周期十分有益?；诖耍疚臄M通過某抗浮錨桿高壓劈裂注漿案例，探討其技術(shù)應(yīng)用。

1 高壓劈裂注漿原理

高壓劈裂注漿錨桿，是在一次高壓注漿結(jié)束后對(duì)一次注漿形成的錨固體再次或多次施作高壓注漿的錨桿。該類型錨桿，既可應(yīng)用于滲透性較好的砂層，又可應(yīng)用于滲透性差的粘性土層、巖層等。實(shí)踐表明，對(duì)于軟塑、流塑粘粘土地層，由于地層透水性差，有時(shí)普通滲透注漿或壓密注漿都難以達(dá)到理想效果，而劈裂注漿可利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達(dá)到注漿加固的要求。

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)[2]規(guī)定，錨桿(索)錨固體與巖土層間的長(zhǎng)度應(yīng)滿足式(1)的要求:

(1)

通過變換公式可得到錨桿抗拔承載力為：

(2)

式中，frbk為巖土層與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

可見，提高錨桿錨固段巖土層與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度，能有效地提高錨桿的抗拔承載力；對(duì)錨固體周邊地層實(shí)施高壓注漿，正是出于增大錨固體與地層間粘結(jié)摩阻強(qiáng)度的考慮。

高壓劈裂注漿錨桿，可以改良錨桿錨固體周邊土的物理力學(xué)性質(zhì)，提高土的抗剪強(qiáng)度，提高錨固段剪切面上的法向應(yīng)力，保證錨固體周邊土體的劈裂注漿形成的漿脈分布范圍大且均勻(圖1)，具有良好的地層加固效應(yīng)。

1-桿體;2-鉆孔;3-密封袋;4-后高壓注漿體;5-袖閥管;6-注漿管;7-擋土結(jié)構(gòu);8-錨具圖1 高壓劈裂注漿型錨桿示意

由此，通過高壓劈裂注漿，可使得錨固體與地層間結(jié)合面上的粘結(jié)摩阻強(qiáng)度得以顯著增大，大幅度提高錨桿的抗拔承載力。

2 工程案例

該項(xiàng)目位于福建省廈門市環(huán)東海域片區(qū)，為多棟多層辦公樓，總建筑面積17萬m2，地下室面積5.4萬m2?？垢≡O(shè)計(jì)最高地下水位按周邊設(shè)計(jì)室外地坪標(biāo)高以下0.5m考慮，底板抗浮水壓力為50kPa。以地勘勘點(diǎn)ZK89、ZK85為例，該項(xiàng)目典型地質(zhì)剖面分別為如圖2～圖3所示。

圖2 ZK89剖面

圖3 ZK85剖面

錨桿設(shè)計(jì)頂面高程為2.6，從ZK89剖面可以看出，錨桿錨固段大部分處于殘積粘性土中，局部進(jìn)入全風(fēng)化凝灰?guī)r；而從ZK85剖面可以看出，錨桿錨固段大部分處于全風(fēng)化凝灰?guī)r中，局部進(jìn)入土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。

該工程依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)進(jìn)行錨桿設(shè)計(jì)，對(duì)比了普通錨桿(無高壓劈裂注漿)和采用高壓劈裂注漿技術(shù)的錨桿承載力，計(jì)算對(duì)比結(jié)果如表1～表2所示。

表1 ZK89錨桿承載力計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表2 ZK85錨桿承載力計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從表1～表2可以看出，在相同錨桿長(zhǎng)度下，采用高壓劈裂注漿技術(shù)的錨桿抗拔承載力特征值，比普通錨桿提高約15%～20%。 而根據(jù)文獻(xiàn)[1]實(shí)例統(tǒng)計(jì)，普遍可提高30%以上。

根據(jù)錨桿檢測(cè)報(bào)告，ZK89(圖4)和ZK85附近錨桿檢測(cè)結(jié)果(圖5)顯示，最大試驗(yàn)荷載可達(dá)到特征值的2倍，而根據(jù)圖中曲線趨勢(shì)判斷，錨桿極限荷載將會(huì)大于特征值的2倍。由此可見，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的高壓劈裂注漿技術(shù)錨桿具有較高的可靠度。

圖4 ZK89附近錨桿檢測(cè)結(jié)果

圖5 ZK85附近錨桿檢測(cè)結(jié)果

從錨桿抗拔試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果曲線圖可以看出，錨桿在初始拉拔受力階段，基本呈線性特征，高壓劈裂注漿錨桿的初始抗拔剛度，大致在40 000N/mm～50 000N/mm之間，可為后續(xù)防水底板設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3 錨桿設(shè)計(jì)規(guī)范選取

