成都地下结构抗浮锚杆应用实例

成都地下结构抗浮锚杆应用实例袁贵兴１’２，何小淘３（１．四川省建筑科学研究院，四川成都６１００８１；２．四川大学，四川成都６１００６５３彭山县建设工程质量监督站，Ｎ）ＩＩ彭山６２０６８０）

【摘要】目前成都地区在进行锚杆设计时，因为没有现行的专门规范可以参考，往往羌所适从，故通过对锚杆工程应用，探讨并提出了抗浮锚杆设计步骤和设计内客．提出了适合成都地层特点的施工工艺。为成都地区类似工程抗浮锚杆的设计与施工能起到很好的指导意义。【关键词】地下结构；锚杆；抗浮；注装；粘蛄强度

【中图分类号】ＴＵ４７６＋９对一些容积大，靠自重不足以抵抗浮力的地下结构，如水池、建筑地下室、地铁车站、船坞等都存在抗浮问题。抗浮的基本思路除了压重、卣沟排水等措施之外，就是采用抗拔锚桩将结构锚固在稳定地层上。成都地区主要采用抗浮锚杆来承受地下水的浮力，目前缺乏与成都地区相适应的抗浮锚杆的设计参数。设计单位在设计时，往往不能正确选取参数。现有的规范尚未给出较为明确的规定，人们对此的认识也不统一，理论及概念层面的讨论较多．系统的试验及测试研究较少。成都地区还没有指导性的地方规范，在进行参数取值时，非常不统一。岩土层与锚固体间的粘结强度取值不规范，最后设计的结果往往不足太保守就是偏于不安全。１工程实例１．１工程及工程地质概况成都市城市副中心拟修建一座办公楼。该工程位于成都市天府大道西侧与武候大道交汇处，为楼地面５层，地下两层。地下室布置在主楼及周围，采用筏板基础。根据该＾Ｔ程《岩土工程勘察报告》，拟建场地地貌单元属成都平原一级阶地，地基土主要由第四系上更新统冲洪积层和白垩系灌口组泥岩构成，基础以稍密卵石为持力层。基础下地基土分别：稍密卵石、中砂、中密卵石、密实卵石、强风化泥岩、中风化泥岩。特征分述如下。（１）中砂：灰色。系长石、石英、云母细片、岩屑及暗色矿物等颗粒组成；松散．湿一饱和。Ｎ１２０动探平均击数为１．６３甜１０ｃｍ。厚０３㈣１８。（２）卵石：灰黄色、黄灰色。卵石成分系岩浆岩驶变质岩。圆形～亚圆形。一般粒径３～８ｃｌｒｌ，部分粒径约１２～１６ｃｍ左右。充填物主要为中砂，混少量砾石，含量约１５％～４５％。以弱风化为主。分３个亚层。稍密卵石层：充填物含量约３０％～柏％。钻进较容易，Ｎ１２０动探宴测平均击数为５５０击－／ｌｏｃｍ。厚ｎ８—２．５ｍ。中密卵石层：充填物含量约２０％～２５％。钻进较困难，Ｎ１２０动探实损』平均击数为８３８击－／１０ｃｍ。厚１２…３０。【文献标识码】Ｂ密实卵石：充填物含量约２０％～２５％。钻进困难，Ｎ１２０动探实测平均击数为１３９７击－／１０ｃｍ。厚１

４…３

５。（３）强风化泥岩：岩体结构已部分破坏，构造层理不清晰，节理、裂隙发育；岩体被分割成碎片状，可用手折断，锤击声哑。饱和抗压强度为２．１ＭＰａ。厚１２—２３

ｍ。

（４）中风化泥岩：岩体结构基本未破坏，构造层理清晰。泥质结构，块状构造，岩块不易击碎。饱和抗压强度为３８ＭＰａ。未揭露其厚度。该场地水位埋深为３０１１１．相应标高为５１６．０４ｍ，最高洪水位为４１８．１６ｍ。

