自锁抗浮锚杆在某地下室工程中的应用

谢劲松

(厦门思总建设有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

如何实现资源节约，环保的工程施工是建筑行业的一个重要课题。本文介绍的自锁抗浮锚杆工艺，具有节材节能、扬尘少等特点，更符合建筑行业未来发展方向。利用杆底带自锁装置的扩大头机械咬合力来锚固，抗浮能力更强更可靠。本文重点介绍了自锁抗浮锚杆的施工工艺、质量保证措施和锚杆的防腐措施。

1 自锁式抗浮锚杆应用背景与技术特点

随着城市用地日趋紧张，地下空间的开发利用已成我国大城市必选之路。相较而言，抗浮锚杆具有布置灵活、施工简便、效率高以及造价低等优势，与常用的抗拔桩相比，抗浮锚杆的密度通常更大一些，对底板的作用更接近于面状均匀布置，底板受力也均匀，更有利于底板的防裂抗渗且配筋量较低，综合成本也更低。

和普通抗浮锚杆比，该工程采用的自锁抗浮锚杆单根抗拔力更大，综合成本更低，可靠性更强。其技术特点及两者区别如下。

普通抗浮锚杆做法是用钻机钻直孔，然后插入钢筋，灌注水泥灌浆料，主要依靠锚固体与基岩的粘结力以及浆料与钢筋的裹握力来提供锚固力。入岩的有效锚固长度越大，锚固力就越大。该锚固力经浆体传递再通过锚筋拉力为底板提供抗浮力。

自锁抗浮锚杆是在普通锚杆基础上，在孔底用特制的扩孔钻头扩成圆锥体扩大头，然后将底部装有锁头的锚筋插入孔内，锁头由锥体和活动胀套构成，轴向加压使胀套张开，与扩孔锥面贴紧，利用扩孔基岩对锁头的机械咬合力大大增加了锚固力。入岩深度相同时，单根抗拔力较普通抗浮锚杆增大很多。由于机械锚固本身就比较可靠，且扩孔基岩对锁头下压的咬合力是直接通过锚筋拉力传至底板的，故整体可靠性也更强。自锁锚筋组成构件如图1所示。

图1 自锁锚筋组成构件

因此，该地下工程采用了自锁抗浮锚杆作为抗浮措施。

2 工程与地质概况

工程概况：华祥苑茶业贸易中心工程位于厦门市思明区，地上23层，地下3～4层，属框筒结构，纯地下室采用抗拔锚杆抗浮，承台底板顶标高-15.4m。

地质概况：根据地勘报告，从上到下地质分层为：残积砾质粘性土、砂砾状强风化花岗岩、中风化花岗岩。常年地下水位较高，约为-2.8m。

抗浮锚杆设计概况：

该工程锚杆为垂直向自锁抗浮锚杆，安装在地下室底板部位，面状分布。抗浮锚杆局部平面图如图2所示。

锚杆轴向抗拔承载力特征值为400kN，极限值为800kN；锚杆成孔直径为110，锚筋采用1Φ32高强度精轧螺纹钢，强度等级为PSB1080型；设计选用中风化层作为基岩，基岩深1m～12m；锚杆进入基岩长度应≥3m；锚杆有效长度约4m～15m；共1050根。

按设计要求，锚杆施工中钻至设计孔深时要改用专用扩孔钻头扩孔，要对底部扩大锁头加压使其张开与基岩咬合；注浆时采用导管从底部注入ICG-I型无机灌浆料。抗浮锚杆施工详图如图2所示。

图3 抗拔锚杆详图

3 主要施工工艺

3.1 主要施工工艺流程

底板砼垫层→定位放线→钻孔、扩孔→清孔→锚杆制作与植入→ 张开锁头胀套→ 注浆与补浆→养护→钢垫板、螺母→抗拔试验→下道工序施工。

3.2 测量放线

根据控制点和锚杆平面布置图进行锚杆测放，并作孔位放点标记。测放过程中作好记录，检查无误，确保孔位的准确，锚杆定位偏差不宜大于20 mm。

(1)桩位采用全站仪放样。测量仪器应通过有资格的检验单位进行有效标定，并在有效使用期间内。采用“双测制”，并经过监理或业主复检验收。

(2)设置不受打桩影响的水准点和控制点， 放样前要认真复核、保护并经常检查，防止点位受损或其他原因造成的精度下降。

(3)根据设计的桩位图，按施工顺序将桩逐一编号，依桩号对应的轴线，按要求放样桩位，并在打桩前进行复核。

3.3 钻孔及底部扩孔

为符合节能环保和进度要求，选用反循环气动潜孔钻车钻孔。其最大的优点是：排渣断面小，上返风速高，排渣干净，不重复碎岩，钻进效率高，钻头寿命长，节约供风量，减少了功率消耗；钻机车载，移机速度快；气流末端装有旋流除尘装置，减少粉尘对环境和人员、设备的危害；气流排渣从钻杆中心走，不会冲击孔壁，塌孔风险小，钻孔质量较有保证。

