岩石锚杆在烟囱基础中的施工与试验

张静

（中化二建集团有限公司（山西华晋岩土工程勘察有限公司）030021）

岩石锚杆在烟囱基础中的施工与试验

张静

（中化二建集团有限公司（山西华晋岩土工程勘察有限公司）030021）

本文通过哈尔巴岭日遗化武挖掘回收设施工程1#挖掘楼烟囱岩石锚杆基础为例，阐述在中风化状态下花岗岩中岩石锚杆基础施工与试验，重点把控锚杆施工与灌浆质量要点，并通过计算和试验验证施工中所采用的锚杆和灌浆料参数及锚杆在岩石中锚固长度均达到设计要求；其优越性非常突出，不但可缩短建设工期，还可节约成本、保护环境。本文旨在为以后相似工程施工提供借鉴和指导作用。

烟囱基础；岩石锚杆；施工；试验

1　前言

本工程施工区域为国家重点工业林区，北依哈尔巴岭，山体属长白山山脉北部山区支脉，处于区域断裂带影响的边缘，故受其影响甚小，岩体仅受轻微挤压。据地震部门资料，施工场区无新构造活动断裂和发震断裂，场区区域构造稳定性较好，岩石承载力标准值较高，因而此条件下建立的设备基础可采用岩石锚杆基础。

岩石锚杆基础利用岩石作持力层，用细石混凝土或高强无收缩灌浆料和锚筋注入钻凿成型的岩孔内的锚桩基础，把上部结构荷载通过桩或垫块直接传至岩石上，并与岩石连成整体基础，发挥了原状岩体力学性能，具有良好抗拔性能，特别是上拔和下压地基变形比其它类型基础都小，大大降低基础材料用量，节约成本。

1.1工程概况

本工程位于吉林省延边自治州敦化市大石头镇东南侧炮弹沟内，北依哈尔巴岭，西临大林水库；距大石头镇约19km。山体属长白山山脉北部山区支脉，山体连绵，地形复杂；场地地层在揭露深度51.2m范围内，地层结构主要为第四系全新统植物沉积、沼泽相沉积泥炭和粘土、低洼沟谷内第四系全新统湖沼积、冲积的粘性土、第四系坡残积砂砾粘性土及燕山期风化花岗岩。底部地层：燕山期第⑨、⑩、（11）层风化花岗岩，局部夹辉绿岩岩脉。

本工程分别在1#挖掘楼有2个烟囱锚杆基础，2#挖掘楼和回收楼各有一个烟囱锚杆基础，以1#挖掘楼地层为例，⑨层强风化，⑩层中等风化作为持力层岩石锚杆基础。

1.2烟囱受力特点与原始数据

烟囱基础受力特点：其同时承受竖向荷载Fz，倾覆弯矩Mr，水平荷载Fr。在实际工程中倾覆弯矩Mr是基础稳定的主要控制条件。

1#挖掘楼烟囱设计为30m钢筒烟囱，烟囱±0.000m相当于绝对高程235.2m，基础埋深2.4m。基础采用圆柱台阶式，基底标高-2.4，自-2.4～-0.9m为第一台阶部分，自-0.9～±0.000m为第二台阶部分，第一台阶部分直径2.5m，配置两层水平钢筋，第二台阶部分直径1.9m。基础混凝土C35，钢筋HRB400级。

1.3烟囱基础方案

因本次设计室内地坪标高235.2m，烟囱独立基础顶面轴压力不大，且地基物理力学性能指标稳定，岩心无破碎，裂隙较少。如在基岩上采用常规台阶式基础、掏挖式基础，既不能充分利用基岩工程地质特性，导致工程浪费，且不利于环境保护；更因此烟囱基础与1#挖掘楼（炮弹坑）水平距离非常小，减少石方量开挖和基础埋深可减少对炮弹坑影响，安全性更高；因此采用竖向岩石锚杆基础，可有效减少甚至避免诸多不利。

1.4设计要求

1#挖掘楼烟囱基础锚杆总数9根，每根长3.6m，锚杆孔径96mm；锚杆采用φ32精轧螺纹钢筋PSB930（屈服点不小于930MPa），岩石地基岩体完整程度应不低于破碎，岩石饱和单轴抗压强度宜>25MPa。

锚杆孔灌注采用高强无收缩灌浆料或合成树脂注浆料。注浆材料与岩石粘结强度不应<0.5MPa，注浆材料与精轧螺纹钢筋粘结强度不应<2.5MPa。

2　岩石锚杆施工

2.1工艺流程

土石方开挖→按基础平面布置图进行基础放线和定位→施工垫层→按基础平面图进行钻孔前锚孔定位放线→钻机组装和对位→钻孔和清孔→锚杆插入→注浆料灌注并保养。

2.2施工准备

2.2.1技术准备

（1）施工前应对影响施工的事项调查核实，对地勘报告情况进行设计对比，施工技术负责人进行技术交底，掌握施工技术要求和施工验收规定。

（2）对地下埋设物和障碍物等在施工前应再度进行细部复核，确认无影响后方可施工。

2.2.2材料准备

锚杆进场时由技术和材料人员对锚杆外观、直径、长度等严格校核和检查，复检质量检验证明；灌浆料应检查质量合格证书、检验报告；同时安装前由负责人对锚杆进行校核和检查。

（1）本项目锚杆采用营口市九隆精制螺纹有限公司生产的精轧螺纹钢筋PSB930，经检验，锚杆质量符合《GB/T20065-2006》标准要求。锚杆屈服强度Rel 960MPa、抗拉强度Rm 1160MPa、及延伸率A7.0（%）均达设计要求。

