高水位卵石地质条件下抗浮锚杆技术选择与工程应用研究

摘要：在高水位及卵石地质条件下，采用抗浮技术的原因。通过对比分析论证选择适用于工程项目的抗浮技术（方案），同时确定抗浮锚杆的技术参数。以及对抗浮锚杆的施工工艺，施工过程质量控制，施工重、难点及抗浮技术运用效果进行深入探讨。抗浮技术（方案）最终取得的效果：加快了施工进度、缩短了施工工期、节约了施工成本、预设定的抗浮锚杆技术参数符合工程抗浮要求。抗浮锚杆技术（方案）在文体中心项目成功运用，可为以后类似工程施工提供借鉴。

关键词抗浮锚杆锚杆技术高水位卵石地质

中图分类号：TU74;TU476

TechnicalSelectionandEngineeringApplicationofAnti-FloatingAnchorTechnologyUnderHighWaterLevelPebbleGeologicalConditions

CENZhida

ChinaEnergyEngineeringGroupGuangxiHydroelectricConstructionBureauCo.，Ltd.，NanningCity，GuangxiZhuangAutonomousRegion，530001China

Abstract：ThisarticlestudiesthereasonforadoptingAnti-Floatingtechnologyunderhighwaterlevelandpebblegeologicalconditions.Throughcomparativeanalysisanddemonstration，theAnti-Floatingtechnology（scheme）suitablefortheprojectisselected，andthetechnicalparametersoftheanti-floatinganchoraredetermined.Theconstructiontechnologyofanti-floatinganchor，thequalitycontrolofconstructionprocess，thekeyanddifficultpointsofconstructionandtheapplicationeffectofAnti-Floatingtechnologyarediscussedindepth.Thefinalresults oftheAnti-Floatingtechnology（scheme）areasfollows：Theconstructionprogressisaccelerated，theconstructionperiodisshortened，theconstructioncostissaved，andthepresettechnicalparametersoftheanti-floatinganchormeettheanti-floatingrequirementsoftheproject.ThesuccessfulapplicationofAnti-FloatingAnchortechnology（scheme）inthesportscenterprojectcanprovidereferencefortheconstructionofsimilarprojectsinthefuture.

KeyWords：Anti-floatinganchor;Anchortechnology;Highwaterlevel;Pebblegeology

1概述

1.1工程概况

文体（市民）中心项目占地62541.02m2，总建筑面积46281.90m2。包括地上建筑面积21986.60m2，地下建筑面积24295.30m2（含人防面积约为9800m2），主要建设全民健身活动中心（3层、建筑高度27m）、市民服务中心（4层、建筑高度27m）、公共厕所（1层）、垃圾房（1层，两栋）、地面运动场（1个400m跑道运动场、2个篮球场、12个乒乓球场），配套建设给排水工程、配电工程、道路工程、绿化工程等相关配套设施。

1.2水文地质条件

地层岩性自上而下揭示如下。

1.2.1卵石层③（Q4al+pl）

灰黄、褐黄色，中密～密实状，密实为主，成分以卵石为主，粒间主要为砾石、砂质及少量黏性土充填，湿～饱和状为主。卵石成分以石英、硅质岩为主，粒径多在20～40mm，最大者约80mm，多呈亚圆形，分选性中等偏差，层厚2.80～7.50m，层顶高程为111.56～117.77m。

1.2.2强风化粉砂质泥岩④（T1）

黄褐色，褐红色，强风化，岩质软，细粒状结构，薄层构造，局部见夹薄层状，灰色硅质岩，岩石基本风化呈坚硬状黏性土为主，钻探过程中发现局部夹层较多风化碎石。干钻进尺困难，岩芯呈黏性土状为主，局部呈砂土状。该层于场地分布连续，层厚大，本次钻探未揭穿该层，钻探控制厚度6.00～14.30m，层顶高程为106.69～113.65m。该强风化岩层具遇水软化、崩解等特性，受水浸泡情况下，其强度（或地基承载力）下降明显。

1.3采用抗浮技术背景

本项目采用天然地基以卵石③、强风化粉砂质泥岩④作为持力层时，承载力特征值统一采用fak=260kPa。地下水位埋深0.00～0.90m（标高为113.93～114.88m），年水位变幅约1～3m。因地下水赋存于卵石③中的孔隙潜水，略具承压性，补给来源主要为相邻场地同一含水层的侧向补给和大气降水下渗补给。本卵石层属于强透水性地层，其厚度较大，含水量丰富，水量丰沛，由于场地离清水河不是很远，而作为主要含水层（卵石层）厚度大，透水性好，且基坑开挖深度也比较大。在基坑开挖过程中，基坑的涌水量较大。

