红层泥岩地区抗浮锚杆施工改进工艺探讨

贾欣媛 岳大昌 李 明 唐延贵

（成都四海岩土工程有限公司，四川成都 610094）

0 引言

近年来，随着国民经济的发展、科技水平的提高，城市现代化的进程日益加快，地上建设用地随之紧张，于是，向城市地下空间发展受到各国的重视。在大力开发地下空间的同时，因建筑物自重及其他外部因素产生的综合荷载不足以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，抗浮锚杆利用锚杆自身的抗拉强度所产生的抗拉力、锚杆与土层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。抗浮锚杆作为结构抗浮措施的一种，具有造价低、工期短、施工便捷等特点，得到了广泛地应用。

但在抗浮锚杆施工中，常会遇到一种比较特殊的岩土体——红层泥岩。“红层”泛指外观以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层[1]。红层在我国分布非常广泛，据统计，我国中新生代红层分布总面积约826389km2，以西南、中南地区红层分布最为广泛[2]。特别是四川盆地，是我国有名的“紫色盆地”，盆地及其边缘地区红层分布极为广泛，具有一定的代表性。红层泥岩属于软岩，除具有软岩的通性外，还具有遇水软化、膨胀，失水紧缩、崩解，亲水性强、透水性差、易风化且富含大量的黏土矿物等特性。

在该类地层中进行抗浮锚杆施工时，受泥岩的特殊性影响，岩体强度受到不同程度地破坏，进而降低了地基承载能力及锚杆抗拔承载力；另外，常规的抗浮锚杆施工是采用专业锚杆钻机，以空压机送风驱动偏心潜孔锤进行预成孔，在此过程中，会产生大量的粉尘和泥屑（见图1），随着洗孔及注浆作业的进行，场地已一片狼藉，对环境造成了严重的污染，同时也威胁着操作人员的职业健康。

图1 常规工法施工现场图

为改善红层泥岩地层抗浮锚杆施工的现状，对常规的抗浮锚杆施工工艺进行了一定的改进，通过在实践中的不断摸索及总结，逐步形成了一套新型红层泥岩地层抗浮锚杆施工工法。下面结合位于成都市成华区中环路一负三层地下室抗浮工程实例予以介绍。

1 工程概况

1.1 地层岩性

根据地勘报告，抗浮锚杆深度范围内地层主要为泥岩（K2g）：紫红色，稍湿，薄—中厚层状构造，泥质结构，根据其风化程度可为两个亚层：

①强风化泥岩：紫红色，块状构造，裂隙发育，岩芯多呈碎块状，部分风化成土状（层间夹有厚度不均的中等风化泥岩薄层），层厚2.5～3.70m。

②中等风化泥岩：紫红色，块状构造，裂隙较发育，岩石较完整，质地较硬，岩芯呈短柱—长柱状（层间夹有厚度不均的强风化泥岩薄层）。该层最大揭露厚度13.90m。

1.2 水文地质条件

场地地下水为赋存于上部填土层中的上层滞水、第四系含黏性土卵石层中的孔隙型潜水和泥岩中的基岩裂隙水，受地下径流、大气降水补给；以地面蒸发、地下径流方式排泄。场地地下水抗浮水位为494.00m。渗透系数k=12m/d，场地环境为二类。锚固段注浆体与地层间的黏结强度标准建议值见表1。

表1 锚固段注浆体与地层间的黏结强度标准建议值

2 主要设计参数

拟建项目抗水板板面标高为491.850m，抗水板板厚500mm；需设置抗浮锚杆面积约8312m2，主楼筏板、独立柱基、墙下条基范围内不布置锚杆；抗浮力标准值71.5kPa。主要支护设计参数见表2，大样图及剖面图见图2。

表2 主要支护设计参数表

图2 抗浮锚杆结构图

3 施工难点及改进措施

3.1 找平垫层前置施工

泥岩在饱水状态下，由初始较为致密的结构变为结构疏松的不规则絮状结构，力学性状劣化；同时，泥岩中黏土矿物的溶蚀、次生作用，可使得颗粒间接触的锯齿状或不规则状变为圆滑状，从而使岩石的内聚力和摩擦角下降，最终导致岩石的力学强度降低[3]。针对该特征，提出以“防”为主的思想，即在基坑开挖至基底设计标高后，先进行基础找平层的施工，将基底泥岩进行封闭硬化，提前与水隔绝，保证基底作业面干燥。另外，封闭后的独立基础基槽还可以兼作沉淀池用，通过合理规划，使泥浆得到有序排放。

3.2 集渣料斗封闭集渣

针对预成孔时产生的粉尘四起现象，拟采用一种如图3所示的定制集渣料斗进行封闭收集，其组装原理见图4，它是在扶正器与地面之间安装一个敞口式集渣料斗，通过对中使钻杆穿过料斗中大直径中心管，中心管与扶正器之间留有间隙排渣，钻杆的密封采用橡胶圈，料斗上部盖密封麻布。

图3 集渣料斗结构图及实体图[4]

图4 收渣装置使用示意图

集渣料斗上盖板能密封住钻杆，从而保证钻进在密闭状态下进行作业，防止微小岩屑、粉尘和泥浆外漏，岩屑、粉尘以及泥浆通过集渣料斗的承载上板及密封麻布的导流收集作用，汇集到提斗中，从而起到保护环境和保护操作人员人身安全的作用。

