張艷芳　曹磊

關(guān)鍵詞：高壓旋噴;擴(kuò)大頭錨桿;抗拔力;驗(yàn)收試驗(yàn)

當(dāng)結(jié)構(gòu)自重加壓重與地下水浮力的比值不滿足抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)時(shí)，需采取抗浮措施，否則將引起建筑底板破壞、梁柱節(jié)點(diǎn)處開裂、地下室整體上浮等事故。在實(shí)際工程中，常用的抗浮措施有增加配重法、抗拔樁法、抗拔錨桿法和降低地下水位法等（黃健等，2021）?？拱五^桿因其具有施工速度快、造價(jià)低廉、底板受力均勻等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。在抗拔錨桿的設(shè)計(jì)與施工中，最重要的一個(gè)參數(shù)為錨桿的抗拔承載力。在土層中應(yīng)用抗拔錨桿時(shí)，往往通過增加錨固段的長度或減小錨桿的間距來滿足所需要的力，但是有研究表明，依靠增加錨固段的長度來提高抗拔力是有限度的，當(dāng)錨固段的長度超過某一個(gè)數(shù)值后，抗拔力并不能得到明顯的提高（曾慶義等，2004），若一味減小錨桿間距，則會(huì)產(chǎn)生“群錨效應(yīng)”，影響錨桿抗拔承載力的發(fā)揮，從而限制了錨桿的使用。

高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿是一種新型錨固結(jié)構(gòu)，采用高壓流體在錨孔底部按設(shè)計(jì)長度對土體進(jìn)行噴射切割擴(kuò)孔并灌注水泥漿或水泥砂漿，形成直徑較大的圓柱狀注漿體的錨桿，其增大了錨固體與土層間的接觸面積，充分利用了變截面處的端承效應(yīng)，大大提高了錨桿的抗拔承載力，可解決普通錨桿存在的問題，近年來被廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)、邊坡及基礎(chǔ)抗浮工程中（陳城，2020;胡亮等，2020;吳勇軍等，2019;李小園，2019）。

本文分析了高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿的抗拔力特點(diǎn)，通過河北廊坊某地下室抗浮錨桿工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了擴(kuò)大頭錨桿的施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)，并與相同條件下的普通錨桿的施工成本和工期進(jìn)行了對比，以期為類似工程提供借鑒。

1高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿的抗拔力

圖1為擴(kuò)大頭錨桿的結(jié)構(gòu)示意圖，其極限抗拔承載力T_uk可由式（1）計(jì)算：

可以看出，擴(kuò)大頭錨桿的抗拔力由普通錨固段注漿體與土層之間的摩阻力、擴(kuò)大頭段注漿體與土層間的摩阻力及擴(kuò)大頭前端面土體對擴(kuò)大頭的抗力三部分組成，屬于摩擦-端壓型錨桿，相較于摩擦型的普通錨桿，長度相同時(shí)單根抗拔承載力得到了大幅提高。研究表明，北京地區(qū)某項(xiàng)目的擴(kuò)大頭錨桿極限抗拔承載力可達(dá)普通錨桿的2.5～3.5倍（周子舟等，2019）。因此高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿特別適用于基坑深度大、土質(zhì)條件差、周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑支護(hù)工程、土質(zhì)邊坡及基礎(chǔ)抗浮工程。

相比普通錨桿，擴(kuò)大頭錨桿的位移較小。某污水處理池?cái)U(kuò)大頭抗浮錨桿設(shè)計(jì)抗拔力為280 kN，通過有限元數(shù)值模擬分析得出，當(dāng)加載到280 kN時(shí)，位移僅為8 mm，荷載繼續(xù)加載至395 kN時(shí)，位移為15 mm（陳城，2020）。因此，擴(kuò)大頭錨桿特別適用于對位移要求高的項(xiàng)目。

2工程實(shí)例

2.1工程概況

項(xiàng)目位于廊坊市大廠縣辛杜莊村，包括9棟4F—17F公寓樓及群樓、1棟3F公共配套樓、2棟1F變配電室及地下車庫等。其中地下車庫為2層，采用筏板基礎(chǔ)形式。項(xiàng)目區(qū)典型地層剖面如圖1所示，地下車庫基礎(chǔ)底板以下土層的力學(xué)參數(shù)見表1，各土層具體描述如下（圖2）：

