深基坑笼芯囊抗浮锚杆施工技术研究

路希鑫，刘奇奇，黄金坤，段占立，崔 楠，孙忠倪

（中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山 243000）

0 引言

随着我国经济的快速发展，城市化率不断增加，城市人口不断上升，城市建筑物也不断向两极方向发展，楼层越来越高，地下建筑不断加深，充分利用地下空间已经成为必然趋势［1-4］。但随着地下建筑物深度、面积不断加大，建筑物所受浮力也不断增加［5，6］，为解决这种问题，专家学者们提出了多种解决方案，如降低地下水浮力，具体措施主要包括降低地下水、隔离地下水、调整地下室底板位置等；抵抗地下水浮力，主要通过增加地下室底板厚度，增加覆土厚度，基础抗浮等措施来应对［7-11］，其中，抗浮锚杆的应用越来越广泛。

近年来，囊式抗浮锚杆得到了快速发展，由于其抗拔力大、防腐性能好、可靠性高的特点而被得到广泛应用，制造成本大幅下降，全面替代普通锚杆的趋势逐渐显现，但由于其施工工艺技术流程仍不够完善，测量放线及桩机定位、泥浆控制、高压喷射钻孔、锚杆制作及安放等工作，工序复杂，定位精确度不高、防水有弱点、与结构底板锚固力有待提高等，施工质量及安全难以保证［12-14］。因此，研究用于深基坑抗浮技术的笼芯囊锚杆施工，对提升施工质量安全和施工效率，减少返工与浪费、节约工程成本有着至关重要的意义。

本文主要内容包括深基坑笼芯囊抗浮锚杆施工工艺要点、精确定位技术、锚杆保护、内力监测、锚杆与结构底板结合处防水技术和锚固技术研究等。

1 工程概况

研究依托工程为濉芜现代产业园双创孵化园建设项目（EPC），位于安徽省淮北市濉溪县城西南，双创大道以南，海棠路以东，省道 S238 以西。地下建筑面积约50 000 m2，地下水位为地面标高下 2.0 m，大面积开挖深度约 6.0 m，开挖最大深度约 9.0 m，经过技术经济比选后，设计采用笼芯囊抗浮锚杆，锚杆长度 9.0 m，其中自由段 6.0 m，笼芯囊扩大头 3.0 m。锚杆承载力试验加荷系统为建筑锚杆测试仪、油压千斤顶，测量装置为测力传感器、位移传感器。钻孔采用高压旋喷钻机。

研究过程所有材料必须具有质量合格证明书，对于锚杆杆体、水泥等材料进场复验，复验合格方可投入使用。材料进场后，按要求存放，管理措施到位。大型机械设备有进出场记录、施工机具进场验证记录及设备合格证明等文件。

2 研究过程及分析

2.1 三维可视化工艺交底

利用 BIM 技术做好各施工工序三维模拟，对各施工班组进行三维可视化安全技术交底。在此基础上，利用二维码技术生成各施工工序视频，粘贴在对应的施工关键部位。工人作业时可用手机扫描二维码，即可观看到各施工工序的三维模拟视频，更好地辅助施工。

2.2 精确测量定位研究

锚杆垂直度偏差过大、水平位置偏差较大、钢筋外露长度不够是影响抗浮锚杆合格率的三大主要影响因素。而抗浮锚杆布置方式对建筑物承载力有着较大影响。为有效解决深基坑笼芯囊抗浮锚杆施工过程中锚杆垂直度偏差过大、锚杆水平位置偏差过大、锚杆钢筋外露长度不够等问题，确保抗浮锚杆位置，减少返工浪费、加快工期、节约工程造价，研究过程中开发一种锚杆精确定位技术，此技术采用了一种装置，由钻机机架、活动压板、连接螺栓以及定位组件组成。

此装置利用全球定位系统实时测量技术（GPS RTK）仪器准确定位锚杆杆体水平位置及标高，调整可调螺杆、U型架、活动压板、连接螺栓、紧固件、连接件以及橡胶垫块，将锚杆杆体按照 RTK 测量的坐标精确固定。测量过程中做好标记及记录，钻机就位后进行桩位复核。确定锚固区域，并进行障碍物探测，必要时清除障碍。桩位误差控制在规范要求之内，锚杆水平定位偏差不应＞20 mm、垂直方向的偏斜度不应＞2 %。