基坑东北—西南方向长240m，西北-东南方向宽128m，建筑物结构类型为框架结构，基础底板厚400mm，基底标高111.10m，设计抗浮水位：114.81m。由于高水位对大面积建筑物基础产生很大的浮力，仅依靠结构本身自重，拟建建筑物抗浮达不到设计要求，必须辅以抗浮技术措施。

2抗浮技术的选择

2.1抗浮主要技术

目前，工程上常采取的抗浮技术主要有以下几种：（1）疏水泄压抗浮（主要采取截水帷幕灌浆，设置井降水井，或建筑物底板基础设置反滤层和排水盲沟，通过周边集水井抽排水等控制地下水位，以免地下水对底板产生浮力）；（2）抗浮桩（抗拔桩）基础；（3）结构优化（如增加地下室层数、或增加筏板厚度等以达到增重抗浮）；（4）设置抗浮锚杆。

2.2抗浮技术对比分析与选用

由于本项目所在地地下水位很高（常水位埋深0.00～0.90m），同时建筑物的持力层为卵石层，地质资料表明本卵石层为强透水性地层，其厚度较大，含水量丰富。针对这些特点，需要认真对比分析选择适用于本项目的抗浮技术措施。

2.2.1疏水泄压抗浮

通过设置截水帷幕（或降水井点）、排水沟（包括盲沟、暗沟及明沟）、集水井、反滤层、排水管、供电设施及配套水泵等降（排）水系统。当地下水位大于控制水位时，排水系统自运行抽排地下水，保证地下水位低于建筑物基础底板底以下，以消除地下水对底板产生的浮力。虽然此方案前期投入也较低，但后期运营成本高（如增加管理人员、设施维护、常态抽水用电费等）。同时由于长期不间断抽水会造成周边地表沉降，危及周边建（构）筑物安全。

2.2.2抗浮桩（抗拔桩）抗浮

抗拔桩的抗浮原理是主要依靠桩身与土层的摩擦力来抵抗地下水对建筑物底板生产的浮力，因此其抗拔承载力主要取决于桩径、桩长和土层摩擦阻力的大小。本项目基础为卵石层，土层摩擦阻力的较小，为满足抗浮要求需要增大桩径，桩的长度，或者增加桩的数量等。抗拔桩采用钻孔钢筋混凝土灌注桩或预应力混凝土管桩等，其造价高，一般适用于高耸建筑、海上工程（如海上码头平台、大型船坞底板的桩基础）、特殊结构（如悬索桥和斜拉桥的锚桩基础等）。抗拔桩施工技术复杂、需要加用多台大型机械设备配合，而本项目持力层为卵石层、水位高，采用大型设备施工会破坏持力层，且工期长、造价高。

2.2.3结构优化抗浮

对建筑物结构进行优化设计（如增加地下室层数、增加筏板厚度、增加地下室顶板覆土重量、采用钢渣混凝土压重等），是通过增加结构自重和辅助设施配重量来抵消浮力的方法。当水的浮力不大时，采取此方法时抗浮就很容易实现，增加的费用也不多；但本项目底板面积为27295m2，在水的作用下会产生很大的浮力，采用此法抗浮时，需要增大结构物的尺寸以达到增加结构自重去平衡水的浮力这一目的，这就将使地下室使用空间大大减小，减少了建筑物的使用功能和美观。这与地下室作为人防（面积约10000m2）和车库共同使用，即尽量使用地下空间相矛盾。

2.2.4设置抗浮锚杆抗浮

抗浮锚杆一端锚固在建筑物的底板，另一端锚固在建筑物地基的持力层，通过锚杆体（钢筋和注浆混合体）与周围土体的摩擦力来抵抗上浮力，从而稳定建筑物，防止其上浮。

抗浮锚杆在本项目应用优势：（1）抗浮锚杆不需要大型机械设备辅助施工，施工工艺比较简单、便于施工操作，相较于抗浮桩，抗浮锚杆施工速度更快（缩短工期），成本更低；（2）本项目持力层为卵石层，通过高压注浆，能使纯水泥浆很好地渗入石间的空隙与夹层中，大大提高了锚杆体与土体的摩阻力，从而获得较好抗浮效果；（3）抗浮锚杆具有布置位置比较灵活的优势，同时锚杆均匀分布，使建筑物的抗浮力分布均匀合理，有助于建筑物抗浮稳定；（4）耐久性好。抗浮锚杆采用普通材料制作，也具有较长的使用寿命，能够满足工程长期使用的要求。

