承压型囊式扩体锚杆在抗浮结构中的应用

（中能建西北城市建设有限公司，陕西 西安 710065）

1 工艺特点

囊式扩体锚杆与传统的摩擦型锚杆主要区别在于两者锚固段形式的不同。传统的锚固方法是通过锚固段与周围土体之间的黏结力和摩擦力来传递荷载，因此锚固力的大小取决于有效锚固段的长度。国内外已有大量的实测资料证实，锚杆轴向力和锚固段表面黏结摩擦应力传递长度一般不大于10 m，通过进一步增加锚杆长度不能明显提高锚杆的承载能力。承压型囊式扩体锚杆，主要依靠扩大头的端压以及锚固段与周围土体的黏结力、摩擦力承载，锚固力主要取决于扩大头端部的承载面积。囊袋通过压力注浆向外均匀挤扩，增加扩体段围压，提高锚杆的拉力，减小变形；囊袋内注入高密度水泥浆，为锚端承压力提供强度保证。

2 工程实例

2.1 工程概况

某工程粉质黏土地基，人防地下室面积为1.18 万m2。±0.000 m标高为95.800 m，地下水抗浮设防水位标高为93.10 m，作用在底板底面处的水浮力74 kN/m2，仅依靠两层地下车库的自重不能满足抗浮稳定性的要求，应采取抗浮措施。

2.2 方案比选

本场地土层结构主要为粉质黏土、粉土和细砂，可采用以下三种抗浮方案：钻孔灌注桩、管桩和承压型囊式扩体锚杆。

（1）技术比较。①结构形式。钻孔灌注桩、管桩钢筋弯锚至筏板内部时存在防水薄弱点较多，桩体受拉时难免出现混凝土裂缝问题，桩身耐久性降低。囊式扩体锚杆采用精扎螺纹钢筋后，与基础底板的连接采用更加可靠的机械锚固连接接头，能够大大降低钢筋板内弯折锚固所无法避免的浮力变化对连接接头带来的疲劳开裂问题。②施工要求。钻孔灌注桩需要制备泥浆池和场地加工钢筋笼，浇筑混凝土后需等达到龄期才能开展下道工序施工。管桩施工时按市区噪音控制要求不允许采用锤击式，静压桩机进入基坑困难而且边角位置受桩机尺寸影响无法施工。锚杆的施工机械小巧灵活，对场地需求小。③构件防腐。场地地下水具有一定腐蚀性，纯地下结构抗拔构件的选用必须考虑构件耐久性。钻孔灌注桩受抗拔力作用下混凝土易开裂，管桩存在接头处的薄弱点，耐久性存在隐患。囊式扩体抗拔锚杆则经过专门抗腐蚀设计，可有效避免上述问题。④单桩（锚杆）抗拔承载力。按典型锚固长度计算的承载力可概括如下：KT180/850扩体锚杆，锚长13.0 m，抗拔承载力特征值：450 kN；直径600 mm钻孔灌注桩，有效长度25 m，抗拔承载力特征值650 kN；直径500 mm管桩，有效长度21 m，抗拔承载力特征值450 kN。

（2）造价比较 建立在以上技术分析的基础上，抗浮方案需提供 23.5 kN/m2的抗拔力，按市场价格和总工程量进行估算的造价结果：钻孔灌注桩方案比承压型囊式扩体锚固工艺高约（476.0万元）36%的直接造价，管桩方案比承压型囊式扩体锚固工艺高约（324.4万元）25%的直接造价。经济效益对比如表1所示。

表1 经济效益对比

此外，由于承压型囊式扩体锚杆总工程量最少（方量最小，延米数最短），则其对基底的扰动最小，施工工期预计可节约20%～30%，综合效益十分明显。综上所述，选择承压型囊式扩体锚杆作为永久抗浮构件。

2.3 关键施工技术

锚杆钢筋为直径32 mm的PSB1080级预应力螺纹钢筋，锚杆总长度为13 m。锚杆普通锚固段的直径和长度分别为0.18、8.5、0.85和4.5 m。水泥标号均为P.O.42.5水泥，囊式扩体囊袋内水灰比为0.45，囊外水灰比为1：1。

（1）下钻成孔。①引孔和高压旋喷一体扩孔。采用高压钻喷一体钻机，利用高压水横向、竖向切割土体，低压管喷射1.0纯水泥浆进行护壁。通过高压泵调整压力值达到10～20 MPa开始下钻，形成直径为180 mm非扩孔段。以锚杆能顺利安放为准，孔径和孔位误差应不大于20 mm。当到达设计扩孔标高时，通过将加压泵压力调整至25～36 MPa，增大高压水对土体的切割压力，以20 cm/min速度，15 r/min转速钻进，形成直径为850 mm高压旋喷扩孔段。在钻进过程中，实时监测水泥浆状态、水压力、钻杆速度和转速等施工参数。一旦发现钻孔不再溢流或溢流泥浆量明显减少，应立即停止钻进，增加水泥浆压力，并检查管道，如果管路无泄漏并且钻孔仍然不溢浆或溢流量很少，应及时将钻杆抬出井口，找出水泥浆泄露的原因。在高压旋喷扩孔过程中，旋喷不得中断。旋喷中断后，重叠长度不得小于500 mm，间隔时间不得大于30 min。通过测量孔外钻杆长度来监测成孔深度，计算精度不超过100 mm，成孔深度误差应在-30～+100 mm内。

②提升钻杆。当钻杆达到设计深度后，保持1～2 min，然后以10～20 cm/min速度，10～20 r/min转速提升钻杆，以钻进时的压力继续切割土体，防止局部孔径未达到设计直径，并保持水泥浆一直喷射，置换钻孔内泥浆，至钻杆提升至孔外，并移开钻机50～80 cm，开始安放锚杆。

（2）锚索制作、安放（下锚）。对Φ32 PSB1080级预应力精轧螺纹钢筋进行防腐处理，然后将预应力精轧螺纹钢筋穿至成品囊袋底部，用圆形垫板及预应力钢筋螺母固定，并安装锥形保护帽。锚杆下放前，在锚杆平直段每2 m安装直径为Φ8的塑料空心梅花型锚杆对中器，防止锚杆偏位，保证锚杆的垂直度。然后开始使用钻机附配吊装系统与锚杆尾部连接，缓慢将锚杆吊入锚孔内，提升过程中标高严格控制，下行程法可辅助锚杆下降，如不能下降至设计深度，应重新喷射二次导向孔。

（3）囊袋内灌注水泥浆。注浆距离（注浆泵与锚孔间的距离）不应超过50 m。无泌水水泥浆注入囊袋时，通过计算注浆量和浆液溢流量的双指标来控制注浆总量。通常灌浆压力不大于10 MPa，灌浆量由搅拌桶内的残泥计算。

（4）锚孔内补浆。囊袋内注满水泥浆后，停留2～3 min，将注浆管与囊袋的注浆口脱离，对扩大孔进行二次补浆，确保孔内充满水泥浆。二次补浆结束后，立即拔出灌浆管，用清水清洗灌浆管，移机进行下根锚杆施工。

承压型囊式扩体构造详图如图1所示。

图1 承压型囊式扩体构造详图/mm

（5）质量控制。锚杆工程质量检验验收标准如表2所示。

表2 锚杆工程质量检验验收标准

3 结语

承压袋式扩底锚杆作为一种新型锚固结构，具有受力形式合理、抗拔承载力大、位移小、安全度高、施工质量可控可靠、施工速度快、成本低等特点，符合我国节能降耗、可持续发展的产业政策趋向。