④層粉質(zhì)黏土：褐灰色，軟塑—可塑狀態(tài)?？梢婅F質(zhì)銹染，稍有光澤，局部與粉土呈互層狀分布。屬中—高壓縮性土。

④₁層粉土：黃灰色，飽和，中密—密實(shí)?？梢婅F質(zhì)銹染，局部夾粉質(zhì)黏土或粉砂薄層。屬中壓縮性土，黏粒含量平均值ρ_c=9.3%。

⑤層粉砂：灰色，飽和，中密一密實(shí)，砂質(zhì)純凈，礦物成分以長石、石英為主，少量云母，級配一般，局部夾粉土或粉質(zhì)黏土薄層。標(biāo)貫實(shí)測擊數(shù)平均值N=33.9擊。

⑥層粉質(zhì)黏土：灰褐色，軟塑一可塑狀態(tài)。可見鐵質(zhì)銹染，稍有光澤，含少量小姜石，局部夾粉土薄層。屬中一高壓縮性土。

⑦層粉細(xì)砂：褐灰色，飽和，密實(shí)，砂質(zhì)純凈，礦物成分以長石、石英為主，少量云母，級配一般，局部夾粉質(zhì)黏土薄層。標(biāo)貫實(shí)測擊數(shù)平均值N=44.4擊。

勘察期間在鉆孔內(nèi)實(shí)測地下水位穩(wěn)定埋深為2.80～4.50 m，水位絕對高程為13.10～14.19 m。地下水類型為第四系孔隙潛水。補(bǔ)給方式以大氣降水及河流側(cè)向補(bǔ)給為主，排泄方式以自然蒸發(fā)、人工開采及側(cè)向徑流為主。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水受大氣降水影響較大，水位常年變幅在2.00 m左右，近期內(nèi)年最高水位高程為16.00m。

建設(shè)場地+0.00標(biāo)高為18.5 m，地下車庫基礎(chǔ)底絕對標(biāo)高為8.24 m，自然地面標(biāo)高約17.7 m?；茁裰糜冖軐又校垢≡O(shè)防設(shè)計(jì)水位高程按16.5 m考慮。由于上部結(jié)構(gòu)自重?zé)o法抵御水浮力，需采取抗浮措施。

2.2擴(kuò)大頭抗浮錨桿設(shè)計(jì)情況

地下車庫面積約20 783 m₂，要求單位面積提供不少于38 kN的抗浮力，抗浮措施采用了永久性高壓噴射擴(kuò)大頭抗浮錨桿，錨桿安全等級為Ⅱ級，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：錨桿的有效總長度14 m，擴(kuò)大頭段長度為4m，直徑為600 mm，非擴(kuò)大頭段長度為10 m，直徑為200 mm，根據(jù)土層參數(shù)及抗拔力計(jì)算公式，設(shè)計(jì)擴(kuò)大頭錨桿抗拔承載力特征值按保守取值為283 kN，擴(kuò)大頭端部位于⑦粉細(xì)砂層。錨桿桿體采用4根直徑25 mmHRB400級螺紋鋼筋，沿桿體方向每隔1.0 m設(shè)置1個(gè)定位器，整個(gè)地下車庫共布置2846根擴(kuò)大頭錨桿。水泥采用P.0.42.5普通硅酸鹽水泥。由于地下水具有微腐蝕性，抗浮錨桿采用Ⅲ級防腐措施，即外涂防腐涂層，涂層鋼筋基層的附著力不低于5 MPa，涂層厚度大于280μm。

擴(kuò)大頭錨桿設(shè)計(jì)詳見圖3。

3高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿施工技術(shù)

高壓噴射擴(kuò)大頭施工工藝流程見圖4所示。

3.1錨孔測放及鉆機(jī)就位

施工場地整平并達(dá)到三通一平后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地層條件，將錨孔位置準(zhǔn)確測放在設(shè)計(jì)位置上，并做出標(biāo)記，孔距誤差不得超過100 mm。準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，并嚴(yán)格認(rèn)真進(jìn)行機(jī)位調(diào)整，確保錨桿鉆孔角度偏差控制在2.0°以內(nèi)。

