抗浮锚杆技术在深厚卵石层地区的工程应用

2015-12-11许万强

福建建筑 2015年8期

许万强

(1.福建省岩土与环境企业工程技术研究中心福建龙岩 364000;2.福建永强岩土股份有限公司福建龙岩 364000)

引言

随着城市的建设发展，大跨度、深埋置的大型建筑项目日趋增多，地下水对建筑施工过程及使用过程的影响不断加大。尤其是在滨海高层群体建筑采用整体裙房或纯地下室结构地区，由于地下水位高，自重和地面回填土的重量与地下水浮力不能平衡，常引发地下室底板隆起、开裂、整体建筑物上浮等工程质量事故。

目前，针对建筑抗浮措施主要有:压载抗浮技术;降排截水技术;抗浮桩技术;抗浮锚杆技术。而抗浮锚杆技术因其具有地层适应性强，便于施工、经济效益显著等优势，广泛地应用于实际工程。本文结合龙岩某实际工程案例探讨在高水位、深厚卵石层等复杂地质中抗浮锚杆在设计、施工及检测技术难点。

1 工程概况

1.1 项目概况

项目位于龙岩市新罗区莲庄路与金鸡路交接处东山收储A1地块，在东山人居板块内，占地面积约100878.1m2，由15幢(6#～20#楼)高层框剪结构住宅楼及四周一层纯地下室组成。本工程高层住宅楼采用桩基础，纯地下室采用独立基础，基础埋深6.0m，基底坐落于卵石层上。

1.2 地质概况

根据地质勘探资料，本工程抗浮锚杆成孔范围内场地土层分布如下:素填土、耕植土、卵石③、泥质卵石④、粉质粘土④-1、含碎石角砾粉质粘土⑤、闪长岩残积粘性土⑥-1、泥岩残积粘性土⑥、全风化泥岩⑦、强风化泥岩⑧、中风化石灰岩⑨、破碎石灰岩⑨-1、含角砾粉质粘土⑨-2、空溶洞⑨-3、含角砾粉质粘土⑨-4、角砾⑨-5、岩溶化石灰岩⑨-6、中风化泥岩⑩-1、中风化泥质粉砂岩⑩-2。典型的地质剖面详见(图 1)。

本场地地下水分为两层:上部为第四系孔隙水，赋存于透水性强的卵石层，由大气降水和场地东侧小溪河河水侧向补给，稳定水位埋深2.70～6.90m;下部为灰岩岩溶水，赋存于空溶洞、充填溶洞、岩溶化石灰岩、破碎灰岩中裂隙、溶蚀裂隙、溶蚀沟槽中，为潜水。主要受地下侧向径流补给。整个场地总体上其透水性强，富水性强。

图1 典型的地质剖面图

2 抗浮设计方案选择

2.1 降排截水抗浮

在地下室底板设置反滤层，并用盲沟与周围设置的竖向集水井相连。当地下水位超过控制水位时，自动启动降水系统抽水外排，以便降低水位，从而保证地下室稳定。此方案措施前期工程造价较低，但后期的施工过程中，需长期的抽排水，管理成本高，容易出现土层的土体颗粒随抽排的水进入反滤层，引起反滤层堵塞而失去作用，因此次方案对反滤层选材及构造设计要求较高。

2.2 配重抗浮

配重抗浮可以采用采用铁屑等重型混凝土浇筑地下室地板并加大地板的厚度，或在地下室底板和顶板上回填密度较大的材料，利用回填物的重量及结构自重来平衡水浮力。此抗浮方案施工简单可靠，在后期使用过程中没有管理成本。当建筑物自重与水浮力相差不大时，对整体的工程造价影响不大，但当建筑物的自重与水浮力相差较大时，对整体的工程造价影响较大。且此措施受到空间的限制，在采用时需校核增加的结构重量与加大的水浮力之间的关系。

2.3 抗拔桩抗浮

采用钢筋混凝土灌注桩或预制管桩作为抗浮桩体，利用桩体自重及桩身侧壁与土体的摩擦阻力来抵抗水浮力。因此抗浮力与桩径、桩长、周边土质有密切相关。抗拔桩桩间距不宜太大，一般与上部结构柱相连，且桩端伸入岩性较好的持力层。此方案施工简单，桩柱相连增加了底板的中间支撑，增强了底板的整体刚度，但抗拔桩的施工及其后期施工环境受地质的影响答大且整体的造价高。

2.4 抗浮锚杆抗浮

锚杆作为底板与其下土层之间的拉杆，利用筋体和砂浆组成的锚固体与土体的结合力来平衡水浮力。由于锚杆采用的是高压注浆工艺，浆液能渗透到岩土体的空隙及裂缝中，锚杆侧方的摩阻力大于抗拔桩，抗拔效果优于抗拔桩。且此方案具有布置灵活，受力合理，工程造价低等优点。

