深基坑籠芯囊抗浮錨桿施工技術(shù)研究

路希鑫，劉奇奇，黃金坤，段占立，崔 楠，孫忠倪

（中國(guó)十七冶集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化率不斷增加，城市人口不斷上升，城市建筑物也不斷向兩極方向發(fā)展，樓層越來越高，地下建筑不斷加深，充分利用地下空間已經(jīng)成為必然趨勢(shì)［1-4］。但隨著地下建筑物深度、面積不斷加大，建筑物所受浮力也不斷增加［5，6］，為解決這種問題，專家學(xué)者們提出了多種解決方案，如降低地下水浮力，具體措施主要包括降低地下水、隔離地下水、調(diào)整地下室底板位置等；抵抗地下水浮力，主要通過增加地下室底板厚度，增加覆土厚度，基礎(chǔ)抗浮等措施來應(yīng)對(duì)［7-11］，其中，抗浮錨桿的應(yīng)用越來越廣泛。

近年來，囊式抗浮錨桿得到了快速發(fā)展，由于其抗拔力大、防腐性能好、可靠性高的特點(diǎn)而被得到廣泛應(yīng)用，制造成本大幅下降，全面替代普通錨桿的趨勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，但由于其施工工藝技術(shù)流程仍不夠完善，測(cè)量放線及樁機(jī)定位、泥漿控制、高壓噴射鉆孔、錨桿制作及安放等工作，工序復(fù)雜，定位精確度不高、防水有弱點(diǎn)、與結(jié)構(gòu)底板錨固力有待提高等，施工質(zhì)量及安全難以保證［12-14］。因此，研究用于深基坑抗浮技術(shù)的籠芯囊錨桿施工，對(duì)提升施工質(zhì)量安全和施工效率，減少返工與浪費(fèi)、節(jié)約工程成本有著至關(guān)重要的意義。

本文主要內(nèi)容包括深基坑籠芯囊抗浮錨桿施工工藝要點(diǎn)、精確定位技術(shù)、錨桿保護(hù)、內(nèi)力監(jiān)測(cè)、錨桿與結(jié)構(gòu)底板結(jié)合處防水技術(shù)和錨固技術(shù)研究等。

1 工程概況

研究依托工程為濉蕪現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園雙創(chuàng)孵化園建設(shè)項(xiàng)目（EPC），位于安徽省淮北市濉溪縣城西南，雙創(chuàng)大道以南，海棠路以東，省道 S238 以西。地下建筑面積約50 000 m2，地下水位為地面標(biāo)高下 2.0 m，大面積開挖深度約 6.0 m，開挖最大深度約 9.0 m，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后，設(shè)計(jì)采用籠芯囊抗浮錨桿，錨桿長(zhǎng)度 9.0 m，其中自由段 6.0 m，籠芯囊擴(kuò)大頭 3.0 m。錨桿承載力試驗(yàn)加荷系統(tǒng)為建筑錨桿測(cè)試儀、油壓千斤頂，測(cè)量裝置為測(cè)力傳感器、位移傳感器。鉆孔采用高壓旋噴鉆機(jī)。

研究過程所有材料必須具有質(zhì)量合格證明書，對(duì)于錨桿桿體、水泥等材料進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)合格方可投入使用。材料進(jìn)場(chǎng)后，按要求存放，管理措施到位。大型機(jī)械設(shè)備有進(jìn)出場(chǎng)記錄、施工機(jī)具進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)證記錄及設(shè)備合格證明等文件。

2 研究過程及分析

2.1 三維可視化工藝交底

利用 BIM 技術(shù)做好各施工工序三維模擬，對(duì)各施工班組進(jìn)行三維可視化安全技術(shù)交底。在此基礎(chǔ)上，利用二維碼技術(shù)生成各施工工序視頻，粘貼在對(duì)應(yīng)的施工關(guān)鍵部位。工人作業(yè)時(shí)可用手機(jī)掃描二維碼，即可觀看到各施工工序的三維模擬視頻，更好地輔助施工。