3.2鉆孔

成孔機(jī)具采用高強(qiáng)牌新型大扭矩打樁鉆機(jī)（ZGZ-A型），該鉆機(jī)的最大成樁深度為18.5 m，成樁直徑最大達(dá)0.9 m。項(xiàng)目鉆孔成孔直徑200 mm，為確保錨孔深度，實(shí)際鉆孔深度要求大于設(shè)計(jì)深度0.2～0.5 m。鉆進(jìn)過程中做好現(xiàn)場施工記錄，如遇塌孔、縮孔、涌砂流土等不良鉆進(jìn)現(xiàn)象時(shí)，須立即停鉆，及時(shí)進(jìn)行固壁灌漿處理，待水泥砂漿初凝后，重新掃孔鉆進(jìn)。當(dāng)成孔過程中遇不明障礙物時(shí)，查明其性質(zhì)后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

3.3擴(kuò)孔

高壓旋噴擴(kuò)孔流程如圖5所示。高壓噴射擴(kuò)孔過程中的噴射壓力、提升速度、擴(kuò)孔遍數(shù)是最重要的工藝參數(shù)，應(yīng)給予足夠的重視，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。當(dāng)其他參數(shù)相同時(shí)，提高噴射壓力或減小提升速度，均會(huì)使擴(kuò)孔段直徑增加，進(jìn)而影響擴(kuò)大頭錨桿的抗拔承載力。項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工參數(shù)為：旋噴提升速度10～20 cm·nin^-1，旋轉(zhuǎn)速度10～15轉(zhuǎn).min^-1，水泥漿為水灰比1.0的純水泥漿，旋噴壓力為25～30 MPa，漿量75L·min^-1。

項(xiàng)目擴(kuò)大頭段長度為4.0 m，需分段擴(kuò)孔。為保證整個(gè)擴(kuò)大頭段的連續(xù)性，噴射管分段提升過程中搭接長度不少于100 mm。采用水泥漿液擴(kuò)孔，需至少上下往返擴(kuò)孔兩遍。擴(kuò)孔過程中如果出現(xiàn)壓力驟降或者上升時(shí)，應(yīng)立即停止作業(yè)，查明原因，排除故障，恢復(fù)正常后方可繼續(xù)施工，噴射被迫中斷后，恢復(fù)旋噴時(shí)的搭接長度不小于0.5 m。

3.4桿體制作及安放

項(xiàng)目錨桿桿體采用4根直徑25mm HRB400級螺紋鋼筋，沿桿體方向每隔1.0m設(shè)置1個(gè)定位器，鋼筋接長采用直螺紋套筒連接。制作前鋼筋應(yīng)平直、除銹并外涂防腐涂層。

擴(kuò)孔完成后，立即取出噴管并迅速將桿體放入錨孔直到設(shè)計(jì)深度，以免漿液沉淀和凝固導(dǎo)致增加桿體放入的難度。桿體的角度偏差控制在2%以內(nèi)。注漿管與鋼筋桿體綁扎在一起放入鉆孔。

3.5注漿

注漿的目的是將鉆孔和擴(kuò)孔的泥漿和較稀的水泥漿置換出來，因此要求注漿管到孔底的距離宜小于300mm，自下而上連續(xù)不斷地灌注。項(xiàng)目采用高壓注漿工藝，水泥凈漿灌注，水泥漿液應(yīng)攪拌均勻，隨攪隨用，并應(yīng)在初凝前用完，注漿管路需保持暢通。注漿水灰比0.5，注漿體設(shè)計(jì)強(qiáng)度不小于30 MPa。當(dāng)孔口溢出漿液或排氣管排出的漿液與注入漿液顏色和濃度一致時(shí)方可停止注漿。注漿完畢應(yīng)將外露的鋼筋清洗干凈，不得隨意敲擊桿體或在桿體上懸掛重物。

4應(yīng)用效果

4.1驗(yàn)收試驗(yàn)

驗(yàn)收試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)所施工的錨桿質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，根據(jù)規(guī)范要求，項(xiàng)目選取抗浮錨桿總數(shù)的5%共144根錨桿進(jìn)行抗拔力驗(yàn)收試驗(yàn)。當(dāng)注漿體滿28 d齡期或注漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后進(jìn)行試驗(yàn)。

