干成孔超长抗浮锚杆在基坑抗浮工程中的应用

王立彬 郭义先 车玉龙

摘 要：由于建筑物自重及其他外部因素产生了综合荷载不足，为了平衡地下水所产生的浮力，须在基础底板施加竖向外力以平衡浮力，抗浮锚杆就是利用了锚杆自身的抗拉强度所产成的抗拉力，锚杆与土层之间的摩擦力所产生的抗拔力，对基础上浮的趋势进行约束，起到抵抗基础上浮的作用。20m抗浮锚杆极为少见，本文通过对抗浮锚杆施工的几种工艺比较，发现改进后的长螺旋鉆机对超长抗浮锚杆施工的效率提高、成本节约有着独到的优越性。

关键词：抗浮锚杆；干成孔；长螺旋钻机；水钻钻机

近年来，随着国民经济的日益发展，促使城市建设的发展，高层及超高层建筑的涌现，基础埋置越来越深， 工程中会遇到地下水位埋藏较浅的大型地下结构物（如地下或露天水池、大型地下室、大型地下洞室）等，它除了要承受结构自重和上覆荷载外，还要承受地下水位高出基坑底面所产生的上浮力。因此结构设计时必须采取有效措施来控制这种因上浮力带来的有害竖向位移[ 1 ]。

如果仅靠增加结构物重量来抵消上浮力，基础厚度增加带来基坑底面下降及排开地下水体积增加会产生额外的上浮力。如果采用锚固技术，用锚杆或抗拔桩将结构物基底与基坑以下稳定地层相连，使结构物产生的上浮力通过锚杆或桩传递给稳定地层，就能有效控制结构物上浮力带来的竖向位移。

1 工程概况简介

本工程场地位于北京市经济技术开发区泰河路北侧，规划博兴一路东侧。

1.1 工程地质条件

根据勘察资料土层划分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类，抗浮锚杆基底位于中砂、细砂⑥层及圆砾、卵石⑥1层；粉质粘土、粘质粉土⑦层，砂质粉土、粘质粉土⑦1层及粘土、重粉质粘土⑦2层；重粉质粘土、粉质粘土⑧层，细砂、中砂⑧1层及粘质粉土、粉质粘土⑧2层；粘质粉土、粉质粘土⑨层，细砂、中砂⑨1层及圆砾、卵石⑨2层。

1.2 水文地质条件

岩土工程勘察期间钻孔中量测到3层地下水，参见表1。

拟建场区历史最高地下水位接近自然地面；近3～5年最高地下水位标高为24.30m左右。根据工程场区历史最高地下水水位、现状地形条件，结合目前设计单位提供的建筑设计条件分析，建议本工程的建筑抗浮设计水位标高按26.50m考虑。须采取合理的成孔方式和严格的压灌水泥浆措施，保证抗浮锚杆的质量[ 2 ]。

1.3 抗浮结构设计

锚杆采用232的HRB400 钢筋平行组合，锚杆主筋电焊固定，对中支架钢筋采用1φ6.5，间距1.4m 布置，具体参数参见表2，布置形式如图1、图2所示。

2 施工难点

根据勘察资料显示，抗浮锚杆深度范围内有0.5-3.0 m不等的圆砾层存在，厚度分布不均匀，呈东南侧薄而西北侧厚的趋势。

2.1 超长抗浮锚杆

常规抗浮锚杆只有12～13m，以9m最为常见。针对这种长度抗浮锚杆北京地区普遍采用小型履带式长螺旋钻机成孔。

本工程抗浮锚杆设计有效长度20m，笼长21m。施工场地划分为A、B、C、D四个区域。

A区筏板顶标高为-10.59m，B区筏板顶标高为-14.79m，C区筏板顶标高为-10.95m，D区筏板顶标高为-12.65m，A区与B区之间存在4.2m高差，这就造成局部地区抗浮锚杆需施工空孔4m，总钻进成孔深度为25m，极大增加了施工难度。

2.2 安放钢筋笼

工程所采用的抗浮锚杆直径均为150mm，内配232mm的钢筋笼，钢筋平行组合，锚杆主筋电焊固定，对中支架钢筋采用1φ6.5，长21m。如何保证锚杆在起吊、安放过程中对中平直，有待解决。

