典型喀斯特地區(qū)地下室抗浮錨桿設計及施工要點

張 懷 生

(江蘇科泰巖土工程有限公司，江蘇 泰州 225300)

1 概述

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，土地資源越來越緊張，為了更加充分地利用土地資源，建筑物在不斷增高的同時，不斷向地下發(fā)展，地下室不僅越來越深，而且規(guī)模越來越大，從而對建筑物的抗浮提出了更高的要求。因為地下水位較高時，根據(jù)阿基米德定理，建筑物所受浮力的大小等于建筑物排開地下水的重量。建筑物處于地下的結構體積和深度越大，建筑物所受的浮力也越大。建筑物受到浮力過大時可能出現(xiàn)裂縫、起拱和位移等現(xiàn)象，引起一系列質量安全問題，為了抵抗建筑物所受的浮力，抗浮錨桿是建筑結構設計上一種常用的方法。抗浮錨桿具有造價低、效率高和應用范圍廣等一系列優(yōu)點。但對于喀斯特地區(qū)，由于溶洞、土洞、基巖面展布復雜多變、不同性質地下水等存在，對抗浮錨桿設計及施工、施工質量控制要點等提出了全新的挑戰(zhàn)，提出了更高的要求?，F(xiàn)以喀斯特地區(qū)帶4層地下室的高層建筑物項目為案例，進行抗浮錨桿在喀斯特地區(qū)的設計及施工應用研究，供設計、施工同行參考。

2 地質情況及設計要點

2.1 地質情況

場地范圍內(nèi)地層發(fā)育情況自上而下為：1)耕植土：灰黑色，稍濕～濕，結構疏松；主要由黏性土組成，含植物根莖、腐殖質，具臭味。該層分布于整個場地淺表層。層厚0.30 m～2.50 m，平均約0.97 m。2)粉質黏土：灰褐色，可塑，飽和，沖洪積成因；主要成分為粘粒。厚度1.00 m～2.00 m，平均約1.60 m。3)粉細砂：黃褐色，灰褐色，主要由細砂、粉砂組成；礦物組成主要為石英、長石；濕～飽和；松散。厚度1.00 m～3.00 m，平均約2.17 m。4)紅黏土：褐黃～褐黃色，硬塑～軟塑，飽和。主要由黏粒組成，含少量鐵錳質。偶見土體裂隙。厚度15.30 m～22.50 m，平均約19.65 m。5)灰?guī)r：灰～灰黑色，分布于整個場地。呈中風化狀為主，厚度0.20 m～167.50 m，平均層約3.67 m。6)灰?guī)r：灰～灰黑色，微風化；該巖層屬穩(wěn)定下臥基巖，分布于整個場地，勘察揭露該層頂面埋深一般為0.60 m～40.30 m，勘察鉆探該層未揭穿。

根據(jù)附近場地的工程實踐，地下實際灰?guī)r面十分復雜，地下溶溝、溶槽以及地層界面高低起伏、透鏡體、孤石、石筍等喀斯特典型地貌十分發(fā)育。下伏巖溶裂隙水為喀斯特覆蓋型溶洞裂隙水，具有一定的承壓性，主要賦存和運移于灰?guī)r的溶洞、裂隙之中，少量賦存于土體裂隙中。

2.2 設計要點

對于地下室的抗浮設計，由于該場地地下水對地下室的影響主要為喀斯特巖溶裂隙水，地下水位較高。綜合考慮場地地形地貌、地表水系、地下水補徑排條件等因素，項目抗浮設防水位取室外地坪標高。

本工程地下室抗浮措施采用巖石錨桿，并可結合局部工程樁共同作用?？垢″^桿采用面狀均勻布置，在地下室底板下均勻布置；該方案適用性廣，可節(jié)約地下室底板梁板配筋?？垢″^桿設計需要驗算以下內(nèi)容，以保證地下室的穩(wěn)定性：1)錨桿鋼筋截面面積；2)錨桿錨固體與土層的錨固長度；3)錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度；4)土體或巖體的強度驗算；5)設計水位是否合理；巖層極限粘結強度標準值根據(jù)灰?guī)r的風化程度取150 kPa～300 kPa，在全面展開錨桿施工前應先作錨桿抗拔試驗，以驗證錨桿設計方案的合理性，并及時調(diào)整方案。