钻车主要功能组件如图4所示。

该工程属干孔作业，钻孔入中风化岩达到设计要求后，停止钻孔，退出钻杆，改用扩孔钻头在孔底部进行扩孔施工；钻孔施工时，应保持杆身垂直，偏斜率不大于2%；成孔后用高压空气吹净残渣，废渣及时清运。

注意要点：

施工中钻机就位要求符合规范规程，保证水平、周正、稳固、安全、可靠，确保施工中不发生偏移、移动等，其偏差不超过规程要求。

钻进作业前应仔细检查供气管路连接是否牢固，钻机是否稳固水平，潜孔锤活塞运动是否灵活。钻进中应严格按钻进技术参数操作，不能盲目追求进尺以防孔内事故发生，要随时注意观察气压表，如发生气压急剧变化，应立即提钻，查明原因；钻进中应经常注意钻孔锤冲击响声，如发现冲击频率变低或不稳定，则潜孔锤异常，应立即提钻处理；停风时应缓慢关闭送风阀，防止倒吸堵管；下管时应边回转边下放，当钻具接近孔底时应放慢速度。

3.4 清孔

锚杆孔终孔后，利用高压空气将扩孔处沉渣排出，直至孔内沉渣厚度小于20mm，必要时注浆前要进行二次清孔，将孔内沉渣和积水清理干净。

3.5 锚杆制作与安放

抗浮锚杆制作如图5所示。

图5 抗浮锚杆制作图

锚杆钢筋采用1Φ32高强度精轧螺纹钢强度等级为PSB1080型。

钢筋在制作前必须平直，不得有局部弯曲。安放时要平稳、垂直下入孔内，严禁强行插入孔内，若因砼沉淀或沉渣等因素放不下去，必须用潜孔锤进行二次扫孔、清孔，防止钢筋在孔内倾斜、弯折。

3.6 张开锁头胀套

在孔内植入自锁抗浮锚杆，并保证杆身垂直度，在锚杆钢筋上套上加压钢套管，对抗浮锚杆扩大锁头胀套进行加压，使扩大锁头张大，在孔底形成正锥型扩大头。

3.7 注浆与补浆

检查抗浮锚杆安装质量、安装深度、垂直度、扩孔处的沉渣、孔径、孔高。确定合格后，进行注浆作业。按试验室出具的配合比调制注浆料。通过伸到孔底的注浆管注浆，注浆管端头到孔底距离宜为50mm～100mm。注浆结束标准：排出的浆液浓度与灌入的浆液浓度相同，且不含气泡时为止。第一次灌浆要求浆液表面升到地面为止,间隔5min左右观察一次，如孔内浆液面下降至低于地面10cm时应进行补灌浆，直至浆液表面稳定，不再下降。

灌浆作业结束后，保持自锁抗浮锚杆杆头不被碰动，作业区域附近禁止扰动。

3.8 钢垫板、螺母安装

锚具由承压板(垫板)和螺帽组成，必须根据设计图纸所要求的品种、规格、尺寸及标高位置进行锚具安装。

采用水平仪及钢卷尺测量出锚板所安装的位置，并用油漆在锚杆钢筋上做好标记。将承压板与螺帽焊接后再一并拧至设计标高，并保证螺帽外端露出不少于3个钢筋螺牙。

3.9 抗拔试验

待锚固体注浆强度达到设计强度90%后，方可进行锚杆验收试验。

按设计要求，检测数量不低于锚杆总数5%且不得少于5根。

锚杆验收合格后方可进入下一道工序。

4 防腐措施

任何永久性结构都必须考虑其耐久性，抗浮锚杆也不例外。由于该工程仅采用1根高强钢筋作为锚杆杆体，受力钢筋总截面面积较小，能提供的备用腐蚀量相当有限。当钢筋受到腐蚀，直径损失10%时，截面面积及承载拉力约损失19%(根据圆面积计算公式)，所以必须把防腐工作作为质量控制的要点。

金属受力构件上涂环氧粘合料能起到十分好的防腐作用，且施工简便。涂膜环氧树脂层的方案成本低，受益率高。富有成功经验的丹麦MT财团也选择了这个方案，他们在著名的斯多贝尔特大海峡东面航道隧道衬砌的防腐，就采用了在钢筋上涂环氧粘合料的方法。