１．２抗浮措施的选择为防止地下工程的浮起破坏，目前工程上通常采用配重法、抗浮桩或抗浮锚杆来解决抗浮问题。配重法通常根据配重要求．在底板上设回填层．利用回填物的重量增加自重，达到平衡浮力的目的。配重法造价较低，但不能有效利用空间，使利用地下空间的效率大大降低，且抗浮的能力较低。对于受浮力较小且利用空间可以减少的地下结构可以采用配重法抗浮。抗浮桩利用桩侧阻力起抗浮作用，其抗浮能力与桩型、桩长、桩径及周嗣的地质条件有关。抗浮桩单桩承载力较大，一般布置在柱、墙下，受环境条件、施工条件影响较大，造价较高。抗浮锚杆是一种埋人地下岩土深处的受力杆件，主要承受拉力，抗浮锚杆利用锚固体与岩土层的摩阻力来提供抗浮力，其造价低廉，施工方便，并且不占用地下空间．不改变地下空间的用途。根据本工程情况，选取抗浮锚杆作为本工程地下车库的抗浮措施。１．３锚杆施工工艺１．３．１成孔工艺

［收稿日期］２００７—０６—２８［作者简介］袁贵兴（１９７２一），男，工程硕士，工程师，主要从事岩土工程设计及工程质量检测、鉴定。

四ＪＩ建筑第２７卷２００７０９钻孔机械应考虑钻孔通过的岩土类型、成孔条件、锚杆长度、施工现场环境、地形条件等因素进行选择。钻进、垃备技术要求：采用动力头式工程钻机，额定风压不应小于１ＭＰａ，额定风量不小于１２ｍ３／ｒａｉｎ，采用台金钻头。因砂卵石容易塌孔，故必须进行跟管，即采用与成孔大小相同的套管跟进以支护孔壁，将套管接在冲击器上，在冲击器的冲击回转作用下，将套管下人到设计位置。（１）工艺要点：①下套管。将套管接在冲击器上，在冲击器的冲击回转作坩下，将套管下人到殴计岩土层中。成｝Ｌ直径根据设计而定，一般为１０８—１８０ｍｍ。②固定套管。用焊接的方法，将套管与钻进平台连接为一个整体．以利于钻进。③钻进成孔。利用冲击器和硬质合金钻头钻进。钻速为不小于２５ｒ／ｍｉｎ，钻进压力为７０—８０ｋＮ，风压不小于为０７～０８ＭＰａ，风量不小于４ｍ’／ｍｉｎ。（２）钻进锚孔施工应符合的规定：①铺孔定位置偏差不宜大干２０ｎｌｎｌ；②锚≠Ｌ倾斜度不麻大于５％；③钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于０５吣１．３．２锚杆及压浆管埋设工艺（１）锚杆制作。锚杆结构示意见幽Ｉ。铺杆采用螺纹钢筋，中环钢筋采用曲８的嘲钢。锚杆长度依实测孔深而定。锚杆与灌浆管进行绑扎，灌浆管的长度深人剑孔底，并通长制作注浆孔，注浆孔可沿灌浆管长度Ｓ形布置，孔距一般采用１０ｃｎｌ。灌浆管可采用ＰＶＣ管及钢管，建议采用ＰＶＣ管，因为ＰＶＣ管秉栅眭较好，可避免在埋设时折断．且其成本较低。（２）吊放锚杆。将制作好的锚杆连同灌浆管吊放至已成孔中，锚杆及灌浆管长度深入到孔底后，采用拉结固定。锚杆钢筋必须采取自效措施固定在孔的中央。篙／上Ｎ憩１５００＝１圈ｌ锚杆示意图１．３．３封孔工艺（１）填筑豆石。锚杆及灌浆下到孔底Ｊ｛固定后市即向孔内填筑豆石（粒径为１０～３０ｎｌｎｌ的碎石）。豆石必须干净，其指标按混凝土用粗骨料要求。填筑豆石应做到均匀，每次填高不能超过５００ｍｍ，并采用插捣的方法进行填筑。如果成孔较小，可不填筑豆石。填筑豆石的目的是为了增大锚固体的强度，同时可以防止塌孔，（２）起拔导管．填筑完再石后进行起拨导管，将倒置的冲击器和导管连接在一起，冲击器另一端和钻机动力头连接，边冲击边起拔导管。Ｉ．３．４灌浆工艺灌浆上艺是抗浮锚杆关键工序，是提供抗浮锚杆的承载力的保障。正式灌浆前，先采用清水进行清孔，以保证灌浆孔畅通。灌浆水灰比ｆ｝１稀至浓。水灰比控制在ｏ３８一ｏ５之间，灌浆压力不大于ＩＭＰａ。注浆速度不宜过快，防止孔内水排不干净。灌浆材料符合下列规定。（１）水泥宜用普通硅酸盐水泥，必要时口Ｊ采用抗硫酸盐水泥，其强度不应低于４２５ＭＰａ；

