抗浮锚杆高压劈裂注浆技术应用分析

罗 凡

(厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361004)

0 引言

近几年来，抗浮锚杆在地下室抗浮设计中的应用越来越普遍和广泛，而由于普通锚杆的抗拔承载力较小，遇到高水位的情况时，适用性往往受到限制。程良奎等[1]总结了提高岩土锚杆抗拔承载力的途径、方法及其效果，当中就提到了后高压注浆能显著提高锚杆的抗拔承载力，实现用较少的锚杆来满足锚固结构物稳定性的要求，这对于降低工程成本，缩短工程建设周期十分有益。基于此，本文拟通过某抗浮锚杆高压劈裂注浆案例，探讨其技术应用。

1 高压劈裂注浆原理

高压劈裂注浆锚杆，是在一次高压注浆结束后对一次注浆形成的锚固体再次或多次施作高压注浆的锚杆。该类型锚杆，既可应用于渗透性较好的砂层，又可应用于渗透性差的粘性土层、岩层等。实践表明，对于软塑、流塑粘粘土地层，由于地层透水性差，有时普通渗透注浆或压密注浆都难以达到理想效果，而劈裂注浆可利用其液压在地层中产生劈裂孔隙，改善地层的可注性，从而达到注浆加固的要求。

《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)[2]规定，锚杆(索)锚固体与岩土层间的长度应满足式(1)的要求:

(1)

通过变换公式可得到锚杆抗拔承载力为：

(2)

式中，frbk为岩土层与锚固体极限粘结强度标准值。

可见，提高锚杆锚固段岩土层与锚固体极限粘结强度，能有效地提高锚杆的抗拔承载力；对锚固体周边地层实施高压注浆，正是出于增大锚固体与地层间粘结摩阻强度的考虑。

高压劈裂注浆锚杆，可以改良锚杆锚固体周边土的物理力学性质，提高土的抗剪强度，提高锚固段剪切面上的法向应力，保证锚固体周边土体的劈裂注浆形成的浆脉分布范围大且均匀(图1)，具有良好的地层加固效应。

1-杆体;2-钻孔;3-密封袋;4-后高压注浆体;5-袖阀管;6-注浆管;7-挡土结构;8-锚具图1 高压劈裂注浆型锚杆示意

由此，通过高压劈裂注浆，可使得锚固体与地层间结合面上的粘结摩阻强度得以显著增大，大幅度提高锚杆的抗拔承载力。

2 工程案例

该项目位于福建省厦门市环东海域片区，为多栋多层办公楼，总建筑面积17万m2，地下室面积5.4万m2。抗浮设计最高地下水位按周边设计室外地坪标高以下0.5m考虑，底板抗浮水压力为50kPa。以地勘勘点ZK89、ZK85为例，该项目典型地质剖面分别为如图2～图3所示。

图2 ZK89剖面

图3 ZK85剖面

锚杆设计顶面高程为2.6，从ZK89剖面可以看出，锚杆锚固段大部分处于残积粘性土中，局部进入全风化凝灰岩；而从ZK85剖面可以看出，锚杆锚固段大部分处于全风化凝灰岩中，局部进入土状强风化凝灰岩。

该工程依据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)进行锚杆设计，对比了普通锚杆(无高压劈裂注浆)和采用高压劈裂注浆技术的锚杆承载力，计算对比结果如表1～表2所示。

表1 ZK89锚杆承载力计算结果对比

表2 ZK85锚杆承载力计算结果对比

从表1～表2可以看出，在相同锚杆长度下，采用高压劈裂注浆技术的锚杆抗拔承载力特征值，比普通锚杆提高约15%～20%。 而根据文献[1]实例统计，普遍可提高30%以上。

根据锚杆检测报告，ZK89(图4)和ZK85附近锚杆检测结果(图5)显示，最大试验荷载可达到特征值的2倍，而根据图中曲线趋势判断，锚杆极限荷载将会大于特征值的2倍。由此可见，该项目设计的高压劈裂注浆技术锚杆具有较高的可靠度。

