随着城市建设步伐不断加快, 高层建筑和深基坑工程也在不断涌现。深基坑工程通常采用抗浮锚杆来解决地下建筑物重力及其与周边土体产生的摩擦力之和小于地下水浮力的抗浮问题。目前抗浮锚杆常用的施工工艺为锚杆钻机带水钻成孔、泥浆护壁成孔 (通称湿成孔) , 长螺旋钻机干取土成孔等几种。以上几种方法在圆砾层中施工存在宜塌孔、高成本、污染环境等难题。本文结合工程实例着重介绍抗浮锚杆在圆砾层中的施工工艺。
1 工程概况
1.1 锚杆设计
锦州宝地家居广场项目抗浮锚杆工程位于锦州市市府路与中央南街交汇东南, 名购广场南邻。本工程共设计锚杆8194根, 锚杆杆体主筋设计为HRB400级钢筋, 采用2根直径28mm钢筋, 锚杆成孔直径150mm, 锚杆杆体钢筋长度8.93m, 锚杆成孔深度8.0m, 注浆体为0.4-0.45水灰比的纯水泥浆。抗浮锚杆设计单桩抗拔承载力特征值Ra≥210k N。
1.2 地层描述
抗浮锚杆施工地层为圆砾层:黄褐色, 稍密-中密为主, 湿-饱和, 砾石成分主要为安山岩、花岗岩、石英岩等, 多呈弱风化-微风化状态, 粒径一般10-20mm, 最大可见80mm, 砾石含量65%左右, 含卵石约10%, 分选差, 浑圆状及椭圆状, 磨圆较好, 砾石间充填中粗砂及少量粘性土。
2 施工工艺
2.1 工艺流程
测量放孔→钻机就位→成孔→记录孔深度→一次注浆→钢筋安置→二次补浆→养护期
定位放点前应先将抗浮锚杆进行编号, 方便在施工中定位及查找。一般在施工前先将基础底板的混凝土垫层完成后, 再进行抗浮锚杆的点位施放及施工。虽然这样有利于对点位及标高的控制和基底原有土层的保护, 但由于泥浆护壁会造成很多的杂物, 在混凝土垫层上清理时无法动用大型机器设备, 造成很大困难, 耗费人力、物力。所以, 在底板垫层施工前, 平整施工场地时留置200-400mm厚的原土层, 作为基底原有土层的保护后, 先将抗浮锚杆施工完, 按照抗浮锚杆的设计位置布置挖掘机等设备进行渣土外运, 再进行底板垫层的施工。这样既缩短工期, 又减少成本。
2.2 成孔及一次注浆
本工程锚杆成孔全部在圆砾层中完成, 采用地质钻机进行泥浆护壁成孔速度很慢。试验时, 每台地质钻机12小时内最多完成8根, 而且钻头磨损非常严重。采用长螺旋及潜孔锤设备施工出现严重的塌孔及钻进困难现象。在这种情况下采用挖掘机壁上安装震动锤和挖掘机炮锤二种设备分别进行施工。震动锤装备在挖掘机臂端, 采用高频震冲原理, 将用带有锥形钻头的厚壁钢管制成的钻杆垂直送入地下, 而挖掘机炮锤采用锤击的形式将钻杆垂直送入地下。待钻杆植入圆砾层设计深度后, 通过注浆管向钢管内进行注浆, 严格按0.4-0.45水灰比制作纯水泥浆。第一次注浆至浆液从高出地面的钢管顶端返出为止, 第一次注浆量按理论计算值的1.15-1.5倍作为参考。钢管钻杆内注满水泥浆液后, 用震动锤或挖掘机炮锤缓慢提升钢管, 钻头因自身重力及水泥浆压力自然下坠, 使连接在锥形钻头上及隐藏在钢管内的连接管滑出。长100mm的连接管在四面对称切割四个出浆口, 钢管内的水泥浆从出浆口压力排入孔内。排出的新鲜水泥浆能够起到护壁作用, 解决钢管拔出后塌孔的现象。12小时内每台震动锤装备的挖掘机可以完成50-70根, 每台炮锤挖掘机可以完成20-30根。该工艺施工成孔速度快, 因采用高频震动和锤击原理, 在植入钢管过程中孔周围的圆砾因震动变的松散, 孔隙度增大, 使注入的水泥浆能够充分的与孔壁胶结, 增加了桩体与周围孔壁的侧磨阻, 而采用泥浆护壁在圆砾层中施工抗浮锚杆, 由于成孔时间长, 形成较厚的泥皮, 大大降低了侧磨阻, 降低锚杆的抗拔力, 同时注浆时泥浆从孔口溢出, 对底部土层造成污染。但以震动及锤击形式成孔时应注意跳打成孔, 避免由于震动施工对已完成注浆、下置钢筋束的临近孔产生严重塌孔。避免此类现象发生, 可采取多根钢管同时植入、注浆后, 再进行逐一拔出、植入的施工。成孔时孔位要准确, 钢管植入要垂直, 孔深符合设计要求并及时做好成孔深度记录。该工艺一次性成孔省去了采用泥浆护壁成孔的泥浆护壁过程, 同时节省了很多不必要的工序, 大大降低了施工成本, 加快了施工速度, 保证了施工质量, 使整个工程得以在规定的工期内顺利完成。
2.3 钢筋加工及安装
锚杆杆体采用2根直径28mm的HRB400钢筋, 钢筋长度为8.93m;每隔2米设置一道三级钢直径8mm的定位箍筋, 采用压弧焊接方式进行连接。孔内注浆后, 将制作好的钢筋束下入孔中, 要求下至设计深度, 误差不超过±50mm。
成孔、第一次注浆后, 用炮锤挖掘机的长臂或装备震冲设备挖掘机的长臂将已加工好的钢筋束放到孔内。安放钢筋束时, 应保持钢筋束竖直不弯曲。为保证钢筋束安放及时, 应将加工完的钢筋束提前堆放在成孔作业区内。用炮锤挖掘机或挖掘机改装的震冲设备即能成孔又能安置钢筋束, 节省了再雇佣其他设备安放钢筋束的费用, 同时也给施工场地作业面提供了更大的灵活性。
2.4 二次补浆
第一次注浆后, 浆液液面会产生回落, 所以要进行第二次补浆, 甚至多次补浆。待钢筋束安放结束后, 第一次注浆体表面初凝前, 沿着孔壁下置注浆管进行第二次注浆, 注浆压力为0.3MPa, 注浆至设计标高。采用纯水泥浆作为注浆体通过检测可以达到水泥砂浆同样的质量要求, 同时也避免了采用砂浆作为注浆体而带来的堵管现象。
3 结语
工程结束后, 按照锚杆数量的5%进行单桩抗拔承载力检测试验, 检测结果全部合格。通过对施工质量、安全环保、成本、进度等方面的综合分析, 采用该施工工艺能够解决在圆砾层中施工抗浮锚杆的一些难题, 具有高质量、低成本、短工期、施工方便、工艺简单的优点, 有较好的经济效益和社会效益。
摘要：抗浮锚杆是一种受拉构件, 宜在能够满足地基承载力设计要求, 而不能满足抗浮设计要求时使用。因其具有显著经济性, 施工方便, 受力合理等优点, 成为解决地下建筑物抗浮问题较为经济合理的方法。针对圆砾层中的抗浮锚杆施工, 成孔是需要解决的首要问题。选择合理的施工工艺是解决问题的关键。
关键词：抗浮,锚杆,成孔,注浆
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