3 解决方案

3.1 施工机具

受地层含水层及成孔深度影响，本工程采用旋转冲击式钻机（水钻锚杆钻机）与长螺旋钻机同时施工，以对比分析两种机具的施工效果。

3.2 长螺旋钻机成孔

为保证钻杆的扭力、扭矩能够穿透圆砾层，针对现有长螺旋钻机，改进螺旋钻杆增加钻杆杆壁、钻杆螺旋齿厚度，改传统螺栓连接为承插式、辅以销钉固定，提高钻杆扭矩，以保证钻进深度

3.3 钢筋笼吊装

21m的锚杆杆体分开制作，分段下放钢筋笼体，于锚杆孔口采用高强螺旋连接，降低锚杆笼体在调运过程中弯折的可能性。

4 检测与试验成果分析

4.1 锚杆验收试验

本工程对抗浮工程锚杆进行了抗拔力检测。根据规范和设计要求，工程锚杆验收试验最大加载为单锚轴力设计值的1.5倍即315kN。验收试验数量不少于锚杆总数的5%共70根[ 3 ]，受检的70根锚杆抗拔承载力特征值均满足设计要求的210kN。

4.2 试验成果分析

图3、图4给出了同一种施工机具在不同施工区域的锚头位移对比图。

可以看出，长螺旋钻机成孔的锚杆锚头位移在10.13-18.69mm之间，水钻钻机成孔的锚杆锚头位移在9.37-15.25mm之间。A、B、C、D四个区域的长螺旋钻机成孔锚杆体锚头位移均小于水钻钻机成孔锚杆。锚头位移随成孔深度的增加而增加，这表明成孔深度对锚杆成孔效果影响很大。

5 效益分析

水钻成孔，在正常土层钻进时，每钻进2～3 m就需重新接钻杆，再钻进，费工费时，钻至设计深度再逐节拆卸钻杆，每10 m耗时约100 min，耗柴油4 L左右。同时，其钻杆由于是施工中随孔深而加长，钻机运转时钻杆易摆动，孔深中部易出现扩孔，造成不必要的材料浪费，整个施工须配备工人8人，施工成本高、效益低。

长螺旋干取土施工成孔无须拆卸钻杆，干取土钻进速度快，且长螺旋钻杆中空垂直，不必携带注浆管，提升时即注浆，每10m仅10min左右，耗电仅6kW·h左右。下锚杆钢筋时，机械顶部安装有起吊装置，整个施工只须配备工人6人。

由此可见，长螺旋钻机成孔较水钻钻机的护壁成孔抗浮锚桩成本节约、效率提高。

6 结论

本次基坑抗浮工程为超长细比抗浮锚杆的施工积累了宝贵经验，尤其采用长螺旋干成孔有效的解决了施工功效低的问题，值得广泛推广。

本文通过对比不同施工机具可得到如下结论：

1）长螺旋钻机干取土成孔，钻杆中空没有泥浆污染，有利于对环境的保护。

2）长螺旋钻机成孔锚杆的锚头位移均小于水钻钻机成孔，施工效果好。

3）长螺旋钻机成孔锚杆的锚头位移离散型较大，其施工稳定性有待进一步改善。

4）长螺旋成孔较其他类型的泥浆护壁成孔抗浮锚杆能节约很大成本，就有一定的推广性。

目前这种长螺旋钻机干成孔超长抗浮锚杆的施工还处在探索阶段，尚无现成的规范可依，仅凭工程经验进行，对其的理论研究还远不及工程应用，为此有必要对其进行系统和全方位的研究，为其今后的推广应用提供依据。

参考文献：

[1] 中国建筑工业出版社.建筑施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2] 中国建筑工业出版.JGJ94—2008，建筑基坑支护技术规程[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] 张文群，闵耀泽.抗浮锚杆干取土成孔施工技术的应用[A].建筑技术，2012，Vol43，469-471.

作者简介：

王立彬（1984-），男，河北人，硕士，项目经理，就职于北京市勘察设计研究院有限公司。