2.3 钻机成孔

对所有锚杆定位后，确定施工顺序，安排钻孔机械就位，并采取措施保证钻机水平度和垂直度符合要求，锚杆钻孔的深度不小于设计长度，钻机钻进过程中，动态调整钻孔机械参数，确保钻进速度 10～20 cm/min，旋转速度 10～20 r/min，达到设计深度后，稳钻 1～2 min，以便底端头达到预定直径，钻孔深度大于锚杆长度 0.5 m。

2.4 高压喷射扩孔

钻机钻至设计深度后，用高压泵以 10～20 cm/min的提升速度及 5～15 r/min 的喷嘴转速从上往下进行清水扩孔（水压 30 MPa）。随后，采用 P·O 42.5 的普通硅酸盐水泥，水灰比 1.0，扩大喷射压力 25～30 MPa，以钻速 20 cm/min 的提升速度进行高压喷射扩孔，匀速上提至扩大头段顶部，喷管旋转、提升或下沉过程应速度均匀，进行高压喷射扩孔，连接高压注浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管≤ 50 m。

2.5 锚杆制作、保护、下锚

笼芯囊锚杆主要构件如图1 所示，分别为钢筋锚具及钢垫板、锚杆杆体、锥头、定位器、囊袋。主要构件锚杆杆体采用Φ36精轧螺纹钢（PSB930 级），单根锚杆抗拔承载力特征值为 360 kN，抗拔极限承载力为 720 kN；囊袋为收缩状态，注浆后扩大为筒状。

图1 笼芯囊抗浮锚杆构件

锚杆现场组合制作如图2 所示。按设计要求制作锚杆，将笼芯囊安装在锚杆杆体上，囊袋上口应采用上锁扣将囊袋卡位固定于钢筋杆体上，下锁扣应压住袋布安装，袋布应密封包围杆体钢筋。应将注浆管与杆体绑扎牢固，注浆管接入囊袋注浆口，排气管接入囊袋排气口。为使锚杆处于钻孔中心，在杆体上设置定位器，定位器间距 1.5 m。锚杆杆体在下部设置一道止水橡胶环。全部杆体采用专用防腐涂料涂装，杆体上端应深入混凝土底板，下端深入囊袋口与囊袋搭接，搭接长度≥150 mm，涂层厚度≥300 μm，确保杆体全程完全与地下水隔离，锚杆的保护层厚度≥25 mm。

图2 锚杆现场组合制作

由于锚杆施工过程中容易被破坏，为保护锚杆，开发了一种锚杆保护装置。该装置在锚杆杆体的一端设有保护套，保护套的端部设有荧光带，荧光带粘贴缠绕在保护套上。荧光带采用一种荧光材料制成，在夜间视野不清施工时会发光提醒，可以做到预防和保护锚杆杆体的作用。保护套由左、右两个半弧套组成，二者通过插入螺栓固定成一个整体。

锚杆保护装置安装好后，及时下锚，将锚杆放置于孔中，如图3 所示。下锚过程如遇阻碍或其他无法正常下锚情况，应拔出锚杆，分析阻碍原因，制定措施整改后重新下锚。

图3 下锚

2.6 注浆

锚杆就位后，安装注浆管对囊袋及锚孔中进行注浆，如图4 所示。水泥浆采用 P·O42.5 水泥，内掺8 % 的膨胀剂，水灰比 1.0，水泥试块轴心抗压强度标准值≥30 MPa。水泥浆应搅拌均匀，在初凝前及时使用。为防止结块、杂物混入浆液，设置过滤器。注浆管采用直径 25 cm 软管，固定在定位装置上。注浆前清孔，注浆管端部至孔底的距离不宜＞200 mm；注浆及拔管过程中，注浆管始终置于注浆液面内，当注浆压力达到设定压力后，视为浆体注满，可停止注浆。如发现注浆后浆液面下降时，应进行孔口补浆。注浆完成后，清理锚杆孔位周围浮土，安放带有支座的定位卡环并与锚杆杆体相适配，然后拆除定位装置，进行下一步施工。