（2）本项目灌浆料采用吉林联大新型建材有限公司生产的高强无收缩灌浆料，规格型号：LD991。灌浆料符合《JC/T986-2005》标准要求。其凝结时间（初凝≥2.3h、终凝≤8.5h），抗压强度（1d：23MPa；3d：35MPa；28d：50MPa），灌浆料与螺纹钢粘结强度28d为14MPa，大于标准13MPa，符合要求。

2.2.3钻机准备

钻机采用ZYQ系列全液压轻便钻机，该钻机解体性强，方便移动，单部件重量轻，易于移位，大大减少施工过程辅助时间，提高施工效率，适用地层范围广。

2.3钻孔施工

（1）首先用人工挖至锚杆基础垫层底设计标高。查看岩石情况，同时报监理和设计、勘察单位确认，达到要求后方可进入下步工序。

（2）为保证锚孔位置准确，采取首先打垫层，然后再在垫层上准确放样，以确定锚孔准确位置。对每个确定的孔中心在垫层上明显标出，保证孔间尺寸准确无误。

（3）钻孔过程时刻注意固定好钻机底座，始终保证钻杆垂直，如有跑锚现象，立即停机处理。

（4）技术人员观察记录岩层变化情况，发现地质情况与设计提供资料不符时应停机，并通知设计部门处理。

（5）钻孔施工中发现排渣异常，出现可疑液体、刺鼻气味等异常情况时，应停止钻孔施工，查明情况后再进行。

（6）每个锚孔钻完后，应立即检查成孔质量。锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应>100mm；钻头直径不应<设计钻孔直径3mm；钻孔轴线偏斜率不应>锚杆长度2%；锚杆钻孔深度不应<设计长度，也不宜>设计长度500mm。

（7）钻孔施工完成后移开钻孔设备。清理基面四周风化砂、碎石。使用专用封孔器材将锚孔封堵，防止钻头及杂物掉人孔内。

（8）使用空气压缩机清孔，要有足够压力以保证孔内岩粉和土屑清除干净；然后用清水充分清洗孔壁，以增加锚杆与岩层粘结强度。

（9）在基础垫层上安装三角吊装支架。利用支架将锚杆垂直下入锚孔内，注意不得磕碰孔壁周围，防止将杂物带入孔内。

（10）为减少锚孔岩石风化影响，成孔后尽快组织注浆料灌注，注浆料灌注采用高强无收缩灌浆料。

2.4锚杆灌浆施工

（1）清扫烟囱基础垫层表面，将锚杆钻孔内充分湿润，灌浆前1h，应吸干积水。

（2）高强无收缩灌浆料拌合时，加水量应按产品合格证上推荐用水量加入（含水率≤2%），搅拌均匀即可。严禁掺入任何外加剂。

（3）因高强无收缩灌浆料具有很好流动性能，一般情况下，用“自重法灌浆”即可，即将浆料直接沿孔口灌入，完全依靠浆料自重填充整个灌注空间。

（4）灌浆开始后须连续进行，不能间断，并应尽可能缩短灌浆时间。

（5）灌浆过程如发现表面有泌水现象，可布撒少量高强无收缩灌浆料干料，吸干水份。

（6）锚孔灌浆完毕后应在灌浆层终凝前剔除基层表面余浆，灌浆层终凝后立即洒水保湿养护。

（7）在注浆料灌注完毕7d内，距基础5m内不允许有对基础有影响的作业，30m内不允许有爆破作业。

3　锚杆实验

3.1试验要求

（1）据《建筑地基基础设计规范》附录M岩石锚杆抗拔试验要点：在同一场地同一岩层中锚杆，试验数不得<总锚杆5%，且不应少于6根。《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS222005）中也规定：对任何一种新型锚杆，或锚杆用于未应用过的地层时，须进行极限抗拔试验。锚杆极限抗拔试验采用地层条件、杆体材料、锚杆参数和施工工艺须与工程锚杆相同，且试验数量不应少于3根。

（2）本工程设计要求：试验锚杆拉拔力采用精轧螺纹屈服强度50%（465MPa）为抗拔极限值。每个烟囱基础试验锚杆不少于3根。实验结果须通知设计。

3.2试验设备

本次岩石锚杆抗拔静载荷试验所用主要设备：HC-50锚杆拉拔仪，由北京海创高科科技有限公司研制生产。主要由手动泵、液压缸、智能压力数值显示器及带快速连接头的高压油管等部分组成。主要技术参数：油缸中心孔直径：60mm；油缸行程：120mm；测量范围：0～500kN；重量：29g；分辨率：0.01kN。