其他輔助措施：1)由于喀斯特地區(qū)降水較豐富，而基坑、地下室施工時間較長，因此務必做好基坑、地下室內(nèi)的抽排水措施，嚴禁地表水流入肥槽內(nèi)。2)基坑施工完成后，務必控制好基坑肥槽內(nèi)回填土質量，做好止水措施或降水措施，防止地表水滲入肥槽內(nèi)，確保項目全壽命期內(nèi)地下水位低于業(yè)主要求的水位。

3 工藝流程及施工要點

3.1 工藝流程

該抗浮錨桿項目主要包括錨桿定位放線、鉆進成孔、接鉆桿、錨桿安裝、注漿、二次補漿和養(yǎng)護驗收等工序。

3.2 土洞、溶洞地面塌陷防治

本抗浮錨桿工程位于巖溶地區(qū)，在巖溶地區(qū)常常會出現(xiàn)喀斯特地區(qū)常見的地面塌陷現(xiàn)象，該現(xiàn)象多由土洞引發(fā)，而土洞主要是地下水活動對土層產(chǎn)生的潛蝕、真空吸蝕等作用而造成。如長期大量抽取地表水及淺層地下水，土顆粒隨地下水流失，則容易引發(fā)土洞的產(chǎn)生。鑒此，本工程應高度重視土洞、巖溶地面塌陷的防治，具體防治措施如下：

1)通過綜合勘探，查明該巖溶地區(qū)水文地質情況，地下水類型，地下水分布規(guī)律，綜合分析制定工程的降水、截水和回灌方案，防止地下水位變化引起地面塌陷。2)對于淺埋土洞，當可能引起地面塌陷時，可采取拋石夯實的方法進行處理，當需要時也可采取壓力灌漿法。3)對于深埋土洞，當可能引起地面坍塌時，可采用壓力灌漿法處理。

3.3 鉆進成孔

對于巖溶地區(qū)抗浮錨桿成孔，一方面需要在巖層中成孔，巖石硬度較大，對成孔設備的動力要求較高，另一方面由于溶洞和土洞的存在，在成孔過程中易發(fā)生突然巖層破裂的現(xiàn)象，因此對設備的穩(wěn)定性要求較高。本項目鉆進成孔采用YC420S露天潛孔鉆車，本項目錨桿成孔深度平均20 m，入巖深度平均5 m，采用潛孔鉆車每臺機每天可以成孔10個以上，較傳統(tǒng)成孔設備的每臺機每天3個孔大幅增加?？拙嗾`差水平方向不應大于50 mm，垂直方向孔距誤差不應大于100 m。

為保證施工質量，在成孔過程中要把握以下要點：1)錨桿錨固體與(巖)土層的錨固長度應取有效錨固長度，由于基坑開挖會對底板下土體有一定擾動，擾動較大時錨固長度要加30 mm～500 mm。2)為保證鉆桿垂直，在鉆桿上加裝扶正器使鉆頭、鉆桿保持在錨桿孔的中心位置，減小錨桿孔的彎曲。扶正器按每2節(jié)～3節(jié)(3.6 m～5.4 m)鉆桿加裝一個，具體可按錨桿孔的垂直度情況增減。3)成孔前要墊平鉆機，保證機臺的平整度，鉆進過程中采用孔口支撐。4)鉆進過程中要防止溶洞中的承壓水的影響，當距離含承壓水的溶洞1 m時，應控制鉆進參數(shù)，降低鉆進速度至100 mm/min以下，鉆桿轉速不超過100 r/min。遇溶洞冒水應立即停止鉆孔，并觀察孔內(nèi)情況并采取適當措施，待溶洞水下降后方可繼續(xù)鉆進。