2.5 方案对比选择

考虑本工程场地地下水位高，建筑构造物自重与水浮力相差较大且基地坐落与深厚的卵石层上等复杂地质因素。若采用降排水方法降低地下水位，周边其他构造物容易出现不同程度的沉降，且后期的管理费用高;若采用配重抗浮方案，无法很好地协调地下空间与抗浮力的之间的关系;若采用抗浮桩措施，由于场地工程桩密度较大，抗浮桩的布置在一定程度受到工程桩的影响。因此，本次抗浮措施采用锚杆抗浮技术。

2.6 方案设计

本工程除高层塔楼部分，A、B类型独立基础下均匀布置4根锚杆，锚杆杆体直径150mm，锚筋为2Φ25(2Φ20)HRB400螺纹钢筋。单根锚杆轴向拉力承载力特征值分别为150KN、90KN，以锚杆轴向拉力为控制锚杆长度，锚杆采用二次高压注浆工艺施工。A、B型独立基础抗浮锚杆布置图详见(图2、图3)。

图2 A型独立基础抗浮锚杆布置图

图3 B型独立基础抗浮锚杆布置图

锚杆设计长度:

(1)若锚杆全部进入卵石层，锚杆长度(h)依次为12m、6.0m。

(2)若锚杆进入含碎石角砾粉质粘性土层，锚杆长度(h)依次为19m、10m。

(3)若以上情况锚杆长度(h)不满足时，以进入破碎石灰岩层3.0m和1.0m为终孔条件。

3 锚杆的施工

3.1 施工工艺

基础开挖至垫层底标高→浇筑100厚C15混凝土垫层→锚杆孔位测放→套管跟进钻进成孔至设计深度→清孔提钻→置入锚杆筋体(含对中架)、水泥砂浆配置→锚杆上部端头铺设5层油毡→压力灌浆→检测及验收→基础底板防水、钢筋制安、混凝土施工。

3.2 质量控制要点

针对本工程场地高水位、深厚卵石层等复杂地质情况，在一般锚杆施工的工艺技术上采取相应措施来保证锚杆的施工质量，确保达到设计要求。

1)成孔控制

本工程成孔采用 XY—1型液压锚杆钻机钻孔(边加钻杆边加套管)，钻头直径不小于150mm，泥浆护壁。钻孔前应先自查钻机的各部机件完好性能及钻杆固锁连接的绝对性，钻头直径应确保不小于100mm，钻进时应注意各类土层钻进的速度(以设备参数为参照)，在钻孔中，若遇中粗砂层难于造浆应相应地加纯性红粘土后方可造浆，若进入中风化花岗岩层，应控制钻进速度，在钻孔中应确保成孔的垂直度。孔底的斜偏不得大于钢筋长度3%，孔深不小于设计桩长。在钻孔中，应确保孔内的泥浆稠度(10s～20s以内)，以确保进尺，及防止砂粒集中沉垫于孔底。

2)锚杆制安

根据设计图纸(节点如下)，采用 2根 25mm(20mm)三级螺纹热轧钢筋，制作前钢筋应平直、除油和除锈，按照设计要求下料，沿杆体轴线方向每隔2m设置对中支架，把钢筋与对中支架焊接牢固，对中支架尺寸详见(图4)。钻孔完成且清孔后，将制作好的钢筋和注浆管下入孔中，要求下至设计深度，误差不超过10cm。注浆管底部0.2m起钻凿Φ6泄浆孔8个，间隔500mm，管端口与孔底保持300mm。

图4 锚杆的结构图

锚杆与独立基础的连接应保证锚杆钢筋应深入独立基础不少于钢筋直径40倍，钢筋上端90度弯曲且长度需大于200mm，钢筋下端下到孔底，沿锚杆长度方向间隔2000mm布置一对中架(由3根直径6mm的圆钢与锚筋点焊制作而成)。在锚杆顶端、基底垫层处铺设5层油毡。

3)套管的拔出

套管在下钢筋结束及灌浆管后用SH-30型拔管机或液压拔管器拔出;拔管时应保证钢筋不随管拔出，并随时复核钢筋上余长度。

4)压力注浆

本工程采用二次高压注浆，注浆体采用30MPa水泥砂浆，水泥采用P.C32.5R水泥，水灰比为1:1。保证注浆质量措施:①水泥砂浆在砂浆搅拌机中拌和时间不少于3min，使之均匀一致。②注浆时注浆管放于孔底，采用的注浆管应能确保在1h内完成单根锚杆的连续注浆。注意液面情况，若有下降须进行补注。③以绑扎在主筋上的注浆管为导管，注浆口与泥浆泵用高压注浆管与枪头连接，泥浆泵从灰浆池中汲取水泥浆，自高压注浆管注人锚杆孔内，直至冒浆后，再在1.0MPa压强下稳压注浆1min后停止压浆，立即拔掉枪头，拆堵注浆管。浆体硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆。对锚固体的二次高压压浆，应在一次压浆形成的水泥砂浆结石体强度达到一定强度后进行。