2.2 精確測(cè)量定位研究

錨桿垂直度偏差過大、水平位置偏差較大、鋼筋外露長(zhǎng)度不夠是影響抗浮錨桿合格率的三大主要影響因素。而抗浮錨桿布置方式對(duì)建筑物承載力有著較大影響。為有效解決深基坑籠芯囊抗浮錨桿施工過程中錨桿垂直度偏差過大、錨桿水平位置偏差過大、錨桿鋼筋外露長(zhǎng)度不夠等問題，確?？垢″^桿位置，減少返工浪費(fèi)、加快工期、節(jié)約工程造價(jià)，研究過程中開發(fā)一種錨桿精確定位技術(shù)，此技術(shù)采用了一種裝置，由鉆機(jī)機(jī)架、活動(dòng)壓板、連接螺栓以及定位組件組成。

此裝置利用全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)（GPS RTK）儀器準(zhǔn)確定位錨桿桿體水平位置及標(biāo)高，調(diào)整可調(diào)螺桿、U型架、活動(dòng)壓板、連接螺栓、緊固件、連接件以及橡膠墊塊，將錨桿桿體按照 RTK 測(cè)量的坐標(biāo)精確固定。測(cè)量過程中做好標(biāo)記及記錄，鉆機(jī)就位后進(jìn)行樁位復(fù)核。確定錨固區(qū)域，并進(jìn)行障礙物探測(cè)，必要時(shí)清除障礙。樁位誤差控制在規(guī)范要求之內(nèi)，錨桿水平定位偏差不應(yīng)＞20 mm、垂直方向的偏斜度不應(yīng)＞2 %。

2.3 鉆機(jī)成孔

對(duì)所有錨桿定位后，確定施工順序，安排鉆孔機(jī)械就位，并采取措施保證鉆機(jī)水平度和垂直度符合要求，錨桿鉆孔的深度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆孔機(jī)械參數(shù)，確保鉆進(jìn)速度 10～20 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度 10～20 r/min，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，穩(wěn)鉆 1～2 min，以便底端頭達(dá)到預(yù)定直徑，鉆孔深度大于錨桿長(zhǎng)度 0.5 m。

2.4 高壓噴射擴(kuò)孔

鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度后，用高壓泵以 10～20 cm/min的提升速度及 5～15 r/min 的噴嘴轉(zhuǎn)速?gòu)纳贤逻M(jìn)行清水?dāng)U孔（水壓 30 MPa）。隨后，采用 P·O 42.5 的普通硅酸鹽水泥，水灰比 1.0，擴(kuò)大噴射壓力 25～30 MPa，以鉆速 20 cm/min 的提升速度進(jìn)行高壓噴射擴(kuò)孔，勻速上提至擴(kuò)大頭段頂部，噴管旋轉(zhuǎn)、提升或下沉過程應(yīng)速度均勻，進(jìn)行高壓噴射擴(kuò)孔，連接高壓注漿泵和鉆機(jī)的輸送高壓噴射液體的高壓管≤ 50 m。

2.5 錨桿制作、保護(hù)、下錨

籠芯囊錨桿主要構(gòu)件如圖1 所示，分別為鋼筋錨具及鋼墊板、錨桿桿體、錐頭、定位器、囊袋。主要構(gòu)件錨桿桿體采用Φ36精軋螺紋鋼（PSB930 級(jí)），單根錨桿抗拔承載力特征值為 360 kN，抗拔極限承載力為 720 kN；囊袋為收縮狀態(tài)，注漿后擴(kuò)大為筒狀。

圖1 籠芯囊抗浮錨桿構(gòu)件

錨桿現(xiàn)場(chǎng)組合制作如圖2 所示。按設(shè)計(jì)要求制作錨桿，將籠芯囊安裝在錨桿桿體上，囊袋上口應(yīng)采用上鎖扣將囊袋卡位固定于鋼筋桿體上，下鎖扣應(yīng)壓住袋布安裝，袋布應(yīng)密封包圍桿體鋼筋。應(yīng)將注漿管與桿體綁扎牢固，注漿管接入囊袋注漿口，排氣管接入囊袋排氣口。為使錨桿處于鉆孔中心，在桿體上設(shè)置定位器，定位器間距 1.5 m。錨桿桿體在下部設(shè)置一道止水橡膠環(huán)。全部桿體采用專用防腐涂料涂裝，桿體上端應(yīng)深入混凝土底板，下端深入囊袋口與囊袋搭接，搭接長(zhǎng)度≥150 mm，涂層厚度≥300 μm，確保桿體全程完全與地下水隔離，錨桿的保護(hù)層厚度≥25 mm。

