浅谈抗浮锚杆的设计与施工

　　摘要:本文结合工程实例，对抗浮锚杆的设计与施工措施进行了简要的探讨。

　　关键词:抗浮锚杆,设计,施工

　　Abstract: combining with practical engineering, the fe asibility of design and construction measures was briefly discussed in this paper.

　　Keywords: fe asibility, design, construction

　　中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：

　　近年来,随着社会经济的飞速发展,地下车库、地下商场等城市地下空间的开发利用较为普遍。在建筑工程中,当由于自重无法平衡地下水的浮力或结构强度不能满足抗浮计算要求时,应采取必要的抗浮措施。抗浮锚杆因其造价低、构造简单、受力明确、施工简便等优点,近年来得到广泛的应用。但多数工程都是应用于岩石层或粘土层这种地质条件单一的地层中,主要还是参照《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22:1990)进行设计、施工。

　　1 工程概况

　　某城市广场占地16万m2,为地下一层,地上三层框架结构,总建筑面积46万m2,地下室建筑面积达14万m2。拟建场区地形较平坦,地貌类型单一,地层结构简单,为粘土与砂砾层相间的地层,层序清晰。第四系厚度较大。除第①层素填土外,各土层地基承载力特征值自上而下总体呈增高趋势,属中等~低压缩性土;无软弱土层或特殊性土。下覆基岩为中生界白垩系陆相沉积泥质粉砂岩,岩石强风化带厚度较小,属极软岩,岩体的基本质量等级一般为Ⅴ级。勘察中未发现掩埋式冲沟、土洞、暗滨等不良地质作用。地基的稳定性和工程性质良好。

　　地层分布如下:

　　第①层素填土层、第⑤层中粗砂层、第⑦1层粉质粘土层此三层土层已开挖,其土层条件略去。第⑦层为粉质粘土,广泛分布于场区。层厚0.80 m~9.00 m,层底标高1.47 m~8.82 m。第⑨层为粗砾砂,广泛分布于场区,层厚0.50m~6.30 m,层顶标高-0.03 m~5.71 m。第⑾层为粘土,广泛分布于场区,层厚5.20 m~14.60 m,层底标高-10.75 m~-3.43 m。第⑿层为粗砾砂,广泛分布于场区,层厚1.40m~5.80 m,层顶标高-11.80 m~-6.78 m。

　　场区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙承压水,含水层主要为第⑨层粗砾砂和第⑿层中砂,第⑦层粉质粘土和第⑾层粘土形成稳定的隔水层。施工期间,场区内地下水稳定水位标高在6.8 m左右,历史最高水位标高约为10.50 m。

　　2 抗浮锚杆的设计

　　2.1抗浮方案选择

　　本工程柱网基本为8 m间距,业主要求需设计抗浮措施的底板板厚仅350 mm,底标高为7.0 m。基本位于第⑨层粗砾砂层上200 mm~400 mm处。如采用配重法,不但会大量增加混凝土方量,且需要开挖至富含水的第⑨层粗砾砂层,施工前还要增加必要的止水措施。若采用锚柱法,需在底板中加暗梁以增加刚度,也会遇到需增加止水措施的问题。

　　故本工程抗浮宜采取小吨位锚杆,在底板上小间距均匀布置,局部地方适当增减。此方案既可降低底板的加筋费用,又可减少因个别锚杆失效而造成的局部破坏。由于不增加挖方,基本不会挖至粗砾砂层,可不增加止水措施,经济效益十分明显。

　　2.2初步设计方案

　　综合比较土层与砂砾层相关参数,设计锚杆间距为2 m×2 m,单根锚杆抗拔承载力设计值Nt=100 kN,设计长度为9 m,其中自由段长为1.0 m,锚固段长度为8.0 m,锚固在第⑦层粉质粘土层,第⑨层粗砾砂层和第⑾层粘土层。锚杆锚孔直径D=130 mm,锚筋1Φ25。锚杆钢筋采用HRB335钢筋。注浆材料采用水灰比为0.40~0.45的纯水泥浆,水泥采用普通硅酸盐32.5级水泥。为控制锚杆变形,采用二次高压劈裂注浆工艺,注浆压力不小于2.5MPa。

　　2.3试验锚杆

　　现场于2010年1月25日根据设计参数施工了3根试验锚杆,并于2010年3月2日委托本市勘察测绘研究院检测中心对3根试验锚杆进行了抗拔试验,以提供土层抗浮锚杆抗拔承载力特征值。锚杆及检测点平面位置如图1。其中,A号试验锚杆的Q~S曲线如图2。试验锚杆成果如表1。

　　试验成果表明:试验锚杆在上拔力240 kN时,经验算已达到钢筋屈服值。锚杆的极限承载力为210 kN,承载力特征值为105 kN。锚杆极限承载力荷载时对应上拔变形量是0.715 mm~1.538 mm;抗拔承载力特征值荷载时,对应上拔变形量是0.365mm~0.465 mm。锚杆上拔荷载210 kN时的弹性位移均小于1/2锚杆长度的理论弹性值。

　　试验结论为:锚杆的抗拔极限承载力可按210kN使用;抗拔承载力特征值可按100 kN使用。根据试验锚杆的试验结果的结论,本工程抗浮锚杆的设计要求可满足抗浮要求,现场可按设计要求进行抗浮锚杆的全面施工。

　　3 抗浮锚杆的施工

　　3.1施工工艺安排

　　对于锚杆施工来说,本工程地质条件较为复杂,粘土与粗砾砂相间分布且地下水较为丰富,造成施工中钻孔工艺和防止塌孔成为难题。按通常方式,需采用钢套筒防止塌孔,在不同地层换用不同钻机,这两项措施都将严重影响施工进度,增加工程造价。