通过上述对比分析，无论从施工的符合性、缩短工期方面、节约成本角度、抗浮效果等来看，抗浮锚杆措施都比另外3种措施更具有运用优势性，所以本项目抗浮措施采用设置锚杆抗浮措施。

3抗浮锚杆方案设计

3.1设计技术指标

锚杆的受力是靠锚杆周围土的摩擦力作用逐渐传递到土中的，与土层性质有关[1]。结合本工程特点，通过技术经济对比、分析及论证。本项目最终采用造价更低、易于施工、方便连接、受力明确及施工工期短的非预应力抗浮锚杆技术。设计布设的锚杆总数：2424根。锚杆防水等级为二级，防腐保护等级为II级。

3.2设计验收要求

施工完毕的锚杆，达到龄期后，必须进行成型锚杆抗拔验收试验。根据《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476—2019）［2］：锚杆验收试验应抽锚杆总数的5%且不少于5根，锚杆试验应在锚固体灌装强度达到设计强度90%后进行。试验的最大加载量为单根锚杆抗拔承载力特征值的2倍。做成型锚杆抗拔验收试验的锚杆兼做工程锚杆，不做破坏性试验。

4抗浮锚杆施工

抗浮锚杆施工必须在完成基础开挖，浇筑垫层后进行。

4.1施工工艺

4.2施工前准备

（1）由于本项目水位高、卵石层深厚等地质条件比较复杂，在正式施工前，需在基坑四角及中间5个地方分别施设1根实验性抗浮锚杆。然后进行抗拔试验。目的是确定锚杆体与卵石层之间粘结强度特征值；以校核设计确定持力层地质条件下抗浮锚杆的极限抗拔力；了解锚杆抵抗破坏和承受荷载后在高水位、卵石地质条件下的力学变化，为锚杆结构设计的调整和施工提供可靠依据；同时验证施工机械设备适用性与人机配合情况。

（2）划分作业区：项目总共分4个区（I区、II区、III区、IV区），施工顺序：I区→II区→III区→IV区，同时对各区内锚杆进行编号。

（3）对作业面进行硬化：开挖完成后抗浮锚杆正式施工前，先浇筑混凝土垫层（C20，厚度15cm）；如为了赶工，先施工抗浮锚杆，然后开挖，再施工混凝土垫层。可能存在以下不利问题：①锚杆间距较小（2000mm×2000mm），机械开挖容易扰动或破坏锚杆，严重影响了锚杆的作用效果；②由于水位高开挖高程不易控制，会造成多次扰动建基面情况。

（4）施工前应将现场的地下水位降至锚杆孔孔底以下0.5m，主要目的是减少地下水对抗浮锚杆施工地影响，保证施工质量。

（5）施工前按设计要求进行浆液配合比试配实验，以确定施工配合比。

4.3放样定位

根据设计图中的轴线和抗浮锚杆的网格，在各作业区内（I区、II区、III区、IV区）用全站仪（型号：NTS-362R10）放样，在各作业区地面上测放出轴线的准确平面位置，并用墨斗的墨线弹出各轴线位置，再根据各轴线位置放出各个锚杆的中心点位，并将每根锚杆的中心点位标在实地上，且标上编号。最后用水准仪（型号：BJ-S3）放出每根抗浮锚杆的下钻深度。填写好测量AB表，报监理审核。平面位置锚杆的中心点的放样误差应不大于30mm，对特殊情况，经设计、监理同意后适当移位，但桩位偏差不大于50mm。设计要求锚杆的孔Ir1z1pNVGFR4dA0JAv98eg==深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度500mm。

