承压富水厚砂层抗浮锚杆施工控制技术

毕研涛（中铁十六局集团城市建设发展有限公司，北京 100000）

1 工程概况

1.1 工程简介

合肥南郢项目工程施工区域紧邻派河，锚杆钻孔孔径大、较厚砂层成孔难、灌浆质量保证率低、工期紧。主要基础为抗浮式钢筋混凝土预应力方桩基础，其他部位为独立基础+抗浮锚杆，锚杆约3260 条，锚杆总长8m，非扩大段长5.5m，扩大段长2.5m，杆体为PSB1080、Φ32mm 预应力钢筋混凝土用螺纹钢筋，锚杆成孔为Φ 300mm 钻孔。抗拔力特征值为250kN，锁定值为350kN，极限值为500kN。

1.2 地质情况

根据地势、揭露地层和区域地质资料综合判定，场地微地貌属派河一级阶地及河漫滩，本工程施工场地范围内地质条件差，第一层为层厚0.6m～2.5m耕田土及垃圾土；第二层为层厚1m～2.3m粉质黏土；第三层为层厚1.1m～3.5m 淤泥质粉质黏土；第四层为层厚0.5m～2.4m 黏土；第五层为厚层（6.6m～10.7m）、中密状态、渗透系数高、透水性好、富水饱和砂层，砂层水为孔隙水，属承压水；第六层为层厚1.5m～5m强、中风化泥质粉砂岩，强风化岩稳定性差，属极软岩，有裂隙水；第七层为中风化泥质粉砂岩，埋深较深，中风化岩稳定性好，是良好天然地基。

1.3 水文情况

黏土为相对隔水层，将地下水分上、下两层滞水。上层滞水由大气降水渗入及地表水径流补给，下层滞水由地下岩土孔隙水、裂隙水补给。

1.4 存在地质问题

上、下层滞水对地下室抗浮、锚杆施工均有影响，对抗浮锚杆成孔、注浆、锚固体强度、扩大段摩擦效能有不同程度影响，上层滞水通过采用合理的排水措施，可有效降低或避免对地基及抗浮锚杆施工的影响，下层滞水不能通过降水解决，因此，对地下室抗浮及抗浮锚杆施工影响较大的为下层承压滞水。

2 施工难点

本工程抗浮锚杆施工区紧邻派河和已建建筑物，处于透水性好、补给充分砂岩地层地质段。考虑地下水补给充分、降水影响邻边高层建筑物稳定性，不能将地下水降至锚杆底部以下，因此，本工程施工地层流动地下水会稀释水泥浆浆液，配合比无法满足设计要求，注浆后锚固体强度不足。

通过砂层物探预报检测抗浮锚杆扩大段塌孔严重，变径检测仪器无法自由张开，无法保证灌浆浆液充填于扩大段、充分灌满浆液。地下室平面尺寸远远大于地上面积，基坑开挖深度较大，地下室水位高，地层多为砂层。传统砂层地质抗浮锚杆施工工艺，泥浆护壁成孔及套管成孔施工工艺易造成塌孔且无现有大直径套管成孔设备，质量无法保障，且其施工成本较高，在效率、环保等方面也存在一些问题。

3 控制技术

为克服上述不足，采用了一种施工效率高、锚杆施工质量好、成本低的厚砂层地质抗浮锚杆施工工艺。

3.1 施工顺序和要求

考虑钻孔设备重量、孔内返泥处理、泥浆池设置、垫层底部防水层施工工艺需求，抗浮锚杆在垫层施工前施工。为确保防腐质量，锚杆、变直径钢筋笼等构配件在工厂定制，防腐处理经进场核验合格才能拼装使用。

3.2 工艺流程

施工准备、移机就位、校正孔位、制浆、钻至设计深度、高压旋喷扩孔、低压气体处理孔壁、成孔检查、安放变径钢筋笼及灌浆管、悬吊锚杆、打开钢筋笼、灌注掺5%水玻璃水泥浆、拔出灌浆管、悬吊间接钢筋笼、成桩、水泥浆结石体强度达到设计强度90%实施预应力张拉、防水层及垫层完成后安装锚固配件。

3.2.1 施工准备

做好钻孔定位、分区编号、变径钢筋笼打开抽验工作。连接高压灌浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管的长度不得大于30m，降低送浆压力损失，避免添加外加剂水泥浆液沉淀、堵管。高压管采用钢鞭软管，连接处检查合格后才能使用。锚杆紧邻钻机组装，避免搬运中机械损伤、介质污染构配件。配备泥浆比重计、RTK、垂球、水平及竖向靠尺、锚杆及间接钢筋笼悬吊支架、镀锌钢制送浆管、高压灌浆泵、高速制浆机、孔斜仪。

3.2.2 钻孔

根据设计图纸和地质报告，施工区域地层内存在较厚承压、富水砂层。

改进措施：调整钻杆直径，用相对较粗钻杆代替钻孔护壁套管，提高工效。将尾部圆钻杆改造为螺旋钻杆，长度约2.4m。采用多电机组合变速箱式动力组，提高钻孔设备扭矩、回转动力。配置37MPa高压灌浆机，为增加扩孔直径、浆液扩散半径、提高扰动土加固性能，提供足够压力。1:1水泥浆扩孔材料调整为水灰比0.5:1，同强度水泥浆灌浆料扩孔，使水泥浆渗入扰动砂层中，起到砂层加固作用，确保砂层整体稳定性，同时浓浆具有较好包浆性能，能快速将扩大段砂粒、泥土置换出孔口外，提高置换工效、降低孔底沉砂率。