图4 ZK89附近锚杆检测结果

图5 ZK85附近锚杆检测结果

从锚杆抗拔试验检测结果曲线图可以看出，锚杆在初始拉拔受力阶段，基本呈线性特征，高压劈裂注浆锚杆的初始抗拔刚度，大致在40 000N/mm～50 000N/mm之间，可为后续防水底板设计提供依据。

3 锚杆设计规范选取

目前，涉及锚杆设计的规范较多，比如《建筑边坡工程技术规范》[2]《建筑地基基础设计规范》[3]《岩土锚杆(索)技术规程》[4]等，各规范给出的设计公式也各不相同，主要区别在安全系数。比如《建筑边坡工程技术规范》规定二级边坡工程的抗拔安全系数取2.4(对应的是抗拔承载力标准值)；《建筑地基基础设计规范》规定抗拔安全系数取1.6(对应的是抗拔承载力标准值)；《岩土锚杆(索)技术规程》规定安全等级为二级的锚杆抗拔安全系数取2.0(对应的是抗拔承载力设计值)，换算成对应标准值时，安全系数为2.0×1.35=2.7。 各规范安全系数对比如表3所示。

表3 各规范安全系数对比

从该项目的锚杆检测结果来看，由于采用高压劈裂注浆技术的锚杆具有较高的可靠度，该工程选取《建筑边坡工程技术规范》进行锚杆设计是合适的，既保证安全又有很好经济性。

4 锚杆锚固长度限值

各规范对锚杆锚固长度均有一定的限制，原因在于当锚固段过长时，灌浆体与地层界面的粘结逐渐软化或脱开，随着锚固效应弱化，锚杆抗拔力并不与锚固长度增加成正比。

根据该项目提供的实际算例，ZK89附近的锚杆锚固长度达到16m，超出了规范限值；而实际检测结果表明，锚杆抗拔承载力可以满足设计要求。基此，建议当采用有助于提高锚杆可靠度的技术时(比如高压劈裂注浆技术)，由于粘结应力沿锚固段分布较均匀，锚固长度可适当放松，扩大锚杆的使用范围。

5 施工控制技术要点

5.1 高压劈裂注浆时间

以往一些项目要求高压劈裂注浆在一次常压注浆24h后进行，个别项目甚至要求在48h后进行。在24h后进行高压劈裂注浆时间偏晚，水泥净浆其实早已凝固，其已具备一定的强度，很容易灌不进去，造成二次注浆失败。根据该项目经验，建议高压劈裂注浆应在一次常压注浆8～12h后进行。

5.2 应明确注浆管开孔要求

从高压劈裂注浆的承载机理来说，需在注浆管沿长度方向开一定数量的孔(建议间隔1m)，以使高压注浆体沿锚固长度分布均匀，提供更多的摩阻力。

如遇到无实际施工经验的施工单位，注浆管按图纸说明，未要求开孔，二次注浆基本上是失败的。

5.3 应明确锚杆与底板、基础连接部位的防水构造做法

一些项目的锚杆设计说明中，没有体现锚杆与底板、基础连接部位的防水要求或做法，而建筑防水图集也没有相关的内容。然而，防水构造一旦缺失，锚杆中的锚筋更容易受到地下水腐蚀，从而降低了锚杆受力可靠度。为了保证锚杆的可靠度，建议在图纸说明中明确锚杆与底板、基础连接部位的防水构造做法。

6 结论

(1)高压劈裂注浆技术可明显提高抗浮锚杆的抗拔承载力，在高水位地下车库的抗浮设计中，具有较高的实用性和经济性。

(2)高压劈裂注浆技术可提高锚杆受力的可靠度，具有较高的安全性，扩大了抗浮锚杆的适用范围。

(3)通过锚杆抗拔试验，可得到高压劈裂注浆锚杆的初始抗拔刚度值。

(4)在锚杆施工过程中，高压劈裂注浆应在一次常压注浆8～12h后进行，沿注浆管长度方向开一定数量的孔，并应在图纸说明中明确锚杆与底板、基础连接部位的防水构造做法，确保高压劈裂注浆发挥实际作用。