松软地层中抗浮锚杆跟管工艺的应用

王云升，秦方田，田湘甲，刘晓亮

（中建八局第二建设有限公司，山东 济南 250014）

为了缓解用地紧张的局面，地下空间的应用越来越广泛，由于地下构筑物建筑面积大，构筑物上部荷载相对较少，在历史最高地下水位情况下，结构自重不足以抵抗地下水的上浮力，地下构筑物的抗浮问题日益突出。抗浮锚杆具有抗拔力高、经济且不占用空间等独特性能，因而在施工中的应用日渐普遍[1]。某工程采用抗浮锚杆设计，局部抗浮锚杆需要穿过级配碎石回填层深入地下。为了保证工程的顺利进行，经过多次试验，在保证工期的同时，采用潜孔钻跟管工艺顺利完成了施工任务。

1 工程概况

根据勘察资料，日照奎山体育中心项目地层结构主要由第四系全新统人工填土层（Q4ml）、河流冲积地貌全新统粉质黏土（Q4al）、上更新统砾质黏性土（Q3el）、中生代燕山晚期花岗岩（γ53）组成。场区地下水主要类型为基岩孔隙水，地下水稳定水位埋深为2.00～6.16m，绝对标高为6.75～9.29m，地下水水位年变化幅度在1.0～2.0m。结构形式采用钢筋混凝土框架-支撑结构体系，基础形式采用抗浮锚杆+防水板+独立基础。该工程采用抗浮锚杆抵抗地下水的浮托力。设计抗浮水位的黄海高程为10.00m，采用抗浮锚杆作为永久抗浮构件。锚杆锚孔直径D=180mm，钢筋采用HRB400三级钢，fy=360MPa。其中强风化岩石的设计锚杆有效锚固长度为5500mm，锚筋直径为25mm。锚孔与钢筋大样详图如图1所示，锚杆钢筋大样图如图2所示。

在进场初期，施工单位对现场地貌进行实际测量，依据设计图纸及现场实测标高发现存在基坑超挖情况。依据设计方案，独立基础之前的超挖区域，采用3∶7级配碎石回填，并分层压实。每层压实厚度为30cm，压实系数≥0.95。

2 工艺选择

图1 锚孔与钢筋大样详图（单位：mm）

图2 锚杆钢筋大样图（单位：mm）

经过现场实际施工发现该工程共计存在4400m2的超挖情况，其中超挖深度在500～2500mm，最大超挖深度为3000mm，共计数量300余根。根据设计要求，抗浮锚杆需要穿过级配碎石回填层钻入地下强风化岩区域。在现场施工过程中，发现使用传统的钻孔成孔工艺，采用偏心钻与同心钻的钻孔效率较低，造价成本高[2]。但如果采用潜孔钻施工工艺，因级配碎石整体连接性较差，钻机在钻孔的过程中，由于潜孔钻冲击器产生的冲击力会扰动周围的级配碎石，同时由于该工程地下水位线较高，级配碎石容易随地下水的流动而产生垮塌现象。在上述双重因素的影响下，导致锚杆锚孔孔周围的级配碎石持续塌陷，锚杆锚孔难以成型，因此不具备下锚注浆的条件[3]。经过项目部的攻坚克难，多次试验，决定采用潜孔钻跟管工艺进行施工。

3 工艺原理

将200mm聚氯乙烯管套入潜孔钻底部的钻杆外，潜孔钻在钻进过程中，钻孔直径应大于钻杆直径，套管因重力原因会跟随钻杆下沉，同时利用套管自身的结构尺寸，防止钻进过程中孔壁坍塌或流砂充塞钻孔，从而保证成孔的稳定性。套管安装如图3所示，锚孔成孔如图4所示。

图3 套管安装

图4 锚孔成孔

4 工艺施工流程

工艺施工流程：放线定位→钻机定位→垫层破孔→套管安装→钻孔成孔→锚杆制作安装→注浆→成桩养护→锚杆抗拔力试验。

5 具体流程说明

（1）放线定位。按照现场已复核过的轴线，根据设计要求和地层条件，在基础垫层上弹出孔位基准线。根据基准线确定具体锚杆位置，并做好标记与编号。同时，在垫层上标注好级配碎石层厚度，方便后续施工。通知监理、业主现场人员进行复核验收。