钻孔采用分段回转钻进、分段清孔的干作法工艺成孔。钻机回转装置带动Φ300mm钻头、Φ270mm螺旋钻杆(2.4m 长）、Φ230mm 圆钻杆回转削切软土，螺旋钻杆回转挤压力，促使软土通过圆钻杆与地层空隙上升，从孔口露出、人工清除。

改进效果：钻孔顺直；钻孔、扩孔动力足，效率高；无水钻孔不软化泥土、不侵蚀砂层，减小地层土扰动；排渣能力强，渣土易收集；通过扩孔检测仪器检查，扩孔保障率高；浓浆对扰动地层有较好加固作用；孔壁泥皮处理、孔底砂粒、泥土置换效果好、效率高；钻孔、扩孔工效及质量显著提高。

3.2.3 低压气体处理孔壁

增加低压气体处理非扩大段孔壁泥皮工序，使孔壁粗糙，增加非扩大段灌浆体与地层之间摩阻力。

3.2.4 成孔检查

扩大段成孔检查是抗拔锚杆施工关键工序，扩孔质量直接影响锚杆锚固质量及抗浮可靠性。通过变径检测仪（详见图1 变径收缩检测器）完成孔底扩孔直径检测，比现场开挖量测简便、高效，比通过灌浆量计算扩孔直径准确、直观。

图1 变径收缩检测器

3.2.5 安放变径钢筋笼及灌浆管

安放时采取人工配合机械缓慢下放方式，防止扭压、旋转锚杆体，避免限位销拉拔绳缠绕，限位销难以拔出，变径钢筋笼无法打开。锚杆体装入孔内的角度、方向应竖直向下，避免扭转、抖动。入孔后按设计要求调整杆体上端面的水平位置、竖向高度，达到要求在孔口将抗拔锚杆体悬吊固定牢固。锚杆标高控制不严产生后果：锚杆标高高于设计时，锚杆锚固段长度不满足要求；锚杆标高低于设计时，锚入混凝土长度不满足，需要对锚杆杆体接长。

灌浆管随锚杆体一同放入锚孔，灌浆管管底插入导向帽，通过导向帽（详见图2导向帽）出浆口灌浆。锚杆、灌浆管安装、固定达标后进入灌浆环节。

图2 导向帽

3.2.6 灌浆

为增强灌浆锚固体密实性、整体性，缩短水泥浆液凝固及沉淀时间，避免地下承压水侵蚀浆液，确保锚固体强度，提高锚固体浆液性能，确保锚固体与锚杆握裹力，对灌浆材料进行调整，采用掺5%水玻璃水泥浆液灌注锚杆扩大段，其优点：克服了动水稀释、单液水泥浆凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥灌浆效果，减少锚杆浆液等强时间，加快施工速度，扩大了水泥灌浆的适用性。同时，将JGJ/T282-2012《高压喷射扩大头锚杆技术规程》所述距离孔底一段距离灌浆调整为孔底导向帽灌浆，提高返砂、返泥、返水效率，实现均匀出浆，避免孔底砂及泥沉淀、积水。

灌浆采用孔底导向帽返浆法、二次灌浆工艺施工。第一次灌浆压力不小于1MPa，从孔底开始，注至孔口返浆，一次灌浆管必须拔除：二次灌浆应在一次灌浆结束0.5h～1h 后，用高压灌浆泵进行补灌，压力不小于2MPa，由于浆体凝结收缩，应在孔口处随时补浆。灌浆浆液水灰比为0.4～0.5。现场应严格按设计的配合比配制浆液，浆液应搅拌均匀，经过筛选方可泵送，灌浆要连续，不得中断，并应在初凝前用完。灌浆过程中，当见到浆液从孔口外溢时，即可将灌浆管逐步向外拔出，直至拔出孔口，要求保证孔内水泥浆饱满，灌浆完成后需将锚杆头悬吊，以确保锚杆在孔口中央位置。

灌浆管需随锚杆体一同放于孔中，灌浆管安装在导向帽内，距孔底10cm。因浆液凝固时收缩使浆体回落后必须及时进行补浆。灌浆后，在浆体强度未达到设计要求前，锚杆体不得承受外力或由外力引起的锚杆移动。

3.2.7 防塌孔措施

砂层孔隙水丰富、流动性大，需采用水泥浓浆扩孔，以提高孔内护壁效果。根据钻进速度、孔口返出土质、钻进所需压力变化等判断地层的变化情况。

调整钻杆直径、改造底部钻杆形式，使孔内渣土通过钻杆与孔壁间隙上升至孔口，上升土挤压力使孔壁土受压密实，不易缩孔、塌孔。调整钻孔工艺，采用无水钻孔，分段（段长2m～3m）钻进、分段清孔，减小对孔壁邻边地层土泥化、侵蚀、扰动，降低塌孔率。浓浆加固扰动地层效应，杜绝持续塌孔情况。

4 结语

文章介绍合肥项目工程地下抗浮锚杆在施工地质条件差，有超厚砂层和承压、丰富地下水，通过优化施工方法，采取有效技术措施，解决了较厚砂层地质条件下的锚杆抗拔力不达标问题，确保了抗浮锚杆施工质量，并满足设计要求，对类似地质抗浮锚杆施工有较好的参考和借鉴作用，为今后对地下砂层中快速凝固剂种类的研发奠定基础。

通过对施工质量、安全环保、成本、进度等各方面综合分析比较，采用该类技术施工的地质锚杆来解决承压、富水、厚砂层抗浮锚杆的技术问题，具有施工工艺优、工期短等特点，为总包单位在业主方赢得了较好的声誉，有较好的质量保证和社会效益。