采用單循環(huán)試驗(yàn)方法，利用穿心千斤頂對錨桿施加拉拔力，通過地基土提供反力，對錨桿逐級施加荷載，直至最大荷載，試驗(yàn)示意圖見圖6a。

根據(jù)規(guī)范要求，試驗(yàn)初始荷載取錨桿抗拔力特征值的10%，最大試驗(yàn)荷載取錨桿抗拔力特征值的1.5倍。分級加荷值取錨桿抗拔力特征值的50%、75%、100%、120%、135%、150%，每級荷載的穩(wěn)定時(shí)間不少于5min。在每級加載等級觀測時(shí)間內(nèi)，測讀錨頭位移不少于3次。最大試驗(yàn)荷載觀測10 min，待位移穩(wěn)定后即卸載至錨桿抗拔力特征值的10%并量測位移。錨桿驗(yàn)收合格的標(biāo)準(zhǔn)是在最大試驗(yàn)荷載作用下，錨頭位移收斂穩(wěn)定。

項(xiàng)目抗浮錨桿施工完成lOd后進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，圖6b所示為1#—4#試驗(yàn)錨桿的荷載一位移曲線變化圖，在最大試驗(yàn)荷載作用下，錨頭位移變化量穩(wěn)定，試驗(yàn)過程中沒有出現(xiàn)錨桿被破壞的現(xiàn)象，驗(yàn)收合格。同時(shí)錨桿的位移離散性小、可靠性高，說明錨桿的質(zhì)量性能非常穩(wěn)定。

4.2施工成本和工期分析

在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)等條件均相同的情況下，若采取普通抗浮錨桿的方案，則抗浮錨桿長度取14 m，桿體直徑200 mm，抗拔承載力特征值取140 kN，錨桿桿體采用3根直徑25 mm的HRB400級螺紋鋼筋，則需設(shè)置約5760根普通抗浮錨桿。

兩種抗浮錨桿的成本組成見表3。可以看出，擴(kuò)大頭錨桿雖然在水泥用量及人工、機(jī)械費(fèi)方面存在劣勢，但總成本仍比普通錨桿降低了約13.3%。工期按投入1臺設(shè)備算，采用套管護(hù)壁鉆孔方法施工，擴(kuò)大頭錨桿雖然施工效率較慢，但因數(shù)量減少了50.3%，總工期可節(jié)省99.6 d，約25.9%。同時(shí)，可節(jié)省因工期產(chǎn)生的其他費(fèi)用，如降水費(fèi)用。

4.3對環(huán)境的影響分析

由于抗浮錨桿施工范圍內(nèi)存在粉土及砂層，粉土在受擾動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)涌砂流土，砂土在鉆孔時(shí)易發(fā)生塌孔，因此普通錨桿施工需采用套管護(hù)壁鉆孔。施工場地內(nèi)需留設(shè)泥漿池，并采取措施以保證基底不被泥漿破壞，且隨著國家對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)，很多卸土點(diǎn)不接受泥漿的直接堆放，產(chǎn)生的泥漿需在施工現(xiàn)場曬干后才能進(jìn)行清運(yùn)。而采用新型大扭矩打樁鉆機(jī)（ZGZ-A型）施工，擴(kuò)大頭錨桿不需要泥漿護(hù)壁，不會(huì)產(chǎn)生泥漿污染，也減少了泥漿外運(yùn)的麻煩。

5結(jié)論

1）高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿技術(shù)先進(jìn)，工藝成熟，可以大規(guī)模應(yīng)用于基坑支護(hù)、邊坡及基礎(chǔ)抗浮工程中，有推廣使用價(jià)值。

2）河北省廊坊市某地下車庫采取了高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿抗浮，施工質(zhì)量合格，且在成本、工期及環(huán)境保護(hù)等方面均具有一定的優(yōu)勢，可為類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

3）在選擇抗浮方案時(shí)，要注意擴(kuò)大頭錨桿工程量與材料用量的減少是否能彌補(bǔ)水泥用量及機(jī)械費(fèi)的增加對成本的影響，以及錨桿數(shù)量的減少是否能彌補(bǔ)施工效率較慢對工期的影響。