4.4钻机就位

钻机就位后调平稳固，调整钻杆保持垂直，保证钻头中点与设计孔位中心重合。

4.5钻机成孔

采用专用的GMZ3-50型号锚杆钻机钻孔，钻头直径为190mm，供风设备：VF-20/17型空压机；由于本项目水位高，地层为卵石层如采用按常规方法施工容易造塌孔，成孔率低，即使成孔，也给清孔带来困难。所以，现场采用护筒跟进方法（边钻进边加护筒护壁），锚杆孔直径200mm，护筒采用φ200PVC管，钻孔深度为5m（局部为6m），要求钻入卵石层③深度不小于0.6m，施工时应对照地质勘探报告柱状图，严格控制进入土层④的锚固深度。同时要求超钻深度符合要求，一般需要比设计深度深200～500mm[3]。钻机钻进时应确保钻机机架的水平度和立轴的垂直度。以防孔位偏斜，钻孔倾斜度控制0～100mm之内。钻到设计标高后，不得马上关机停钻，应稳住钻头继续空钻约1min，以防止成孔后孔底部达不到设计孔径要求。施工人员应对每个孔的孔深、孔径及孔斜做好记录。成孔后应及时进行注浆，成孔后若超过6h后才进行注浆，应重新量测孔深，合格后才能注浆。如果发生塌孔、缩径等异常情况，需重新成孔或采取其他措施[4]。

4.6提钻清孔

当钻孔达到设计深度后，为防止塌孔，提出钻头须缓慢。同时反复利用高压空气冲洗孔内泥浆等沉渣不少于2次，风压控制在1MPa。用高压潜水泵对已安放锚杆体的孔进行清孔。控制一次清孔数量，一次清孔数为10～15个[5]。完成清孔后，现场监理工程师、质检员进行孔深，孔偏斜度进行量测，符合设计或规范要求后方可进行下道工序施工。

4.7锚杆体制作

本项目锚杆总数：2424根，锚固长度5m，直径为200mm，锚杆体由钢锚杆锚筋（3根22mm三级螺纹热轧筋）、固定筋（1根25mm三级螺纹热轧筋，每隔1.5m加一段，每段100mm长，两端与锚杆筋焊接牢固）和钢筋支架（3根8mm，每隔3m设置与钢锚杆锚筋焊接牢固）组成。伸入地基础锚固深度不少于800mm锚杆断面如图2、图3所示。锚杆体制作加工必须严格按图纸和规范要求。下料时需要注意的是：锚杆筋下料长度为钻孔长度+锚入上部结构长度，其中锚入上部结构的长度应符合钢筋的锚固长度要求。锚筋需涂防腐油脂（采用环氧树脂，厚度大于320μm）。研究表明环氧树脂在各种环境下的抗腐蚀能力强且与锚杆的黏结强度高[6]。因此，采用环氧树脂作为本项目抗浮锚杆的防腐涂料。

4.8置入杆体

利用SD90轮胎式挖掘机将已制作好的锚杆放入锚杆孔内，放置的过程中必须保证锚杆垂直居中于锚孔中。防止锚杆扰动孔壁土造成砂石掉入孔内，影响注浆效果，进而影响其受力。

4.9孔内注浆

由于水位高、卵石层深厚地质的条件，为保证注浆质量，采用二次高压注浆工艺。注浆设备：HB-80/10型压浆机泵（2台），注浆材料为M30纯水泥浆，使用普通硅酸盐水泥（P.O32.5R），注浆压力为0.4～1.2MPa，水灰比为0.45～0.5。

孔内注浆管采用φ25PE管。锚杆体安放入孔后30min内应进行一次注浆[7]。

纯水泥浆在拌浆机里搅拌时间不少于5min，保证浆液均匀。灌浆前先拔出护壁管，自下而上连续灌注，第一次注浆要求浆料溢出孔口后停止注浆，注浆的过程中如锚杆体发生偏位须及时调整。第二次注浆应在第一次注浆完成进行，两次注浆的间隔时间约为30min[8]。第二次注浆应边注浆边拔注浆管，注浆压力不小于0.4MPa，也不大于1.2MPa，防止注浆压力过高击穿孔壁。