3.4 錨桿安裝

錨桿放入鉆孔之前，應重點檢查錨桿鋼筋連接處的質量，確認清孔質量并測孔深。錨桿安裝后進行灌漿時應對錨桿有可靠支撐，錨桿長度應按設計要求，與設計長度誤差不超過1%。

對于較小溶洞，因為土洞、溶洞相互連通，如果不進行處理，在之后的注漿過程中會出現(xiàn)漿液隨溶洞大量流出的現(xiàn)象，造成漿液的浪費，增加施工成本。

為了防止注漿時漿液隨溶洞流出，采用PVC薄管穿過溶洞，PVC薄管外徑與孔徑內(nèi)徑一致，上下邊各高出溶洞孔上下邊緣500 mm，通過固定連接件與錨桿鋼筋相連，固定連接件橫向分布3根，分別連接3根錨桿鋼筋和PVC薄管,縱向分布規(guī)律與固定錨桿用鋼筋分布規(guī)律一致，宜為每1.5 m一段，也可根據(jù)情況適當加密(見圖1)。在制作帶PVC薄管的錨桿前，應確定好溶洞大小及位置，并根據(jù)其大小位置確定PVC薄管的尺寸及位置；錨桿在安裝過程中應對正緩慢下放，避免與孔壁發(fā)生碰撞造成PVC薄管變形。通過下放帶PVC薄管的錨桿，PVC薄管對小型溶洞形成封閉，在注漿過程中漿液將沿著PVC管向下，從而防止注漿時漿液流入溶洞造成漿液流失。

對于較大溶洞，應先回填再進行抗浮錨桿的施工，回填材料可用片石、粘土混合物或低等級混凝土等。

3.5 二次補漿

抗浮錨桿安裝后先進行一次注漿，注漿材料采用水泥砂漿，其配合比按水泥∶砂∶水為1∶0.6∶0.45選用，注漿壓力0.3 MPa～0.5 MPa，注漿采用孔底返漿法，從孔底到孔口連續(xù)進行注漿，直至漿液從孔口溢出停止注漿。對于溶洞處的抗浮錨桿宜添加速凝增強劑，從而加快水泥砂漿的凝固，防止水泥砂漿沿縫隙流入溶洞，造成漿液流失。為保證一次注漿質量，水泥砂漿應嚴格按配合比配制，攪拌均勻,隨拌隨用,漿液應在初凝前用完,并嚴防石塊、雜物混入漿液，注漿前應對壓漿管路進行施壓，檢查管道通暢情況，在注漿過程中管路應保持暢通。

對于喀斯特地區(qū)的抗浮錨桿項目，由于溶洞的存在，抗浮錨桿的錨固力可能會有所損失，加上一次注漿所采用的水泥砂漿凝固過程中會發(fā)生收縮形成孔隙影響抗浮錨桿的受力，為了增加錨固力，確保抗浮錨桿發(fā)揮預定的功效，二次注漿工藝的質量控制就顯得尤為重要。通過二次注漿工藝使水泥漿沖破薄膜及初凝砂漿，注入到砂漿、松散層之間和松散層內(nèi)，不僅能增強固結體與周圍松散層孔壁間的粘著力，而且使?jié){體進入松散層內(nèi)提高了錨固段松散層的抗剪力。

二次注漿前，應檢查制漿設備、灌漿泵是否正常，送漿管路是否暢通無阻；二次注漿采用水灰比0.5的純水泥漿，水泥采用P.O42.5級，注漿壓力2.0 MPa～3.0 MPa；二次注漿在一次注漿形成的水泥結石體強度達到5.0 MPa時進行，一般為一次注漿后4 h～6 h。注漿設備應滿足漿液生產(chǎn)能力和額定壓力的要求，注漿中斷超過30 min時，應用水或稀水泥漿潤滑注漿管及其管路。

4 結語

通過采用本文介紹的施工要點，實現(xiàn)了抗浮錨桿在巖溶地區(qū)的高效施工，施工的抗浮錨桿達到了設計要求，并得出以下結論：1)對于巖溶地區(qū)地下室的抗浮錨桿宜采用面狀均勻布置，在地下室底板下均勻布置，可節(jié)約地下室底板梁板配筋。2)當距離含承壓水的溶洞1 m時，鉆進過程中要防止溶洞中的承壓水的影響，控制鉆進參數(shù)，降低鉆進速度。3)對于小溶洞鉆進成孔后可采用PVC薄管穿過溶洞，注漿過程中漿液將沿著PVC管向下，防止注漿時漿液流失。4)較大溶洞應先回填片石、粘土混合物或低等級混凝土等，填充溶洞后方可進行抗浮錨桿施工。