淺談某地下室抗浮方案的選擇

侯 錕，陳 川，文 佼

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司, 四川成都 610072)

1 工程概況

武漢泛悅城工程地下室埋深比較大，根據(jù)地基規(guī)范及勘察報(bào)告要求抗浮水位為室外地面，由于室外地面有高差，抗浮水位也是按階梯狀取用，其中二層地下室抗浮水頭平均高約10m，三層地下室抗浮水頭平均高約13m，經(jīng)計(jì)算除塔樓以外上部建筑壓重較小和無上部結(jié)構(gòu)部分存在抗浮不足問題。

2 工程地質(zhì)及水文條件

根據(jù)中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司2017年3月提供的泛悅城場(chǎng)地巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告書得知，擬建場(chǎng)地屬長(zhǎng)江右岸Ⅲ級(jí)階地壟崗地貌。根據(jù)鉆孔揭露，場(chǎng)地內(nèi)分布的地層有：第四系人工堆積層(Qml)層、第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3al)層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)層、第四系殘積(Qel)層、志留系中統(tǒng)墳頭組(S2f)巖層。其土層自上而下分述如下所示：

(1)雜填土(Qml)：雜色，稍濕，松散，主要由磚塊、碎混凝土塊及少量碎石等組成，夾少量粘性土，均勻性差。

(2)粉質(zhì)黏土(Q3al)：黃褐色，含有鐵錳結(jié)核和灰白色高嶺土團(tuán)塊，無搖震反應(yīng)，切面較光滑，干強(qiáng)度及韌性高。呈濕，硬塑狀態(tài)。

(3)粉質(zhì)黏土(Q2al)：棕紅色，含有鐵錳結(jié)核和灰白色高嶺土團(tuán)塊，無搖震反應(yīng)，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性高。呈濕，硬塑狀態(tài)。

(4)粉質(zhì)黏土(Qel)：褐黃色，含有鐵錳結(jié)核及黑色氧化物，夾10 %～15 %未完全風(fēng)化巖塊，多呈濕，硬塑狀態(tài)。

(5)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(S2f)：淺黃色，水云母含量高，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙極發(fā)育，裂隙面上有黑色氧化薄膜，巖芯塊狀、短柱狀，局部破碎成土狀，遇水軟化、崩解，RQD值為50 %～70 %，硬度低，易擊碎，屬極軟巖。

(6)中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(S2f)：褐黃色、灰青色，水云母含量高，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層～厚狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面上有黑色氧化薄膜，巖芯塊狀、短柱狀，遇水軟化、崩解，RQD值為70 %～80 %，硬度低，易擊碎。屬軟巖。

(7)微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(S2f)：灰青色，水云母含量高，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，巨厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙微發(fā)育，巖芯長(zhǎng)柱狀，遇水軟化、崩解，RQD值90 %以上，硬度一般，較難擊碎。屬軟巖。

本場(chǎng)區(qū)主要地層為雜填土、粉質(zhì)黏土及泥質(zhì)粉砂巖，前兩種地層埋深較淺，在地下室開挖過程中需挖除。

勘察報(bào)告反映本工程場(chǎng)區(qū)地下水類型有兩種：孔隙水、基巖裂隙水。

孔隙水主要賦存于上部人工填土(雜填土)中，屬上層滯水類型，大氣降水及地表水滲透是其主要補(bǔ)給來源，水量較小水位不穩(wěn)定，分布不均勻，受季節(jié)影響大。

基巖裂隙水主要賦存于下伏泥質(zhì)粉砂巖裂隙中，具微承壓性，富水性及導(dǎo)水性具各向異性，地下徑流是其主要的補(bǔ)給來源，其水量受裂隙發(fā)育程度控制明顯，埋藏較深，賦水條件差，水量有限，對(duì)基坑降水、樁基影響較小。其水位經(jīng)常處于變動(dòng)狀態(tài)，其變化幅度一般在6～1.5m左右。上層滯水和基巖裂隙水之間有相對(duì)不透水層阻隔，無水力聯(lián)系。

3 四種方案處理措施

因此本工程產(chǎn)生浮力的水主要是上層滯水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并結(jié)合相關(guān)單位經(jīng)驗(yàn)，適用于本工程處理抗浮不足問題的主要有四種方案。

3.1 第一種方案采用混凝土灌注樁

本工程計(jì)劃設(shè)置抗拔樁1 200根，抗拔承載力特征值取750kN，樁長(zhǎng)7.5m，樁徑700mm，進(jìn)入持力層深度2m。

施工工藝流程：場(chǎng)地平整—樁孔放樣—護(hù)筒埋設(shè)—鉆機(jī)就位—樁孔鉆進(jìn)、入巖確認(rèn)—終孔、一次清孔—鋼筋籠安裝—二次清孔、導(dǎo)管安裝—灌注水下混凝土。

