一種抗浮錨桿施工工藝優化探討

黎 引, 彭 冉, 宋 磊, 王繼林

(中冶成都勘察研究總院有限公司,四川成都 610000)

0 引言

在地下水位較高的場地,結構荷載不能抵抗地下水產生的浮力時,無上部高層結構的純地下室、地下商業街等地下建筑都有抗浮問題。為了防止地下結構上浮,在設計上通常采用增加地下室配重、布設抗浮錨桿或抗拔樁等措施。與增加配重和抗拔樁等措施相比,抗浮錨桿施工工藝簡便快捷,機械設備小巧靈活,工程造價也更加低廉,因此其應用范圍極其廣泛。

但是,由于對抗浮認識不足,以及施工過程中質量管控不到位,造成地下室上浮導致地下室抗水板、梁或上部結構中的板、梁、柱等出現裂縫等質量問題或工程事故時有發生。而且由于施工工序的原因,不易察覺抗浮出現問題,待到發現時,地下室區域覆土已完成回填,降水井已被廢棄堵塞、總平綠化已經初步完成等,造成抗浮問題難以整改、花費高、耗時長,嚴重影響到工程最終的交驗,造成社會負面影響大。

因此,為充分達到抗浮效果,提升抗浮錨桿的施工工藝技術質量要求,持之以恒的探討和創新新的、特殊的抗浮錨桿施工工藝就顯得尤為重要。在這個過程中,潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的施工工藝應運而生。

1 傳統抗浮錨桿與潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的主要區別分析

傳統的抗浮錨桿主要采用潛孔錘鉆機成孔,下錨桿鋼筋,充填礫石后注入水泥漿(或直接壓入水泥砂漿或純水泥漿)的施工方法,具體工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統抗浮錨桿施工

潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿主要則是在潛孔錘成孔之后立即灌注細石混凝土至設計標高后,待混凝土初凝之前使用振動錘將錨桿鋼筋置入細石混凝土之中。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工

2 傳統抗浮錨桿與潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的主要優劣分析

(1)傳統抗浮錨桿施工工藝在漿液的制作時的配合比、攪拌時間以及注漿過程中注漿壓力等方面不易精準控制,容易出現人為操作問題,從而影響漿體的最終強度。潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿直接采用的是預拌細石混凝土作為漿體材料,通過在商混站內各種精密設備的精確配比,充分拌合,確保漿體強度滿足要求,避免現場自制漿液而帶來的質量隱患。

(2)傳統抗浮錨桿施工工藝在充填碎石時容易充填不充分,導致注漿漿液不能滲入碎石的縫隙內,或者是滲入的不均勻,最終導致錨固體松散,不能形成完整的錨固體,從而影響錨固體與鋼筋之間的握裹力。潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工工藝由于需要使用振動錘將鋼筋振入混凝土中,這就相當于給混凝土使用振動棒的效果,使得鋼筋與混凝土充分接觸,粘結強度得到加強。

(3)傳統抗浮錨桿施工工藝由于是在現場制漿,現場容易產生大量廢棄漿液污染環境,而且存在揚塵和袋裝水泥使用的環保監管風險,環保壓力巨大。潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工工藝由于使用預拌細石混凝土作為漿體材料,則不存在上述的環保風險。

3 潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿施工工藝常見的技術難點

3.1 保證錨桿鋼筋保護層厚度

后置錨桿鋼筋的施工過程中如何確保鋼筋的保護層厚度既是一種較為常見的施工技術,也是一項較難克服的技術難點。在錨桿鋼筋置入前會對孔內澆筑混凝土,而為了保證錨桿鋼筋的保護層厚度,就需在錨桿鋼筋上設置足夠多的耳朵筋或混凝土墊塊,避免錨桿鋼筋偏位的情況發生。

3.2 錨桿鋼筋后置入至設計深度

通常情況下,用于完成錨孔澆筑的混凝土,其塌落度與和易性須控制的很好,一般塌落度應控制在180～220 mm,同時要嚴格控制混凝土澆筑與后置鋼筋工序之間的時間間隔,確保在混凝土初凝之前完成錨桿鋼筋后置作業。另外,在對錨桿鋼筋進行加工時,應將鋼筋的底部彎折后做成錐型,以便在錨桿鋼筋置入混凝土時能夠順利到達設計深度。

4 工程案例

4.1 工程概況

成都市雙流區某工程項目,規劃用地面積1.86萬m2,總建筑面積72 037.81 m2,根據設計圖紙要求,本項目地下室抗浮措施采用抗浮錨桿方案,抗浮錨桿的設計直徑為φ150 mm,長度不小于10 m,錨桿入強風化泥巖不小于5 m,抗拔承載力特征值為220 kN,配筋采用3φ25 mm,抗浮錨桿總根數1 485根。

4.2 地層巖性

本工程抗浮錨桿施工作業面主要泥巖層為主,其主要特性:紅褐、棕紅色,以黏土礦物為主,泥質膠結,中—厚層狀構造,巖層產狀為 210°∠2°,屬緩傾巖層。軟化系數小于 0.75,為易軟化巖石。在鉆探深度范圍內,按其風化程度、堅硬程度和完整性劃分為3個工程地質層:

(1)全風化泥巖:棕紅、紫紅色,泥質結構,基本風化成土,原巖結構清晰可見,手捏易碎,經水浸泡呈短柱狀,失水開裂,場地內均勻分布,現場揭露厚度 5.0～14.3 m。