（2）钻机定位。孔位经监理、业主单位复核确认后，即可移钻机就位，固定钻机，保证施钻过程中钻机不会有较大的晃动而影响成孔施工。按照设计的抗浮锚杆角度与位置调整位置，使钻头对准所要施工的锚杆孔位，锚杆倾角允许偏差为±1°。如果场地内集水坑位置存在施工不方便的情况，那么可在两侧铺设工字钢，并将钻孔机置于工字钢上进行钻孔施工。

（3）垫层破孔。启动钻孔机，钻杆底部对准测量定位点，将100mm的垫层采用传统钻孔工艺进行钻进，待垫层钻穿后，关闭钻孔机，提出钻杆。

（4）套管安装。操作钻孔机，使钻杆平伸，将200mm聚氯乙烯管由人工操作套入钻杆外，套管长度大于级配碎石层厚度500mm，套管安装完毕。

（5）钻孔成孔。成孔采用专用锚杆钻机干成孔，配180mm专用钻头。保证锚杆成孔直径不小于200mm，机械成孔深度应符合设计要求，锚杆施工钻孔时，避免扰动周围地层。启动钻机钻入，成孔达到设计入岩深度后利用钻机高压风力反复吹洗孔洞，将孔底粉或泥水清理干净[4]。

（6）锚杆制作安装。钢筋的连接方式采用Ⅰ级机械连接搭接，机械连接接头的类型、质量、连接要求均符合国家现行有关标准规定。锚杆钢筋的连接接头应设置在锚杆体受力较小的中下部，锚杆体制作时，杆体的下料长度应考虑锚杆的设计长度、锚固的尺寸。锚杆的钢筋长度为孔深度加上混凝土底板锚筋的长度。切好钢筋后，现场进行加工，与锚杆连接，按设计图纸加工钢筋的尺寸及形状，然后固定在定位器上，最下部一个定位器要求设置于钢筋底往上2000mm处，定位器每隔2000mm布设一个。要求锚杆制作平顺，定位支架及保护层点焊应饱满。锚杆制作好后，将注浆管（事先检查有无破裂或堵塞）插入锚杆体中，绑扎松紧合适，以注浆后较易拔出为宜。注浆管下端要比锚杆下端短20～30cm，注浆管应与锚杆一同下入孔中，下锚时应避免锚杆扭曲、弯折及各部件的松脱。

（7）注浆。砂浆采用商品混凝土砂浆，通过注浆泵从孔底开始，注至孔口返浆，拔出注浆管。注浆设备应有足够的浆液生产能力，单根锚杆应在1h内连续完成注浆，严禁泥浆护壁。注浆管的出浆口应插入距孔底200mm处，浆液自下而上连续压力灌注，并确保从孔内顺利排水、排气。插筋后应及时灌注水泥砂浆，强度不低于30MPa，注浆压力为0.5～1.0MPa。浆液应搅拌均匀，并在初凝前用完。注浆过程中，应认真做好灌注记录。

（8）试验。锚杆施工前，必须按照《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）的规定进行锚杆极限抗拔试验。试验锚杆的最大抗拔加载荷载不小于2倍的锚杆抗拔承载力特征值，加载方式由试锚单位根据现场情况确定。设计单位根据试验结果对初步设计进行复核，确认后方可大面积施工。需要注意的是，锚杆极限抗拔试验采用的地层条件、杆体材料、锚杆参数和施工工艺必须与工程锚杆相同，且每种锚杆类型试验数量不应少于3根。该工程锚杆施工完成后应进行抗浮锚杆抗拔荷载试验并进行验收，试验位置均匀分布在平面中，随机抽收，验收试验的数量为每种锚杆总根数的5%且少于6根。对这些锚杆分别做抗拔试验，验收试验的最大荷载为锚杆抗拔承载力特征值的2倍。抗拔试验可在锚杆锚固段浆体强度达到设计强度等级的90%以上时进行。

6 结语

通过采用跟管工艺，解决了该工程遇到的级配碎石抗浮锚杆难以成孔的技术难题，在保证工期的情况下，加快了施工效率、减少了材料损耗，达到了降耗增效、环境保护、增加经济效益的目的，提升了抗浮锚杆施工的技术水平，为今后抗浮设计的发展奠定了基础。同时，对类似松散地层和流砂层亦有较大的参考价值。