永久性锚杆应采取双层防腐，该工程在涂覆环氧树脂的基础上，全长增设了波形护套管，在锚杆钢筋与波形防护管间的空隙内则充填水泥浆。

钢杆一定要居中，在护套管上加装对中定位器(支架)，每1m～2m安装一个，使钢杆的保护层厚度得到有效保证，从而锚杆耐久性进一步提高。支架安装如图6所示。

图6 支架安装图

5 扩大头质量保证措施

与普通锚杆不同，自锁抗浮锚杆的抗拔力较大部分由扩大头提供，因此必须把扩大头的施工质量作为质量控制要点。

当锚杆受到上拔力时，锚杆锚固端锁头受岩石锥面的围压自锁不能滑出。围压作用力合力作用于锚杆扩大头中心处，如果锁头未居中，易造成受力不均而失效破坏，所以必须保证锁头居中安装。每1m～2m安装一个对中支架，首道支架距离扩大头顶部不超过200mm，确保锚杆杆体和锁头居中不跑偏，为保证扩大头的有效高度，可适当超钻100mm，底部扩孔时，扩孔钻头上提100mm再开动钻机扩孔，这样即使沉渣无法清干净也能有效保证扩大头高度。

通过上述措施，扩大头的整体质量得到有效保证。

6 入岩深度保证措施

如果入岩深度不足，容易造成围岩冲切破坏，锚杆失效。

为保证锚杆入岩深度，钻孔深度可根据地质勘察报告，再利用桩架上的高度标志进行控制。潜孔锤进入岩石层时，钻机声响会变化，进尺也会变慢，可以借此控制入岩深度。两种方法同时采用(双控)，保证入岩深度符合设计要求。

7 其他质量保证措施

(1)目前这种新型抗浮锚杆尚属于新工艺，因此施工前，应先做工艺试验进行验证，确保施工质量满足要求。

(2) 防偏孔措施：开孔时要采取慢速冲击，冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升，提升距离约0.30m～0.50m，再次钻进。 钻进过程中禁止移动钻机，要保持机架的稳定。

(3)防斜措施：孔浅时加接钻铤，孔深时加接扶正器。严格按规定的技术参数操作，每次下钻时应先送风，待钻头冲出小孔再轻压回转钻进。钻进风化层或破碎带时适当降低钻压，确保钻孔垂直度。要及时测斜，如发现偏斜过大应及时采取措施纠正。

8 经济技术对比

(1)在设计试桩阶段，取有代表性18#锚杆进行试桩，该锚杆实际长度8m，入岩深度3m，符合设计要求，其它做法完全按设计施工。根据抗拔实验结果，其抗拔承载力特征值480kN，极限值960kN。为获得对比数据，在旁边施工1根普通抗浮锚杆(取名为A#)，除了无扩孔、不带自锁锁头外，其它做法完全同18#锚杆，实际长度8m，入岩深度3m。根据抗拔实验结果，其抗拔承载力特征值320kN，极限值640kN。

(2)技术参数对比：相同条件下，18#自锁抗浮锚杆比A#锚杆抗拔承载力提高50%。

(3)单桩成本分析：A#锚杆成本：钻孔费=55×8m=440元，锚筋制安费=112×8m=896元，注浆费=57×8m=456元；防腐及其它辅助费=22×8m=176元；合计1968元。

18#锚杆成本：A#锚杆成本1968元+扩孔成本65元+自锁头制作安装费90元；合计2123元。

总成本对比分析如表1所示。

表1 两种锚杆总成本对比

根据上述成本的粗略分析对比发现，该工程采用的自锁抗浮锚杆方案和普通锚杆方案相比，节省总费用约87.04万元，节省率约为30%，经济效益相当可观。

9 结语

该工程自锁抗浮锚杆经检测全部合格且无返工现象，抗浮锚杆施工质量一次成优。通过工程实践证明该工艺和技术质量措施是合理有效，为今后在地下水浮力处理方面的应用提供有益参考。

自锁抗浮锚杆作为一种新型工艺，有着诸多的优点：劳动强度低，操作简便，特别适用于受场地局限比较大的施工环境。锚固力大，经济性好，实用性、可靠性强，势将得到越来越广泛的应用。

[1] 邓汝锦.论我国大型整体地下室施工技术——以财富天地广场地下室工程为例[J].城市建筑，2013(2).

[2] 葛新辉，卢延东，陈笃坚.全长粘结型抗浮锚杆应用实例[J].山西建筑，2008(18).

[3] 张季如，唐保府．锚杆荷载传递机理分析的双曲函数模型[J]．岩土工程学报，2002(2) .

[4] 高谦，罗旭，吴顺川．现代岩土施工技术[M]．北京 ：中国水利水电出版社，2006 (7).

[5] 陈秋南，王祥秋． 抗浮锚杆和钢筋混凝土联合加固地下室底板[J]．建筑技术开发，2001(8).