图4 压力注浆

2.7 试验、验收、养护、成品保护

笼芯囊抗浮锚杆施工完成后应进行抗拔承载力试验，如图5 所示。锚杆的验收试验，不应少于每种类型锚杆总数的 5 %，且不少于 3 根，验收试验应按 JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》执行，锚杆锚固体强度达到设计强度的 90 % 后方可进行试验，受检锚杆应采用随机抽样的方法选取。锚杆试验采用分级循环加载法，加载等级和位移观测时间如表1 所示。试验数据中，各受检锚杆的锚头位移均能保持相对稳定，累计上拔量为 4.52～10.15 mm，锚杆弹性变形计算值在 3.64～8.15 mm。所有数据均符合 JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》 规定，锚杆抗拔承载力满足设计和规范要求。

表1 锚杆分级加载等级和位移观测时间

图5 锚杆承载力检测设备及试验

锚杆施工完成后 15 d 对锚孔内的水泥浆进行养护，不得碰撞锚杆，必须待水泥浆强度达到设计要求后，方可进行后续施工，并保证对锚杆成品的全过程监控，确保锚杆安全、完整、有效，防止对锚杆头部碰撞产生破坏而导致锚杆抗拔力下降。

2.8 锚杆与底板结构结合处技术研究

抗浮锚杆与地下结构结合处防水问题以及锚杆与结构底板锚固后的抗拉拔是关键技术难题。实践中通过改良现有技术，锚杆杆体露出防水保护层部分的下端和上端各设置钢垫板兼做止水钢板，与橡胶防水环技术组合提高了防水效果；同时，防水卷材施工中，对锚杆与垫层连接处进行特别处理。

锚杆与结构底板锚固原有技术主要采用套装于锚杆杆体的锚具、钢垫板、螺旋筋与结构底板钢筋锚固。在锚杆杆体的上端套装钢垫板，钢垫板的中间设有锚具，结构底板上层水平钢筋穿过锚具锚固，钢垫板的下端设有螺旋筋，螺旋筋套装于锚杆杆体上，且螺旋筋的一端与钢垫板固定连接。

实践中改良原有技术，通过增加吊筋式斜拉钢筋作为锚固筋提高锚杆抗拉拔能力，锚固筋可在锚杆前后左右多方向布置，如图6 所示。在锚杆上部，采用斜拉钢筋穿过锚杆螺旋筋，通过卡扣或绑扎与地下室结构底板上部水平钢筋连接，增加了锚杆与结构底板的锚固性能，提升抗浮锚杆的抗拉拔能力，降低了结构风险，施工操作简便。同时，在浇筑结构基础混凝土之前，对锚杆进行检查，如有破坏，返修并重新防腐。

图6 抗浮锚杆与地下室结构锚固

2.9 深基坑笼芯囊抗浮锚杆内力监测

国内外对抗浮锚杆的内力研究，主要停留在锚杆检测阶段，通过在钢筋上安装振弦式应变计，电缆传递至数据处理中心这种有线的方式监测锚杆内力变化，这种方式具有安装复杂、造价高、维修困难、受环境影响大等缺点，限制了其在工程中的应用，且国内外对抗浮锚杆工作后长时间范围的内力变化监测较少。

针对这种有线监测存在的缺陷，本工程采用一种无线内力监测设备，如图7 所示，通过无线拉力传感器进行笼芯囊抗浮锚杆本体内力监测，利用无线传感技术采集现场数据按频率进行记录，方便后续进行数据整合处理，位于不同的笼芯囊抗浮锚杆本体得到的数据可能不同，提高采集的数据的真实性和准确性。

图7 深基坑笼芯囊抗浮锚杆内力监测设备结构示意图

3 结语

本文针对实际案例工程进行深基坑笼芯囊抗浮锚杆施工技术研究，基于 BIM 技术和二维码技术制作三维可视化交底、精确定位技术、锚杆保护装置、锚杆施工防水、锚杆与结构底板锚固技术以及内力监测技术等应用，确保深基坑笼芯囊抗浮锚杆施工质量合格，施工过程安全可靠，降低工程成本，提升施工效率，取得较好的社会效益和经济效益。同时，本工程实践中形成部级工法一项，QC 成果荣获中国冶金建设协会二等奖，为今后深基坑笼芯囊抗浮锚杆施工提供参考。Q