浅谈某地下室抗浮方案的选择

2020-07-20侯锟，陈川，文佼

四川建筑 2020年2期

侯锟，陈川，文佼

(中国水利水电第十工程局有限公司, 四川成都 610072)

1 工程概况

武汉泛悦城工程地下室埋深比较大，根据地基规范及勘察报告要求抗浮水位为室外地面，由于室外地面有高差，抗浮水位也是按阶梯状取用，其中二层地下室抗浮水头平均高约10m，三层地下室抗浮水头平均高约13m，经计算除塔楼以外上部建筑压重较小和无上部结构部分存在抗浮不足问题。

2 工程地质及水文条件

根据中冶集团武汉勘察研究院有限公司2017年3月提供的泛悦城场地岩土工程详细勘察报告书得知，拟建场地属长江右岸Ⅲ级阶地垄岗地貌。根据钻孔揭露，场地内分布的地层有：第四系人工堆积层(Qml)层、第四系上更新统冲积(Q3al)层、第四系中更新统冲洪积(Q2al+pl)层、第四系残积(Qel)层、志留系中统坟头组(S2f)岩层。其土层自上而下分述如下所示：

(1)杂填土(Qml)：杂色，稍湿，松散，主要由砖块、碎混凝土块及少量碎石等组成，夹少量粘性土，均匀性差。

(2)粉质黏土(Q3al)：黄褐色，含有铁锰结核和灰白色高岭土团块，无摇震反应，切面较光滑，干强度及韧性高。呈湿，硬塑状态。

(3)粉质黏土(Q2al)：棕红色，含有铁锰结核和灰白色高岭土团块，无摇震反应，切面光滑，干强度及韧性高。呈湿，硬塑状态。

(4)粉质黏土(Qel)：褐黄色，含有铁锰结核及黑色氧化物，夹10 %～15 %未完全风化岩块，多呈湿，硬塑状态。

(5)强风化泥质粉砂岩(S2f)：浅黄色，水云母含量高，粉砂质结构，中厚层状构造，节理裂隙极发育，裂隙面上有黑色氧化薄膜，岩芯块状、短柱状，局部破碎成土状，遇水软化、崩解，RQD值为50 %～70 %，硬度低，易击碎，属极软岩。

(6)中风化泥质粉砂岩(S2f)：褐黄色、灰青色，水云母含量高，粉砂质结构，中厚层～厚状构造，节理裂隙发育，裂隙面上有黑色氧化薄膜，岩芯块状、短柱状，遇水软化、崩解，RQD值为70 %～80 %，硬度低，易击碎。属软岩。

(7)微风化泥质粉砂岩(S2f)：灰青色，水云母含量高，粉砂质结构，巨厚层状构造，节理裂隙微发育，岩芯长柱状，遇水软化、崩解，RQD值90 %以上，硬度一般，较难击碎。属软岩。

本场区主要地层为杂填土、粉质黏土及泥质粉砂岩，前两种地层埋深较浅，在地下室开挖过程中需挖除。

勘察报告反映本工程场区地下水类型有两种：孔隙水、基岩裂隙水。

孔隙水主要赋存于上部人工填土(杂填土)中，属上层滞水类型，大气降水及地表水渗透是其主要补给来源，水量较小水位不稳定，分布不均匀，受季节影响大。

基岩裂隙水主要赋存于下伏泥质粉砂岩裂隙中，具微承压性，富水性及导水性具各向异性，地下径流是其主要的补给来源，其水量受裂隙发育程度控制明显，埋藏较深，赋水条件差，水量有限，对基坑降水、桩基影响较小。其水位经常处于变动状态，其变化幅度一般在6～1.5m左右。上层滞水和基岩裂隙水之间有相对不透水层阻隔，无水力联系。

3 四种方案处理措施

因此本工程产生浮力的水主要是上层滞水。根据现场实际情况并结合相关单位经验，适用于本工程处理抗浮不足问题的主要有四种方案。

3.1 第一种方案采用混凝土灌注桩

本工程计划设置抗拔桩1 200根，抗拔承载力特征值取750kN，桩长7.5m，桩径700mm，进入持力层深度2m。

施工工艺流程：场地平整—桩孔放样—护筒埋设—钻机就位—桩孔钻进、入岩确认—终孔、一次清孔—钢筋笼安装—二次清孔、导管安装—灌注水下混凝土。

场地平整完毕，依据设计桩位平面图及场地有关测量资料，用全站仪和水准仪测场地基准线和基准点；测量桩位点，测定桩的位置、桩位地面标高。各控制点应进行闭合复核，误差不超过5mm。在测定的桩位点，打入铁质标志桩，露出地面60～100mm。测量桩孔的中心位置偏差不大于10mm。