目前，涉及錨桿設(shè)計(jì)的規(guī)范較多，比如《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》[4]等，各規(guī)范給出的設(shè)計(jì)公式也各不相同，主要區(qū)別在安全系數(shù)。比如《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定二級(jí)邊坡工程的抗拔安全系數(shù)取2.4(對(duì)應(yīng)的是抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值)；《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定抗拔安全系數(shù)取1.6(對(duì)應(yīng)的是抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值)；《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定安全等級(jí)為二級(jí)的錨桿抗拔安全系數(shù)取2.0(對(duì)應(yīng)的是抗拔承載力設(shè)計(jì)值)，換算成對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，安全系數(shù)為2.0×1.35=2.7。 各規(guī)范安全系數(shù)對(duì)比如表3所示。

表3 各規(guī)范安全系數(shù)對(duì)比

從該項(xiàng)目的錨桿檢測(cè)結(jié)果來看，由于采用高壓劈裂注漿技術(shù)的錨桿具有較高的可靠度，該工程選取《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行錨桿設(shè)計(jì)是合適的，既保證安全又有很好經(jīng)濟(jì)性。

4 錨桿錨固長(zhǎng)度限值

各規(guī)范對(duì)錨桿錨固長(zhǎng)度均有一定的限制，原因在于當(dāng)錨固段過長(zhǎng)時(shí)，灌漿體與地層界面的粘結(jié)逐漸軟化或脫開，隨著錨固效應(yīng)弱化，錨桿抗拔力并不與錨固長(zhǎng)度增加成正比。

根據(jù)該項(xiàng)目提供的實(shí)際算例，ZK89附近的錨桿錨固長(zhǎng)度達(dá)到16m，超出了規(guī)范限值；而實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，錨桿抗拔承載力可以滿足設(shè)計(jì)要求?；?，建議當(dāng)采用有助于提高錨桿可靠度的技術(shù)時(shí)(比如高壓劈裂注漿技術(shù))，由于粘結(jié)應(yīng)力沿錨固段分布較均勻，錨固長(zhǎng)度可適當(dāng)放松，擴(kuò)大錨桿的使用范圍。

5 施工控制技術(shù)要點(diǎn)

5.1 高壓劈裂注漿時(shí)間

以往一些項(xiàng)目要求高壓劈裂注漿在一次常壓注漿24h后進(jìn)行，個(gè)別項(xiàng)目甚至要求在48h后進(jìn)行。在24h后進(jìn)行高壓劈裂注漿時(shí)間偏晚，水泥凈漿其實(shí)早已凝固，其已具備一定的強(qiáng)度，很容易灌不進(jìn)去，造成二次注漿失敗。根據(jù)該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，建議高壓劈裂注漿應(yīng)在一次常壓注漿8～12h后進(jìn)行。

5.2 應(yīng)明確注漿管開孔要求

從高壓劈裂注漿的承載機(jī)理來說，需在注漿管沿長(zhǎng)度方向開一定數(shù)量的孔(建議間隔1m)，以使高壓注漿體沿錨固長(zhǎng)度分布均勻，提供更多的摩阻力。

如遇到無實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)的施工單位，注漿管按圖紙說明，未要求開孔，二次注漿基本上是失敗的。

5.3 應(yīng)明確錨桿與底板、基礎(chǔ)連接部位的防水構(gòu)造做法

一些項(xiàng)目的錨桿設(shè)計(jì)說明中，沒有體現(xiàn)錨桿與底板、基礎(chǔ)連接部位的防水要求或做法，而建筑防水圖集也沒有相關(guān)的內(nèi)容。然而，防水構(gòu)造一旦缺失，錨桿中的錨筋更容易受到地下水腐蝕，從而降低了錨桿受力可靠度。為了保證錨桿的可靠度，建議在圖紙說明中明確錨桿與底板、基礎(chǔ)連接部位的防水構(gòu)造做法。

6 結(jié)論

(1)高壓劈裂注漿技術(shù)可明顯提高抗浮錨桿的抗拔承載力，在高水位地下車庫(kù)的抗浮設(shè)計(jì)中，具有較高的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

(2)高壓劈裂注漿技術(shù)可提高錨桿受力的可靠度，具有較高的安全性，擴(kuò)大了抗浮錨桿的適用范圍。

(3)通過錨桿抗拔試驗(yàn)，可得到高壓劈裂注漿錨桿的初始抗拔剛度值。

(4)在錨桿施工過程中，高壓劈裂注漿應(yīng)在一次常壓注漿8～12h后進(jìn)行，沿注漿管長(zhǎng)度方向開一定數(shù)量的孔，并應(yīng)在圖紙說明中明確錨桿與底板、基礎(chǔ)連接部位的防水構(gòu)造做法，確保高壓劈裂注漿發(fā)揮實(shí)際作用。