　　综合比较后,本工程成孔采用GXY-1型钻机成孔,此型号地质钻机带有小型组合牙轮可钻破砂、卵石地层,利用组合的正反循环系统,将破碎的小颗粒砂卵石带出孔底。护壁则采用水泥浆跟进钻机成孔护壁,根据不同地层及地下水位的情况,采用相适应的水泥浆,能较好地保证成孔孔壁稳定。

　　由于底板开挖面与地下水位及富含水的粗砾砂层仅200 mm~400 mm的空间,为防止对地基土的扰动,锚杆施工安排在底板垫层施工之后。在底板区域外另设集水井,收集和排放锚杆施工的泥浆。

　　3.2施工工艺

　　3.3钻孔

　　(1)安装锚孔钻机、调平、调立、稳固;导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上。

　　(2)锚杆水平方向孔距误差不应大于50 mm,垂直方向孔距误差不应大于100 mm;锚杆孔深不应小于设计长度,也不宜大于设计长度的1%。

　　(3)粘土地层选用导式三翼钻头正循环清水钻进,砾砂地层选用组合牙轮钻头;在钻进过程中及时采用水泥浆进行护壁。

　　(4)锚孔钻进经常检查钻头尺寸,保证钻孔孔径。

　　3.4洗孔

　　(1)成孔后,将联接空压机的洗井管置入孔内,由上往下,再由下往上反复冲洗,同时不断补充水泥浆,使比重不大于1.05,沉渣不大于30 cm。

　　(2)做好孔口维护,防止泥浆流入孔内。

　　3.5锚杆组装与安放

　　(1)锚杆放入钻孔之前,应检查锚杆质量,确保锚杆组装满足设计要求。

　　(2)安放锚杆时,应防止杆体扭压、弯曲,注浆管宜随锚杆一同放入钻孔,注浆管头部距孔底宜为50mm~100 mm。在锚杆锚固段上用Φ6.5盘条焊上导向支架,以保证锚杆居中,使锚杆在各个方向均有足够的保护层。

　　(3)锚杆插入孔内深度不应小于锚杆长度的95%,锚杆安放后不得随意敲击,不得悬挂重物。

　　3.6注浆

　　注浆是锚杆施工中一道重要工序,直接决定施工质量。

　　(1)浆液配制:水灰比:0.4~0.5,水泥:P.O.32.5。

　　(2)水泥浆搅拌均匀,具有可靠性,低沁浆性。

　　(3)注浆前先泵送清水至孔口返水以疏通管路,再采用常压泵送方法注浆,注浆前不得拔出注浆管,以保证锚杆底端注浆充实。

　　(4)注浆采用孔底注浆方式,分两次进行,第一次以1 MPa的注浆压力注浆,材料为水灰比0.4~0.5∶1的纯水泥浆,水泥应选用P.O.32.5水泥,注浆自孔底向孔口溢出纯水泥浆为止。

　　(5)第二次为高压注浆,注浆压力不小于3MPa,材料为水灰比0.5∶1的纯水泥浆,在第一次注浆完成后2小时内进行,直至孔内浆液饱满为止。注浆体设计强度不低于20MPa。

　　(6)注浆管:注浆管采用壁厚为3.5 mm的1寸硬白塑料管,以使其在注浆压力达到3 MPa时也不至于发生爆管现象。

　　(7)注意事项:施工中注浆液应搅拌均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完,并采取防护措施,严防石块、杂物坠入浆液中。注浆管随锚杆一同下入钻孔,注浆管头部距孔底50 mm~100 mm,角度与杆体保持一致,垂直于地面。

　　3.7补浆

　　待孔内素浆初凝后,开动注浆泵先用清水冲洗孔内泥浆,再用上述方法注浆,直至孔内浆液饱满。

　　3.8试块制作

　　除见证取样外,每天或每20根锚杆做3组试块,规格70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm,取28 d抗压强度值;基本试验则取同等养护条件下试块强度。

　　4 工程效果

　　本工程的抗浮锚杆施工自2010年3月5日~2010年4月1日,现场于2010年3月26日~2010年4月13日委托本市勘察测绘研究院检测中心对抗浮锚杆进行检测,以评价土层锚杆抗拔承载力,共检测锚杆26根,现场检测的锚杆由甲方、监理随机抽选。

　　抗拔试验成果表明:所检测的26根锚杆,最大上拔力为140 kN时,对应变形量是1.205 mm~5.125 mm;在设计承载力特征值90 kN时,对应上拔变形量是0.482 mm~2.728 mm。典型抗拔试验曲线如图4。

　　检测结论:通过对检测26根锚杆抗拔试验资料综合分析,本工程土层抗浮锚杆承载力满足设计承载力特征值Nt=90 kN的使用要求。

　　5 结束语

　　(1)采用小间距抗浮锚杆,可以经济地解决工程抗浮问题。但在锚杆设计时,要综合考虑锚杆与底板的共同作用。当底板较薄时,需兼顾底板的抗裂要求,控制锚杆的位移。

　　(2)由于不必换机也不必增加套管护壁,采用GXY-1型钻机综合利用导式三翼钻头和组合牙轮钻头成孔,并结合不同配比水泥浆护壁的施工工艺,在本工程复杂地质条件下是切实可行且十分经济的方式。

　　(3)锚杆施工安排在垫层完工后进行,虽会增加泥浆处理的难度,但对于锚杆的施工质量和地基土体的保护都相当有利。

　　参考文献:

　　[1] CECS 22:2005,岩土锚杆(索)技术规程[S]

　　[2]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S]

　　[3]GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S]

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文章名称： 浅谈抗浮锚杆的设计与施工

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