地下工程抗浮锚杆施工技术研究

陈鹏良

(福建省第五建筑工程公司，泉州 362000)

近年来，随着我国经济建设的快速发展，建筑工程施工技术也在不断提高。在工程建设中，许多建筑物都设计有地下室，常见的有两层至三层，目的是让建筑物更好地实现其使用功能[1,2]。地下室的存在会使得建筑基础工程的施工深度更深、体积更大，从而导致地下工程在水浮力作用下引起的上浮现象。

在地下水位较高时，由于地下水浮力过大，地下室底板容易受到破坏。地下水浮力对地下工程的破坏作用主要有两类：第一类是建筑物整体上浮破坏，在这种破坏方式中，地下室底板和结构的梁、柱节点均遭到破坏，严重时会导致建筑物发生整体失稳；第二类是建筑物的局部破坏，主要表现为，地下室底板局部隆起，引起地下室漏水。为了有效地控制施工质量，避免建筑物因抗浮力不足而产生建筑物破坏，需要有针对性的施工方案来解决浮力的影响。该文以福建省泉州市某建筑工程为案例，介绍了地下室抗浮锚杆的施工工艺，并对地下工程抗浮锚杆成孔注浆施工工艺进行了分析研究。

1 抗浮锚杆简介

在高层建筑地下室工程中，为了抵抗地下水的浮力，往往在基础底板处设置抗浮锚杆，尤其是裙楼和地下室的施工，在处理地下室水浮力与建筑结构的相互作用方面效果显著[3]。

在目前的工程应用中，抗浮锚杆因其施工便捷、作用方式简单、造价相对较低，从而在地下工程施工领域中被广泛应用。抗浮锚杆的作用机理在于，其通过灌浆体和周围锚固层间的界面摩擦作用来提供锚固力，以此抵抗地下水浮力对地下室底板的荷载作用，作用机理与抗拔桩相似。

抗浮锚杆与普通基桩的最大区别在于，基桩是抗压桩，桩身承受建筑荷载压力，应力从桩顶传递到桩底，桩身应力随着上层建筑荷载的变化而变化；而抗浮锚杆则是利用锚杆灌浆体与地层岩土体之间的摩擦力，有效地将地下室底板稳定在设计位置，不因外界条件变化(如大量降雨引起地下室底板水浮力骤增)导致底板被浮起发生破坏。抗浮锚杆的作用在于，将底板浮力通过锚杆与岩土体之间的剪应力分散至岩土体中。

2 工程概况

该项目位于福建省泉州市石狮市，石金路与南环路的交叉处。它由7栋高层住宅建筑(31层，建筑高度98.1 m)，1栋物业管理楼(2层，建筑高度9.7 m)组成，总建筑面积147 598 m2，标准层层高3.0 m。

在该项目中，裙房与地下室结构基础底板标高为-22.4 m，抗浮设防水位为-4.8 m。通过设计计算可以得到，该地下室部分需要设置抗浮锚杆以满足抗浮要求。项目施工时共设计布置1 346根抗浮锚杆，各锚杆间距1.5 m，其中锚杆杆体为直径25 mm的钢筋，钻孔直径为200 mm，三根钢筋集合设置为一根锚杆，长度为7 m。灌浆材料为水灰比为0.55的水泥净浆，单根锚杆抗拔设计值为500 kN，使用年限为70年。

3 抗浮锚杆施工技术及质量控制措施

3.1 施工工艺流程

锚杆孔定位、编号→钻机就位、安装→安放锚杆→校正孔位→锚杆置入→注浆→锚杆密封处理→锚杆端部焊接。

3.2 锚杆钻孔与加工操作要点

1)确定孔位钻孔。位置直接影响锚杆的施工质量和效果。因此，技术人员应在钻孔之前根据设计要求设置孔的位置，标记明显的标记，而不是直接通过目测确定位置。需严格按照锚杆的设计位置和一般施工设计顺序来确定钻机的施工位置。

2)钻进与成孔。①安装和调试设备后，必须对准每个钻孔的中心点，即钻头的中心必须和锚杆的设计中心点匹配，并且对准误差必须小于3 cm，垂直偏差小于1%。对准钻孔中心点调整水平后，开始用锚杆钻孔固定以形成孔；②为了确保钻孔过程中的定位精度，应严格控制钻孔速度。根据钻孔过程，主要分为初始钻孔和正常钻孔两个阶段。为了保证开孔位置的准确性，在钻至1 m深时需要进行低速钻削。在消除了过度晃动和偏斜的现象后，可以切换为中速钻或全速钻进行钻进；③孔的深度应比设计孔长500 mm以作为沉积区，确保锚杆的长度满足设计要求。为了确保钻探过程中地层的稳定性，避免偏差和控制孔的直径，在钻探过程中应在各段中安装钢套管，并且在各钢套管之间采用电线连接。螺栓灌浆完成后，可通过提升机的提升功能将钢制套管拆除，该套管可多次使用；④孔形成后，使用高压水从钻杆进入孔的底部，反复冲洗，直到返回的浆液没有明显的残留物或砂砾为止。