場(chǎng)地平整完畢，依據(jù)設(shè)計(jì)樁位平面圖及場(chǎng)地有關(guān)測(cè)量資料，用全站儀和水準(zhǔn)儀測(cè)場(chǎng)地基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)點(diǎn)；測(cè)量樁位點(diǎn)，測(cè)定樁的位置、樁位地面標(biāo)高。各控制點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行閉合復(fù)核，誤差不超過5mm。在測(cè)定的樁位點(diǎn)，打入鐵質(zhì)標(biāo)志樁，露出地面60～100mm。測(cè)量樁孔的中心位置偏差不大于10mm。

護(hù)筒埋設(shè)是工程樁鉆孔施工的首道工序，保護(hù)孔口不坍塌，及保護(hù)雜填土段孔壁不坍塌等作用，避免對(duì)成樁的質(zhì)量有重大影響。在進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)時(shí)，護(hù)筒中心軸線應(yīng)對(duì)正測(cè)量標(biāo)志的樁位中心，其偏差不得大于5cm，并嚴(yán)格保護(hù)護(hù)筒的豎直位置，垂直度偏差不允許大于1 %。護(hù)筒埋設(shè)完畢后，測(cè)量其中心位置是否正確，護(hù)筒是否豎直。

在鉆孔過程中，對(duì)地質(zhì)情況作詳細(xì)記錄，當(dāng)鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)根據(jù)取出的土質(zhì)性質(zhì)判斷地質(zhì)情況是否與設(shè)計(jì)一致，不一致時(shí)應(yīng)報(bào)告設(shè)計(jì)代表和監(jiān)理工程師后進(jìn)行變更處理，經(jīng)檢查合格后方可終孔。灌注樁在成孔過程中及終孔后以及混凝土灌注前，均需對(duì)鉆孔進(jìn)行階段性的成孔質(zhì)量檢查。

終孔后采用截齒雙底撈砂斗鉆頭對(duì)底部浮渣進(jìn)行攪動(dòng)并抓走，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后移除鉆機(jī)。

鋼筋籠采用現(xiàn)場(chǎng)加工制作，加工尺寸嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求施作。鋼筋籠安裝入孔后，保持垂直狀態(tài)。

澆筑混凝土施工順序：安設(shè)導(dǎo)管及漏斗→澆筑首批混凝土→澆筑混凝土至樁頂→待混凝土達(dá)到25 %強(qiáng)度后拔出護(hù)筒。

3.2 第二種方案采用普通抗拔錨桿

采用抗拔錨桿承擔(dān)抗浮不足的問題，這是一種最常規(guī)的抗浮處理方法，以結(jié)構(gòu)和填料的自重及抗拔構(gòu)件的抗力共同平衡水浮力。本工程計(jì)劃設(shè)置錨桿4 698根，抗拔承載力特征值取360kN，孔深6.15m，孔徑250mm，錨桿桿體由長(zhǎng)7.22m的3根28鋼筋組成，灌注M30水泥砂漿。

施工工藝流程：測(cè)量定位—鉆機(jī)就位—鉆機(jī)成孔—清孔—安裝錨桿—注漿。

測(cè)量定位：按設(shè)計(jì)施工圖紙坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量放點(diǎn)，測(cè)放出抗浮錨桿的孔位，用白灰做出標(biāo)記，并編號(hào)。

鉆機(jī)就位：錨桿孔位定出來，即可移鉆機(jī)就位，最后按照設(shè)計(jì)的錨桿傾角，用羅盤儀或吊線法調(diào)整好鉆桿的角度，再適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)的位置，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)所要施工的錨桿孔位，鉆孔軸線的偏差率不應(yīng)大于錨桿長(zhǎng)度的2 %。

成孔：錨桿成孔采用履帶式潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑為250mm，鉆孔位置縱橫向偏差均不得大于±50mm。鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)塌孔，可采用泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔，每根錨桿的鉆孔必須詳細(xì)做好鉆孔施工記錄。應(yīng)檢查孔深孔徑必須滿足設(shè)計(jì)要求。

清孔：當(dāng)成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，先進(jìn)行清孔，然后安裝錨桿，注漿前應(yīng)進(jìn)行二次清孔。