护筒埋设是工程桩钻孔施工的首道工序，保护孔口不坍塌，及保护杂填土段孔壁不坍塌等作用，避免对成桩的质量有重大影响。在进行护筒埋设时，护筒中心轴线应对正测量标志的桩位中心，其偏差不得大于5cm，并严格保护护筒的竖直位置，垂直度偏差不允许大于1 %。护筒埋设完毕后，测量其中心位置是否正确，护筒是否竖直。

在钻孔过程中，对地质情况作详细记录，当钻孔至设计标高时应根据取出的土质性质判断地质情况是否与设计一致，不一致时应报告设计代表和监理工程师后进行变更处理，经检查合格后方可终孔。灌注桩在成孔过程中及终孔后以及混凝土灌注前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。

终孔后采用截齿双底捞砂斗钻头对底部浮渣进行搅动并抓走，达到标准后移除钻机。

钢筋笼采用现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求施作。钢筋笼安装入孔后，保持垂直状态。

浇筑混凝土施工顺序：安设导管及漏斗→浇筑首批混凝土→浇筑混凝土至桩顶→待混凝土达到25 %强度后拔出护筒。

3.2 第二种方案采用普通抗拔锚杆

采用抗拔锚杆承担抗浮不足的问题，这是一种最常规的抗浮处理方法，以结构和填料的自重及抗拔构件的抗力共同平衡水浮力。本工程计划设置锚杆4 698根，抗拔承载力特征值取360kN，孔深6.15m，孔径250mm，锚杆杆体由长7.22m的3根28钢筋组成，灌注M30水泥砂浆。

施工工艺流程：测量定位—钻机就位—钻机成孔—清孔—安装锚杆—注浆。

测量定位：按设计施工图纸坐标进行测量放点，测放出抗浮锚杆的孔位，用白灰做出标记，并编号。

钻机就位：锚杆孔位定出来，即可移钻机就位，最后按照设计的锚杆倾角，用罗盘仪或吊线法调整好钻杆的角度，再适当调整钻机的位置，使钻头对准所要施工的锚杆孔位，钻孔轴线的偏差率不应大于锚杆长度的2 %。

成孔：锚杆成孔采用履带式潜孔钻机，钻孔直径为250mm，钻孔位置纵横向偏差均不得大于±50mm。钻进过程中出现塌孔，可采用泥浆循环护壁成孔，每根锚杆的钻孔必须详细做好钻孔施工记录。应检查孔深孔径必须满足设计要求。

清孔：当成孔达到设计深度后，先进行清孔，然后安装锚杆，注浆前应进行二次清孔。

锚杆制作及安装：锚杆为三级钢直径28mm，钢筋的连接方式采用机械连接。锚杆体制作时，杆体的下料长度应考虑锚杆的设计长度、锚固的尺寸。下锚过程中若遇杆体无法下至孔底或注浆管明显回升过长时，应将杆体拔出并用钻机重新清孔或安装好注浆管后再下锚。

注浆：下入锚杆清孔后即可用高速搅拌机配合高压泵按照设计要求进行注浆，注浆采用孔底返浆法注浆工艺施工。注浆压力为1.5MPa,由于浆体凝结收缩，应在孔口处随时补浆。灌注材料为M30水泥砂浆，水灰比为0.4～0.6，内掺10 %膨胀剂，灰沙比为1～1.4。

养护：注浆完成后，应进行28d的养护，养护期间不得开挖扰动。

3.3 第三种方案采用承压型囊式扩体抗浮锚杆

承压型囊式扩体锚杆(扩体锚固段位于强风化粉砂质泥岩，图1)，单根承压型扩体抗浮锚杆总长8.5m，扩体段直径400mm，扩体段长度为3m，其中普通锚固段长度为5m。是在基础底板内形成锚孔孔径160mm，总锚长为8.5m的带有多重防腐的扩体锚杆，锚杆杆体采用136的PSB930级预应力混凝土用螺纹钢筋，单根囊式扩体锚杆抗拔承载力特征值取580kN，总数约为2 400根。

图1 承压型囊式扩体抗浮锚杆

施工工艺流程：施工准备—钻机就位—直孔成孔—高压旋喷扩孔—锚杆安放—囊内注浆—孔内注浆—锚杆养护。

测量定位：按设计施工图纸要求抓取坐标，然后采用测量仪器进行测放锚杆的孔位，用白灰做出标记，并编号，孔位放测完毕后保证偏差小于20mm。

钻机成孔：锚杆孔位定出来，即可移钻机就位，最后按照设计的锚杆倾角，用罗盘仪或吊线法调整好钻杆的角度，再适当调整钻机的位置，使钻头对准所要施工的锚杆孔位。锚杆倾角允许偏差为±1 °，锚杆成孔采用CFG23钻机，钻孔直径为160mm，钻孔位置纵横向偏差均不得大于±50mm。