(2)強風化泥巖:棕紅、紫紅色,泥質結構,結構部分破壞,礦物成分顯著變化,風化裂隙很發育,隙間充填褐色氧化鐵薄膜等,鉆探取芯多呈柱狀,部分為碎塊,礦物成分變化顯著,風化裂隙發育,干鉆不易鉆進,為極軟巖,巖石質量等級為Ⅴ級,巖芯采取約 85%,RQD≈30?，F場揭露厚度 2.0～11.0 m。

(3)中等風化泥巖:紫紅、棕紅色,節理裂隙較發育,沿節理面有次生礦物,鉆孔芯樣呈碎塊狀—短柱狀,手掰不易碎,巖芯鉆方可鉆進,為極軟巖,巖石質量等級為Ⅴ級,巖芯采取率約 92%,RQD≈88。全場地分布,勘察未鉆穿。

4.3 水文地質條件

4.3.1 地表水

地勘單位勘察期間未見地表水,現場施工未見地表水。

4.3.2 地下水

根據場地的地質條件及地下水賦存特性,場地地下水主要為上層滯水、孔隙潛水及基巖裂隙水。上層滯水主要分布于人工填土和黏土中,具有水位不穩定,水量不大,連通性差等特點,主要受大氣降雨補給,受季節影響較大; 孔隙潛水賦存于卵石層中,基巖裂隙水賦存于泥巖裂隙中,均受大氣降水及地下徑流補給, 并通過地下徑流、蒸發等方式排泄。

4.4 施工工藝選擇

根據本項目的地勘報告以及現場實際情況,顯示抗浮錨桿施工地層為泥巖層,自身的穩定性較好,不需要采用跟管、護壁等防塌孔措施,具備混凝土灌注條件。同時也考慮到錨桿的長度較長,一般達到15 m以上,采用傳統施工工藝無法保證礫石的充填飽滿和漿液的充分滲入,從而導致壓漿后不能形成完整的錨固體。另外,注漿管預埋過長,堵管后不易處理,且注漿壓力也不易精確控制,從而容易導致錨固體與鋼筋之間握裹力減弱,最終影響抗浮錨桿的抗拔效果。

綜合以上方面原因,本工程試驗性的選擇部分抗浮錨桿借鑒類似樁基施工中的“反插鋼筋籠”法的施工工藝,采用先澆筑混凝土,后下錨桿鋼筋的方法,從而提升抗浮錨桿的施工質量,以求達到更好的抗拔效果。

4.5 施工工藝流程

施工準備—錨桿孔位測放—安裝錨桿鉆機—鉆機成孔至設計深度—清孔提鉆—澆筑細石混凝土—振動錘置入錨桿鋼筋—養護—抗拔試驗—驗收

4.6 主要施工方法

(1)施工準備:①組織有關人員熟悉相關規范標準、巖土工程勘察報告、施工圖紙及圖紙會審記錄等,并在此基礎上編制施工方案和人材機等資源保障措施,并進行相應的技術、質量、安全、合同等交底;②對施工現場及其周圍的地上建筑物的位置、地下構筑物、各種管線的位置和走向等情況進行調查,以便在施工前采取有效保護和避讓措施;③立即開展對建設單位移交的建筑物角樁控制點復核、保護工作,布設臨時水準點(其位置選擇應相對固定),澆筑少量混凝土對其進行固定保護,并且根據需要作好引樁等工作;④根據施工策劃,做好人、材、機等資源的進場準備工作。

(2)錨桿鉆機成孔:錨桿孔位確定以后,選用HM-90型錨桿鉆機鉆孔,鉆頭直徑為φ146 mm,持續鉆進后,孔徑直接擴大到150 mm以上。最后通過空氣壓縮機產生的高壓空氣對錨孔吹氣進行清孔排渣。同時,在鉆進深度達到設計孔底標高后,暫不停止鉆進,保持1～2 min,以確保錨孔底端達到設計的錨固直徑。

(3)清孔提鉆:鉆孔工作完成后需利用空氣壓縮機的高壓氣體將孔內余渣清除,直到從孔口返出高壓氣體,用手觸摸后感覺不到塵屑為止,實現孔內余渣的徹底清除,同時現場相關人員對錨孔進行垂直度、孔深的檢測,滿足要求后方可進入下一道工序施工。

(4)澆筑細石混凝土:錨孔驗收合格,且對到達現場的混凝土完成相應的塌落度試驗后,采用小型細石混凝土輸送泵將混凝土泵送至錨孔內,并嚴格控制混凝土的灌注標高,注意清理上層浮漿,確保樁體強度達到要求。

(5)置入鋼筋:細石混凝土澆筑完畢后,使用振動錘配合人工下錨桿鋼筋,盡量減少時間差,從而減少后置鋼筋的難 度。后置鋼筋的過程中若發現垂直度偏差過大時應及時通知振動錘操作人員暫停,并在下鋼筋作業人員的配合下操作設備扶正鋼筋對準孔心。置入錨桿鋼筋時必須先確保利用振動錘及錨桿鋼筋的自重插入,直至實在無法插入時再開啟振動錘,使用機械進行插入,且控制插入速度在1.2～1.5 m/min以內,防止鋼筋偏位。

待潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的漿體強度達到設計要求后,經過第三方檢測單位的驗收試驗驗證,結果顯示此種施工工藝的施工效果較傳統施工工藝要好,驗收試驗均能滿足設計要求。

5 結束語

抗浮錨桿因為其經濟效果顯著、施工場地要求低,施工高效便捷、可靠性較高等優點,成為解決地下室抗浮問題較為常用的處理方式。根據上述經驗可知,潛孔錘成孔后置鋼筋抗浮錨桿的施工工藝可行,而且其具有質量保障、方便快捷、環保風險小、抗拔效果好等特點,也是一種可靠的施工工藝。