錨桿制作及安裝：錨桿為三級(jí)鋼直徑28mm，鋼筋的連接方式采用機(jī)械連接。錨桿體制作時(shí)，桿體的下料長(zhǎng)度應(yīng)考慮錨桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、錨固的尺寸。下錨過程中若遇桿體無法下至孔底或注漿管明顯回升過長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)將桿體拔出并用鉆機(jī)重新清孔或安裝好注漿管后再下錨。

注漿：下入錨桿清孔后即可用高速攪拌機(jī)配合高壓泵按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行注漿，注漿采用孔底返漿法注漿工藝施工。注漿壓力為1.5MPa,由于漿體凝結(jié)收縮，應(yīng)在孔口處隨時(shí)補(bǔ)漿。灌注材料為M30水泥砂漿，水灰比為0.4～0.6，內(nèi)摻10 %膨脹劑，灰沙比為1～1.4。

養(yǎng)護(hù)：注漿完成后，應(yīng)進(jìn)行28d的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間不得開挖擾動(dòng)。

3.3 第三種方案采用承壓型囊式擴(kuò)體抗浮錨桿

承壓型囊式擴(kuò)體錨桿(擴(kuò)體錨固段位于強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，圖1)，單根承壓型擴(kuò)體抗浮錨桿總長(zhǎng)8.5m，擴(kuò)體段直徑400mm，擴(kuò)體段長(zhǎng)度為3m，其中普通錨固段長(zhǎng)度為5m。是在基礎(chǔ)底板內(nèi)形成錨孔孔徑160mm，總錨長(zhǎng)為8.5m的帶有多重防腐的擴(kuò)體錨桿，錨桿桿體采用136的PSB930級(jí)預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋，單根囊式擴(kuò)體錨桿抗拔承載力特征值取580kN，總數(shù)約為2 400根。

圖1 承壓型囊式擴(kuò)體抗浮錨桿

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備—鉆機(jī)就位—直孔成孔—高壓旋噴擴(kuò)孔—錨桿安放—囊內(nèi)注漿—孔內(nèi)注漿—錨桿養(yǎng)護(hù)。

測(cè)量定位：按設(shè)計(jì)施工圖紙要求抓取坐標(biāo)，然后采用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)放錨桿的孔位，用白灰做出標(biāo)記，并編號(hào)，孔位放測(cè)完畢后保證偏差小于20mm。

鉆機(jī)成孔：錨桿孔位定出來，即可移鉆機(jī)就位，最后按照設(shè)計(jì)的錨桿傾角，用羅盤儀或吊線法調(diào)整好鉆桿的角度，再適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)的位置，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)所要施工的錨桿孔位。錨桿傾角允許偏差為±1 °，錨桿成孔采用CFG23鉆機(jī)，鉆孔直徑為160mm，鉆孔位置縱橫向偏差均不得大于±50mm。

擴(kuò)孔：擴(kuò)孔是本工藝的重點(diǎn)，正式施工前，需在相同地質(zhì)條件下試驗(yàn)，確定擴(kuò)孔施工參數(shù)，確保擴(kuò)孔的直徑、擴(kuò)孔長(zhǎng)度等滿足設(shè)計(jì)要求。先用直徑160mm的鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度，然后上提至擴(kuò)大頭頂面，用高壓聚能泵將30～35MPa的清水以每分鐘200mm的速度從上往下進(jìn)行擴(kuò)孔。

錨桿制作及安裝：按照設(shè)計(jì)要求制作錨桿，錨桿為三級(jí)鋼。為使錨桿處于鉆孔中心，應(yīng)在錨桿桿件上設(shè)置直徑6mm對(duì)中支架，沿鋼筋桿體軸線方向每隔2m設(shè)置一個(gè)，鋼筋需要分段制作，鋼筋連接采用專用配套連接器連接，錨桿底部接入對(duì)應(yīng)規(guī)格的成品擴(kuò)頭囊袋，擴(kuò)頭囊袋接頭處嚴(yán)格密封防止漏漿，桿體自由段用薄膜包裹，與錨固段相交處應(yīng)密封并用鐵絲綁扎。錨桿制作好后，將注漿管插入在錨桿底部，用于囊外錨固段注漿，注漿管應(yīng)距孔底0.5m。

注漿：下入錨桿清孔后即可用注漿泵進(jìn)行注漿，注漿采用孔底返漿法注漿工藝施工。注漿壓力為1.5MPa,由于漿體凝結(jié)收縮，應(yīng)在孔口處隨時(shí)補(bǔ)漿。注漿材料所用漿液為M30水泥砂漿，水泥漿攪拌均勻，具有和易性、低泌水性和可注性。注漿前應(yīng)檢查注漿管路，注漿作業(yè)應(yīng)連續(xù)，隨伴隨用。注漿時(shí)采用壓漿泵先在囊內(nèi)注漿，囊內(nèi)注漿完成后上拉松開注漿管與囊袋的接頭，進(jìn)行囊外錨固段注漿，方法同囊內(nèi)注漿，注漿完成后6h進(jìn)行二次補(bǔ)漿，確保錨固體滿足設(shè)計(jì)要求。