由于地下水位高、砂层渗透系数较大，部分锚杆需要进行第三次、第四次补浆后，注浆质量才符合要求。注浆后锚杆需要养护14d，期间不能扰动、碰撞及强振动，免影响抗拉力。

5施工重、难点及保证措施

（1）由于水位高、卵石层深厚、有微承压水，这给施工带来困难：①局部孔底有涌砂冒水情况，注浆时浆液难以渗入孔底地层，造成锚杆底端无固结体，影响锚杆抗拔力；②有水情况下开挖，很难控制开挖建基面高程，容易引起超挖，造成锚杆锚固段部分被挠动，降低了地层的锚固力；③浆液流失严重和凝固后体积收缩较大，造成锚固效果降低。④在钻孔过程中或不及时注浆时，塌孔比较多。采取保证保措施：①提前做好规划，在开挖前1～2月采取降水措施，将地下水位降至已孔底下500mm，尽量使开挖、钻孔及注浆施工在无水条件下进行；②控制钻孔速度及压力减少钻孔过程塌孔；③置入锚杆后及时进行注浆。

（2）当实际地层与地勘报告不符时，需要及时调整锚孔深度。否则影响锚杆抗浮力作用。但由于专业知识等条件限制，要做到准判地层变化及时调整锚孔深度的工作难度很大。保证措施：①钻孔施工时及时对实际地层地质状况进行记录。并与地质报告柱状图进行对照，控制钻孔深度；②通过业主协调，由地质勘察单位安排专业人员进驻现场，跟进施工，协助准确判断地层变化情况，以便及时调整钻孔深度，确保锚杆的锚固长度。

6技术效果

6.1施工速度快

抗浮锚杆技术工艺成熟、设备成孔速度快，锚杆体制作简单，易于施工管理，施工效率高。本项目抗浮分项工程施工工期原计划为4个月。采用此技术后，工期缩短为2.5个月（节省工期1.5个月）。

6.2经济效益好

相比其他抗浮技术，抗浮锚杆技术相对简单，无需大型机械设备，施工人员施工技术水平要求也不高，设备费及人员费投入相对比较少，施工简便，操作灵活。根据工期缩短1.5个月测算：本项目设备及人员等费用少投入约120万元。获得了良好经济效益。

6.3抗浮满足要求

抗浮锚杆施工完成后，根据规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2019）[9]，抽检锚杆的数量为锚杆总数的5%，且不得少于5根。本工程锚杆总数为2424根，共抽检121（2424×5%=121.2≈121）根，抽检锚杆位置由参建各方共同确定。由业主委托第三方（广西XX建设工程检测有限公司）进行检测。最终试验检测结果：121根抗浮锚杆检测中，所有单根锚杆抗拔承载力特征值（Rt）都达到540kN以上（设计要求为180kN），所有检测锚杆都满足要求。同时对近一年来水位变化对工程实体影响（浮力对工程实体的影响）进行沉降与侧向位移监测，监测数据稳定无异常，符合设计要求。

综上所述，本项目采用的抗浮锚杆技术符合抗浮要求。

7结语

本文主要对项目基础的卵石地质性质进行描述、分析；高水位对工程施工及工程实体的影响；通过对比分析选定抗浮锚杆技术作为本工程抗浮措施；并介绍抗浮锚杆技术原理及本工程采用抗浮锚杆的相关主要技术参数。同时，对抗浮锚杆技术的施工工艺、施工重、难点及技术应用效果等方面进行了深入探讨。抗浮锚杆技术在本工程成功运用：工期提前了1.5个月，节约施工成本约120万元，且抗浮效果好。说明在高水位、卵石地质条件下采用抗浮锚杆解决建筑物抗浮问题是非常有效技术措施。希望通过本工程实例，能为以后相关类似工程解决抗浮问题提供有益的参考。

参考文献

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[2] 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司.建筑工程抗浮技术标准：JGJ476—2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2020：76.

[3] 杨凯桅，牛大勇，王文杰.地下水丰富地区抗浮锚杆施工技术及其防水构造研究与应用[J].建筑技术开发，2022，49（11）：24-27.

[4] 刘弋博，纪旭，田宇航.基础抗浮锚杆施工技术应用[J].中国科技信息，2023（22）：46-49.

[5] 朱堂，孙贵柱，刘仍光，等.抗浮锚杆施工技术[J].施工技术，2007（6）：82-83.

[6] 白晓宇，王凤姣，桑松魁，等.抗浮锚杆在地下结构抗浮中的耐久性研究进展与发展方向[J].科学技术与工程，2022，22（19）：12.

[7] 莫君，陈致光.高水位条件下抗浮锚杆施工及底板防水技术[J].施工技术，2012（S1）：409-412.

[8] 李胜旺.抗浮锚杆施工技术应用[J].施工技术，2020，49（S1）：695-698.

[9] 中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范：GB50007—2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2020.

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