3.3试验方法

（1）试验采用分级加载，荷载分级10级。试验最大加载量不少于锚杆设计荷载2倍，在安全条件允许情况下，尽可能增加加载量，以测求锚杆抗拔极限承载力。

（2）每级荷载加完毕后，立即测读位移量，以后每间隔5min测读一次，连续4次测读出的锚杆拔升值均<0.01mm时，认为在该级荷载下位移已达到稳定状态，可继续施加下一级上拔荷载。

（3）当出现下列情况之一时，即终止锚杆上拔试验：①锚杆拔升量持续增长，且在1h内未出现稳定迹象；②新增加的上拔力无法施加，或施加后无法使上拔力保持稳定；③锚杆钢筋已被拔断，或锚杆锚筋被拔出。

（4）符合上述终止条件的前一级上拔荷载，即为该锚杆极限抗拔力。

（5）参加统计试验锚杆，当满足其极差不超过平均值30%时可取其平均值为锚杆极限承载力。极差超过平均值30%时宜增加试验量并分析极差过大原因，结合工程情况确定极限承载力。

3.4试验结果与分析

3.4.1试验结果

本次试验以1#挖掘楼（1-2）·G轴以北6根锚杆进行试验，要求最大拉力387kN，检测结果达到387kN（480MPa）以上，极限承载能力可达到设计要求（465MPa），是一种安全可靠的基础型式。

3.4.2试验结果分析

（1）锚杆基础破坏可分3个阶段：

首先荷载较小时锚杆、灌浆料与岩石地基共同承担上拔荷载，上拔位移很小，地面没有明显变形；其次随荷载加大，靠近地表灌浆柱与岩石结合强度较弱部位产生环形裂缝，岩体表面出现细小裂纹，基础上拔位移量增大；当荷载增大到一定程度时，上拔荷载沿锚杆向深部岩石地基传递，锚杆基础变形迅速增大，产生以基础为中心的放射状裂缝，并向四周逐步发展。裂缝扩展范围和宽度随荷载增加而增大，最终基础灌浆与岩石结合而被拔出或沿环形裂缝带动周围一定范围内的岩石一同被拔出。本次试验锚杆未被拔出，基体岩石未受到破坏。

（2）本工程以2.5m作锚杆锚固长度，可满足基础强度稳定要求。基础平台可改善基础受力条件，提高基础稳定可靠性。

（3）提高混凝土标号与使用高强无收缩灌浆料，加大岩孔直径能显著提高基础承载能力，使基础承台与地基能紧密地连接成整体，基底不会出现受拉脱开现象。

（4）施工质量优劣对基础承载能力影响极大，要据岩石条件和基础型式制定合适工艺和操作程序，保持机具设备处于良好工作状态，严格掌握高强无收缩灌浆料配制搅拌和灌注质量，确保承台混凝土和原状岩体粘结，采取必要养护措施和防风化措施。

4　结束语

（1）本工程岩石锚杆施工取得良好经济效益和社会效益。①在岩石山区采用锚杆基础施工材料非常省，同时也可减少材料运输，施工周期短；如采用钢筋砼独立基础，为保证基础稳定和最小埋置深度，基础将加深，这样既不能充分利用基岩工程地质特性和钢材抗拉强度高的特点，除基础费用增加外，上部结构钢筋砼量都有所增加，导致工程浪费；而岩石锚杆基础则可大大节约施工成本；②锚杆基础是环保型基础，对植被、山体破坏非常小，土石方开方量小，弃方量较少，无回填，对当地是国家重要工业林区的环境保护非常重要；③此烟囱基础紧邻1#炮弹坑，目的是为排放炮弹埋藏体滤毒、换气使用，用机械破碎加大基础开挖和深度较困难，可能会使用爆破作业，继而对炮弹坑危险系数将增大，因此从安全角度上考虑采用岩石锚杆基础是必要的。

（2）本工程岩石锚杆基础适用于中风化岩石区，施工需采用专业设备，施工工艺流程有钻孔、清孔、润孔、灌浆等工艺流程，对锚孔施工要求高，这就要求技术人员要做更为细致工作，同时对现场施工人员也提出更高要求。因此建议在岩石锚杆基础施工中，应对一线施工人员进行一定培训。

[1]哈尔巴岭日遗化武挖掘回收设施工程设备锚杆基础施工方案.

[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.

[3]《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22-2005）.

[4]苏秀成，高学彬.岩石锚杆基础施工工艺.电力建设，2007，28（4）：5.

[5]马建伟，艾春辉，李荣升.岩石锚杆基础在山区基础施工中的应用.机电信息，2014（30）.

TU476

A

1673-0038（2015）43-0170-03

2015-10-8