扩孔：扩孔是本工艺的重点，正式施工前，需在相同地质条件下试验，确定扩孔施工参数，确保扩孔的直径、扩孔长度等满足设计要求。先用直径160mm的钻头钻至设计深度，然后上提至扩大头顶面，用高压聚能泵将30～35MPa的清水以每分钟200mm的速度从上往下进行扩孔。

锚杆制作及安装：按照设计要求制作锚杆，锚杆为三级钢。为使锚杆处于钻孔中心，应在锚杆杆件上设置直径6mm对中支架，沿钢筋杆体轴线方向每隔2m设置一个，钢筋需要分段制作，钢筋连接采用专用配套连接器连接，锚杆底部接入对应规格的成品扩头囊袋，扩头囊袋接头处严格密封防止漏浆，杆体自由段用薄膜包裹，与锚固段相交处应密封并用铁丝绑扎。锚杆制作好后，将注浆管插入在锚杆底部，用于囊外锚固段注浆，注浆管应距孔底0.5m。

注浆：下入锚杆清孔后即可用注浆泵进行注浆，注浆采用孔底返浆法注浆工艺施工。注浆压力为1.5MPa,由于浆体凝结收缩，应在孔口处随时补浆。注浆材料所用浆液为M30水泥砂浆，水泥浆搅拌均匀，具有和易性、低泌水性和可注性。注浆前应检查注浆管路，注浆作业应连续，随伴随用。注浆时采用压浆泵先在囊内注浆，囊内注浆完成后上拉松开注浆管与囊袋的接头，进行囊外锚固段注浆，方法同囊内注浆，注浆完成后6h进行二次补浆，确保锚固体满足设计要求。

养护：锚杆完成后15d内为锚孔内水泥浆的养护时间，在养护期内，不得碰撞锚杆。

3.4 第四种方案采用泄水减压方式

泄水减压方法是利用建筑要求设置在靠近地下室外墙内侧设置的排水沟，形成排水系统(图2)。在地下室外墙及底板布置泄水孔，根据土中水渗流理论计算最大排水量，结合设计基准期内可能出现的最高水位以及当地工程经验来确定孔距，并在孔内安装滤水装置，使进入的地表水经过泄水孔后通过排水系统抽排出去，避免在基底形成水浮力。将地下建筑物周边地下水位控制在上浮临界水位以下，从而减小地下水对建筑物的浮力。

图2 泄水减压方式示意

4 处理措施比对

混凝土灌注桩具有单桩承载力高，适用范围广，施工工艺成熟，施工质量比较容易控制和保证，又有数量少，施工周期短，验收检测数量少等优点。缺点有泥浆排放量大、等待养护龄期长；直接造价为622万元，造价较高等。

普通抗浮锚杆抗浮其受力实质是微型桩抗拔，钢筋和水泥浆固结体均处于受拉状态，水泥浆受拉易开裂，耐久性、防腐性难于保障。具有施工方式常规、施工工艺简单、施工队伍选取多的优点。具有数量多、施工周期长、等待养护龄期长、工程验收检测量大(总量的5 %)检测费用多、泥浆排放量大的缺点。普通抗浮锚杆直接造价为547万元，隐形费用较多。

承压型囊式扩体抗浮锚杆具有以下特点：采用多重防腐型扩体锚固技术来综合解决耐久性、防腐性。施工队伍相对较少或需要指导施工，购买专利的承压囊体。数量较少，施工周期短、比普通锚杆施工工期缩短1/2～1/3。工程验收检测量较少(总量的5 %)，检测费相对较低。直接造价500万元，虽然直接造价节省不多，若算上工期大幅节约带来的基坑维护节约的其他间接费用，则工程总体的综合效益十分可观。最大缺点现场泥浆排放量大。

泄水减压具有以下特点：与主体结构同步施工，不单独占用工期，大大提高施工进度。成本低，工程成本低于抗拔锚杆方式50 %或以上。已有很多新建项目采用此技术用于实际工程的项目。但是本场区岩石裂隙水的不确定性，使此种方式有一定限定条件(场区地质条件限定、人防区及配电房区域不能采用此种方式)。使用此技术也存在必须采用专利产品，必须经过专家论证、产品供货单位只有一家和后期需要定期检查滤芯等要求，后期地下室存在潮湿等现象，对使用功能影响较大。

综上分析认为本工程适用采用承压囊式扩体锚杆来解决抗浮不足的问题。