3)锚杆杆体的制作安放。首先，应根据设计要求制造锚杆，锚杆必须是平直且除油除锈。其次，在放置锚杆体时，应防止杆体扭曲和弯曲，应使杆体始终在钻孔的中心安装。然后根据设计要求，锚杆主体采用三根直径为25 mm的钢筋，钢筋的长度必须满足锚杆的设计长度。同时，将一次性灌浆管牢固地绑在锚杆上。锚杆制作成品见图1。安装锚杆杆体时，杆体应缓慢向下滑入锚孔中，避免损坏锚杆钢筋中的定位件，以确保锚杆钢筋的垂直度。

3.3 锚杆置入

抗浮锚杆置入如图2所示，其放置时应注意如下要求：

1)由于锚杆本身就是钻杆，因此将钻头安装在前端，根据设计长度直接垂直放入，并采用旋转式工程钻机或冲击器进行锚杆施工。2)根据设计要求在钻孔前调整孔位置。3)在钻孔之前，将灌浆孔用胶带纸包裹并密封，以防止泥土和砂子进入钻孔。4)在钻进过程中，应小心操作，精神要集中，合理掌握钻进参数，合理控制钻进速度，确保钻进平稳，并使锚杆垂直穿入。5)当钻机遇到坚硬的地面而无法钻入时，使用气动锤进行强夯，并严格按照设计长度施工。

3.4 抗浮锚杆注浆操作要点

首先，施工时为了保证浆液饱满，应采用二次注浆法。在初次注浆时，注浆压力应保持在0.5～1.0 MPa，注浆管头应距离孔底0.5 m；二次注浆压力保持在2.5～4.5 MPa间。在两次注浆过程中，注意在注浆过程中应边注浆边拔注浆管，且保证注浆管在浆液页面以下，不可露出液面直至注浆完毕。注浆完成后应按照规范进行养护。其次，锚杆施工前应根据设计要求检查注浆材料，同时根据水泥砂浆配合比实验报告确定砂浆的配合比，水泥砂浆中需掺入早强剂和膨胀剂[4]。

4 施工质量控制与建议措施

4.1 施工质量控制

在锚杆施工过程中，应当注意如下几点施工质量控制要求：1)确保钻孔位置的准确性，要求锚孔位置偏差应小于50 mm。为实现这点目标，应根据设计图纸和参考坐标，计算出抗浮锚杆的钻孔位置坐标，通过全站仪测量和确定钻孔位置，降低测量误差。2)保证钻孔深度应至少比设计深度深0.5 m，且孔的斜度应不大于5%。将钻头移到锚杆的孔中，并调整钻头的水平和垂直方向，以使钻杆的轴线与孔的中心线成一条直线。3)在完成锚杆钻孔后，使用高压水清洁孔中的残渣。4)制作锚杆时，根据孔的设计深度和锚固平台的长度来切割杆体。锚杆的锚固长度按40d(d为锚杆杆体的直径)进行调整，并采用双面焊接或直螺纹套筒连接。5)锚杆杆体应保证安装笔直，杆体应安装在固定支架上，在注浆12 h后达到一定强度后再拆除固定支架。6)拔出套管前，排气管和注浆管应用塑料布密封，防止石头掉入套管，同时应检查裸露部分的长度，以防止将锚杆整体拉起，从而影响锚固效果。

4.2 施工建议措施

由于抗浮锚杆属于抗拉构件，其作用方向与地面垂直，通过灌浆体与周围锚固层的粘结应力来传递荷载。抗浮锚杆上端与地下室底板连接，下部锚固至岩土层中，由灌浆体将所受的外部荷载分散传递至岩土体，以此平衡基础结构的浮力，从而发挥锚固作用。根据其受力特点，在施工过程中应注意以下问题：

1)正式施工前，应组织施工人员学习并贯彻施工工艺等各项技术要求，并进行全面的技术交底，做到对施工过程非常熟悉。2)钻进过程采用跟管钻进模式，即从钻进开始至结束，整个孔内全部采用套管护壁，避免卡钻、塌孔、扩孔的现象。3)在确定锚杆的数量和间距时，不仅要考虑总的抗拔力，还要考虑锚杆与锚杆之间的相互影响。间距太小不仅会影响成品锚杆的质量，而且也会出现多个锚杆的锚固效率比单个锚杆的锚固效率低的情况。4)应该长期观察建筑物的上浮量，由于地下水位不断变化，因此基础结构受外部环境的影响很大，该项检测可与建筑物的沉降观测同时进行。5)采取二次压浆工艺：锚杆钻孔工序完成后，随即进行清孔，经质量验收达到成孔质量要求后即可下放锚杆。

5 结 语

抗浮锚杆具有良好的抗拔承载能力，通过与地下室底板结合使用，主要针对地下工程或基础工程承载力满足要求而抗浮不满足要求的情况下使用，目的是提高建筑物的抗浮作用。该项目的施工经验表明，将抗浮锚杆应用于基础结构抗浮不仅是可行的，而且是可靠的。首先，抗浮锚杆布置非常灵活，结构简单，无环境污染，无施工噪音。其次，抗浮锚杆具有较高的抗拔承载力和良好的抗浮效果，施工后的基础承载力可以满足要求。最后，针对抗浮锚杆在施工过程中面临的施工问题与困难，提出相应的建议措施，希望为类似抗浮锚杆施工工程提供建议与参考。