養(yǎng)護(hù)：錨桿完成后15d內(nèi)為錨孔內(nèi)水泥漿的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，不得碰撞錨桿。

3.4 第四種方案采用泄水減壓方式

泄水減壓方法是利用建筑要求設(shè)置在靠近地下室外墻內(nèi)側(cè)設(shè)置的排水溝，形成排水系統(tǒng)(圖2)。在地下室外墻及底板布置泄水孔，根據(jù)土中水滲流理論計(jì)算最大排水量，結(jié)合設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能出現(xiàn)的最高水位以及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)來確定孔距，并在孔內(nèi)安裝濾水裝置，使進(jìn)入的地表水經(jīng)過泄水孔后通過排水系統(tǒng)抽排出去，避免在基底形成水浮力。將地下建筑物周邊地下水位控制在上浮臨界水位以下，從而減小地下水對(duì)建筑物的浮力。

圖2 泄水減壓方式示意

4 處理措施比對(duì)

混凝土灌注樁具有單樁承載力高，適用范圍廣，施工工藝成熟，施工質(zhì)量比較容易控制和保證，又有數(shù)量少，施工周期短，驗(yàn)收檢測(cè)數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)有泥漿排放量大、等待養(yǎng)護(hù)齡期長(zhǎng)；直接造價(jià)為622萬元，造價(jià)較高等。

普通抗浮錨桿抗浮其受力實(shí)質(zhì)是微型樁抗拔，鋼筋和水泥漿固結(jié)體均處于受拉狀態(tài)，水泥漿受拉易開裂，耐久性、防腐性難于保障。具有施工方式常規(guī)、施工工藝簡(jiǎn)單、施工隊(duì)伍選取多的優(yōu)點(diǎn)。具有數(shù)量多、施工周期長(zhǎng)、等待養(yǎng)護(hù)齡期長(zhǎng)、工程驗(yàn)收檢測(cè)量大(總量的5 %)檢測(cè)費(fèi)用多、泥漿排放量大的缺點(diǎn)。普通抗浮錨桿直接造價(jià)為547萬元，隱形費(fèi)用較多。

承壓型囊式擴(kuò)體抗浮錨桿具有以下特點(diǎn)：采用多重防腐型擴(kuò)體錨固技術(shù)來綜合解決耐久性、防腐性。施工隊(duì)伍相對(duì)較少或需要指導(dǎo)施工，購買專利的承壓囊體。數(shù)量較少，施工周期短、比普通錨桿施工工期縮短1/2～1/3。工程驗(yàn)收檢測(cè)量較少(總量的5 %)，檢測(cè)費(fèi)相對(duì)較低。直接造價(jià)500萬元，雖然直接造價(jià)節(jié)省不多，若算上工期大幅節(jié)約帶來的基坑維護(hù)節(jié)約的其他間接費(fèi)用，則工程總體的綜合效益十分可觀。最大缺點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)泥漿排放量大。

泄水減壓具有以下特點(diǎn)：與主體結(jié)構(gòu)同步施工，不單獨(dú)占用工期，大大提高施工進(jìn)度。成本低，工程成本低于抗拔錨桿方式50 %或以上。已有很多新建項(xiàng)目采用此技術(shù)用于實(shí)際工程的項(xiàng)目。但是本場(chǎng)區(qū)巖石裂隙水的不確定性，使此種方式有一定限定條件(場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件限定、人防區(qū)及配電房區(qū)域不能采用此種方式)。使用此技術(shù)也存在必須采用專利產(chǎn)品，必須經(jīng)過專家論證、產(chǎn)品供貨單位只有一家和后期需要定期檢查濾芯等要求，后期地下室存在潮濕等現(xiàn)象，對(duì)使用功能影響較大。

綜上分析認(rèn)為本工程適用采用承壓囊式擴(kuò)體錨桿來解決抗浮不足的問題。

5 結(jié)論

通過對(duì)以上措施的比對(duì)，從綜合效益方面解決了地下室抗浮問題，企業(yè)按照建設(shè)單位指令要求圓滿的完成了生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)為該企業(yè)以后類似的施工積攢了技術(shù)儲(chǔ)備，提供了很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。