圖2 錨桿現(xiàn)場(chǎng)組合制作

由于錨桿施工過程中容易被破壞，為保護(hù)錨桿，開發(fā)了一種錨桿保護(hù)裝置。該裝置在錨桿桿體的一端設(shè)有保護(hù)套，保護(hù)套的端部設(shè)有熒光帶，熒光帶粘貼纏繞在保護(hù)套上。熒光帶采用一種熒光材料制成，在夜間視野不清施工時(shí)會(huì)發(fā)光提醒，可以做到預(yù)防和保護(hù)錨桿桿體的作用。保護(hù)套由左、右兩個(gè)半弧套組成，二者通過插入螺栓固定成一個(gè)整體。

錨桿保護(hù)裝置安裝好后，及時(shí)下錨，將錨桿放置于孔中，如圖3 所示。下錨過程如遇阻礙或其他無法正常下錨情況，應(yīng)拔出錨桿，分析阻礙原因，制定措施整改后重新下錨。

圖3 下錨

2.6 注漿

錨桿就位后，安裝注漿管對(duì)囊袋及錨孔中進(jìn)行注漿，如圖4 所示。水泥漿采用 P·O42.5 水泥，內(nèi)摻8 % 的膨脹劑，水灰比 1.0，水泥試塊軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≥30 MPa。水泥漿應(yīng)攪拌均勻，在初凝前及時(shí)使用。為防止結(jié)塊、雜物混入漿液，設(shè)置過濾器。注漿管采用直徑 25 cm 軟管，固定在定位裝置上。注漿前清孔，注漿管端部至孔底的距離不宜＞200 mm；注漿及拔管過程中，注漿管始終置于注漿液面內(nèi)，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定壓力后，視為漿體注滿，可停止注漿。如發(fā)現(xiàn)注漿后漿液面下降時(shí)，應(yīng)進(jìn)行孔口補(bǔ)漿。注漿完成后，清理錨桿孔位周圍浮土，安放帶有支座的定位卡環(huán)并與錨桿桿體相適配，然后拆除定位裝置，進(jìn)行下一步施工。

圖4 壓力注漿

2.7 試驗(yàn)、驗(yàn)收、養(yǎng)護(hù)、成品保護(hù)

籠芯囊抗浮錨桿施工完成后應(yīng)進(jìn)行抗拔承載力試驗(yàn)，如圖5 所示。錨桿的驗(yàn)收試驗(yàn)，不應(yīng)少于每種類型錨桿總數(shù)的 5 %，且不少于 3 根，驗(yàn)收試驗(yàn)應(yīng)按 JGJ 120－2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行，錨桿錨固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 90 % 后方可進(jìn)行試驗(yàn)，受檢錨桿應(yīng)采用隨機(jī)抽樣的方法選取。錨桿試驗(yàn)采用分級(jí)循環(huán)加載法，加載等級(jí)和位移觀測(cè)時(shí)間如表1 所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，各受檢錨桿的錨頭位移均能保持相對(duì)穩(wěn)定，累計(jì)上拔量為 4.52～10.15 mm，錨桿彈性變形計(jì)算值在 3.64～8.15 mm。所有數(shù)據(jù)均符合 JGJ 120－2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 規(guī)定，錨桿抗拔承載力滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

表1 錨桿分級(jí)加載等級(jí)和位移觀測(cè)時(shí)間

圖5 錨桿承載力檢測(cè)設(shè)備及試驗(yàn)

錨桿施工完成后 15 d 對(duì)錨孔內(nèi)的水泥漿進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，不得碰撞錨桿，必須待水泥漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行后續(xù)施工，并保證對(duì)錨桿成品的全過程監(jiān)控，確保錨桿安全、完整、有效，防止對(duì)錨桿頭部碰撞產(chǎn)生破壞而導(dǎo)致錨桿抗拔力下降。