3.3 高压水柱洗孔

因泥岩遇水后易形成含水量较高的塑性泥土和泥浆附着于锚孔孔壁，为确保注浆体与岩土体充分胶结，注浆前需进行充分洗孔。

洗孔装置包括导流筒（见图5a）和高压喷头（见图5b），导流筒置于孔口位置，在侧壁开有一支管作为引流管与泥浆池相连，便于泥浆按指定方向排出。高压喷头与钻杆相连，喷头周边均匀开若干个圆孔，高压水通过喷头流出时形成若干股水柱，冲洗孔壁泥皮及孔底残渣。

图5 洗孔装置图

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

①施工准备（设置泥浆池，可选择独立基础基槽位置）→②场地平整、找平层施工→③锚杆孔位测放→④钻机就位、安装集渣料斗→⑤预成锚孔（封闭集渣）→⑥气压清孔+高压水柱洗孔→⑦锚杆制作及安装→⑧注浆养护→⑨验收试验。

4.2 操作要点

4.2.1 场平、施工找平层

场地平整（人工检底）后即施工混凝土垫层对地基进行硬化；根据施工平面布置可选择经硬化封闭的独立基础基槽兼做抗浮锚杆施工用沉淀池。

4.2.2 锚孔定位测放

首先按设计图纸对锚杆进行编号后依据定位坐标进行孔位测放，采用红油漆在混凝土垫层面上进行孔位标识，并进行必要的复核及维护。

4.2.3 钻机及集渣料斗就位

钻机就位后通过叉车与钻具配合将集渣料斗移至锚孔定位处，通过微调整，使钻具、集渣料斗及预钻锚孔三心合一，后将帆布覆盖于集渣料斗之上（见图6）。

图6 集渣料斗工作图

4.2.4 钻进成孔

启动锚杆钻机，以空压机送风驱动偏心潜孔锤钻进预成锚孔。钻至设计孔深度后继续向下钻进20 cm，并加大供气量将孔内残渣排出。

4.2.5 气压清孔+高压水柱洗孔

当成孔结束时，先加大气量将孔内残渣排出，拔出钻具后，换用高压水流清洗孔壁泥皮和孔底残渣，见图7，洗孔装置固定于孔口，水管从洗孔装置进水口下放至孔底，高压水流冲洗钻孔，污水从洗孔装置出水口返出排放至沉淀池（泥浆池）中，洗孔时间以孔口返出清水为止进行控制。在沉淀池（泥浆池）污水经沉淀后，可循环用于洗孔。

图7 高压水柱洗孔图

4.2.6 锚杆杆材制作与安装

锚杆杆体为现场统一加工，制作完成经验收合格后匀速置于锚孔中，根据锚孔直径大小设计要求，回填碎石（砾石）至孔内，填砾石直径为5～20 mm。

4.2.7 注浆养护

向孔内注入含8%～10%混凝土膨胀剂的纯水泥浆，注浆体强度为M30，水灰质量比0.45～0.5，注浆材料采用P·0 42.5水泥，形成锚杆杆体。灌浆压力宜大于1.5 MPa。锚杆填石灌浆体抗压强度不低于30 MPa。注浆应采用孔底返浆法，孔口溢浆后缓慢提升注浆管，然后反复补浆，直至孔内浆体饱满无空洞。锚杆养护期间应作好成品保护，不得随意碰撞，龄期达到要求时可进行验收试验。

5 结语

本案例中，针对红层泥岩地区抗浮锚杆施工工艺的改进主要体现在三个方面：

1）找平混凝土垫层先于抗浮锚杆施工，其有益的效果是：①有利于地基找平，避免了揭露的红层泥岩被水浸泡后软化、地基持力层强度降低及施工现场泥泞不堪；②在垫层上测放孔位时定位更加精确、标注更加明显；③在预成孔作业中，便于及时清理集渣料斗里的尘土，确保作业面清洁，保证文明施工；④锚杆钻机平稳的置于垫层上，锚孔施工偏差小；⑤垫层可为锚固体提供一定的黏结力。

2）集渣料斗封闭集渣

钻机配备集渣料斗进行封闭集渣，配套的装置结构简单、安装方便，其有益的效果是：在成孔过程中同步收集泥岩粉碎后的岩屑及粉尘，避免了溢出后的大气污染及散落后的二次清理，降低了对操作人员的健康威胁，施工环境得到了有效地改善，文明施工程度显著提高，工序上得到了精简，施工效率大幅提升。

3）高压洗孔装置

高压洗孔装置的引入很好地解决了泥岩岩屑遇水后易附着在孔壁上难以清除的难题，保证了锚固体的承载能力；孔口的导流筒可将排出泥浆有方向性地导入泥浆池，避免了对作业区的二次污染，洗孔后效果见图8（b）。

图8 洗孔前后对比图

以上改进源于因地制宜的绿色环保理念，依据改进工艺施工的抗浮锚杆工程（见图9），全部通过验收试验，抗浮锚杆抗拔承载力好，感官质量良，成品保护优，对场地及环境污染影响小，为红层泥岩地区抗浮锚杆施工提供了很好的参考。

图9 改进工艺施工现场图