2.8 錨桿與底板結(jié)構(gòu)結(jié)合處技術(shù)研究

抗浮錨桿與地下結(jié)構(gòu)結(jié)合處防水問題以及錨桿與結(jié)構(gòu)底板錨固后的抗拉拔是關(guān)鍵技術(shù)難題。實(shí)踐中通過改良現(xiàn)有技術(shù)，錨桿桿體露出防水保護(hù)層部分的下端和上端各設(shè)置鋼墊板兼做止水鋼板，與橡膠防水環(huán)技術(shù)組合提高了防水效果；同時(shí)，防水卷材施工中，對(duì)錨桿與墊層連接處進(jìn)行特別處理。

錨桿與結(jié)構(gòu)底板錨固原有技術(shù)主要采用套裝于錨桿桿體的錨具、鋼墊板、螺旋筋與結(jié)構(gòu)底板鋼筋錨固。在錨桿桿體的上端套裝鋼墊板，鋼墊板的中間設(shè)有錨具，結(jié)構(gòu)底板上層水平鋼筋穿過錨具錨固，鋼墊板的下端設(shè)有螺旋筋，螺旋筋套裝于錨桿桿體上，且螺旋筋的一端與鋼墊板固定連接。

實(shí)踐中改良原有技術(shù)，通過增加吊筋式斜拉鋼筋作為錨固筋提高錨桿抗拉拔能力，錨固筋可在錨桿前后左右多方向布置，如圖6 所示。在錨桿上部，采用斜拉鋼筋穿過錨桿螺旋筋，通過卡扣或綁扎與地下室結(jié)構(gòu)底板上部水平鋼筋連接，增加了錨桿與結(jié)構(gòu)底板的錨固性能，提升抗浮錨桿的抗拉拔能力，降低了結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，施工操作簡(jiǎn)便。同時(shí)，在澆筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)混凝土之前，對(duì)錨桿進(jìn)行檢查，如有破壞，返修并重新防腐。

圖6 抗浮錨桿與地下室結(jié)構(gòu)錨固

2.9 深基坑籠芯囊抗浮錨桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)

國(guó)內(nèi)外對(duì)抗浮錨桿的內(nèi)力研究，主要停留在錨桿檢測(cè)階段，通過在鋼筋上安裝振弦式應(yīng)變計(jì)，電纜傳遞至數(shù)據(jù)處理中心這種有線的方式監(jiān)測(cè)錨桿內(nèi)力變化，這種方式具有安裝復(fù)雜、造價(jià)高、維修困難、受環(huán)境影響大等缺點(diǎn)，限制了其在工程中的應(yīng)用，且國(guó)內(nèi)外對(duì)抗浮錨桿工作后長(zhǎng)時(shí)間范圍的內(nèi)力變化監(jiān)測(cè)較少。

針對(duì)這種有線監(jiān)測(cè)存在的缺陷，本工程采用一種無線內(nèi)力監(jiān)測(cè)設(shè)備，如圖7 所示，通過無線拉力傳感器進(jìn)行籠芯囊抗浮錨桿本體內(nèi)力監(jiān)測(cè)，利用無線傳感技術(shù)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)按頻率進(jìn)行記錄，方便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合處理，位于不同的籠芯囊抗浮錨桿本體得到的數(shù)據(jù)可能不同，提高采集的數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

圖7 深基坑籠芯囊抗浮錨桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語

本文針對(duì)實(shí)際案例工程進(jìn)行深基坑籠芯囊抗浮錨桿施工技術(shù)研究，基于 BIM 技術(shù)和二維碼技術(shù)制作三維可視化交底、精確定位技術(shù)、錨桿保護(hù)裝置、錨桿施工防水、錨桿與結(jié)構(gòu)底板錨固技術(shù)以及內(nèi)力監(jiān)測(cè)技術(shù)等應(yīng)用，確保深基坑籠芯囊抗浮錨桿施工質(zhì)量合格，施工過程安全可靠，降低工程成本，提升施工效率，取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，本工程實(shí)踐中形成部級(jí)工法一項(xiàng)，QC 成果榮獲中國(guó)冶金建設(shè)協(xié)會(huì)二等獎(jiǎng)，為今后深基坑籠芯囊抗浮錨桿施工提供參考。Q