（２）砂的含泥量按重量讣不得太于３％，云母、有机物、

硫化物和硫酸盐等有害物质的含量按重量计不得大于１％；（３）水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水。１．４确定锚固体与岩土体粘结强度（摩阻力）特征值采用基本试验方法来确定锚固与岩土体粘结强度。共对６种土层分别设置了３根试验锚杆。为使锚固体与地层间首先破坏，采取增加钢箭数量或缩短锚固长度，根据计算设置２根啦８Ⅱ级钢，锚固长度约１５ｍ左右。

根据试验得出了该工程主要锚固岩土层与锚固体粘结强度（摩阻力）特征值见表１。表Ｉ各土层与抗浮锚杆锚固体粘结强度特征值稍密中密密实强风化中风化土层类别中砂层卵石层卵石屈卵石层泥岩泥岩

特征值（ｋＰａ）

１．５抗淳锚轩设计１．５．１抗浮力计算（１）水浮力计算。根据该Ｔ程《岩土工程勘察报告》，设场地地下水位在５１６０４ｉｎ左右，最高洪水位为４１８１６ｍ，基础底标高为４１００８ｍ，故地水产生的静水浮力为：

Ｖ＝ｐｇｈ＝１×９８ｘ８０８＝７９１８４ｋＮ／ｍ２ｆ１１（２）抗浮力计算。该Ｔ栏主楼为５层建筑，框架结构。对于主楼，结构自重作用在筏板上的平面荷载为３００ｋＮ／ｍ２，主楼下地下室满足抗浮要求。对于与主楼相通的地下窜，该部分筏板基础血税为１５８０ｍ２。其地ｌ：无建筑．为地下停车场，上部结构荷找作用在筏板上的荷载Ⅳ为３５ｋＮ／ｍ２，则其抗浮力为：Ｆ≥ＫＶ—Ｎ＝１０ｘ７９１８４—３５－４４１８４ｋＮ／ｍ２ｆ２）１．５．２抗浮锚杆设计计算１．５．２．１抗浮锚杆平面布置本工程基础为筏板基础，考虑结构受力特点，本着减小底板弯曲应力的原则，奉工稗采用小吨位的铺杆。抗浮锚杆枉整个底板上小间距均匀布置，局部地方适当增减。该布置可降低底板的加筋费用，又可以减小因个别锚杆失效而造成的局部破坏。锚杆大体成正方形布置，问距为２０００

ｍｍ。

１．５．２．２锚杆类型％数量（１）锚杆类璋』采用非预应力锚杆，单根锚杆的抗拔』】特征值为：４４１８４×２×２＝１７６７３６ｋＮｒ３、取２００ｋＮ。（２）抗浮锚杆数量ｎ＝（筏板面积）１５８０÷（２２）＝３９５根（４）

１．５．２．３锚筋及锚固体直径设计锚筋采用３根￥２８ＩＩ级钢筋，锚固体直径为１３５ＩＩ／ｍ。为增大锚固体的强度，锚固体采用豆石与砂浆结合体。锚秆直径采用２８ｍｍ的Ⅱ级钢筋。锚杆截面面积应满足式（５）要求：Ａ。≥‰Ⅳ。／（ｅＺ）（５）式中：Ａ．为锚杆钢筋截而面积（ｍ２）；（下转第９７页）

四川建筑第２７卷２００７．０９９５粉土、泥炭、杂填土等各种地基。２．５垫屠法垫层法就是把靠近堤坊基底的不能请足设计要求的软土挖除，代以人工回填的砂、碎石、石渣等强度高、压缩性低、透水性好、易压实的材料作为持力层。垫层材料可以就地取材，价格便宜，施工工艺较为简单。该法在软土埋深较浅、开挖土方量不太大的场地较常采用。２．６预压砂井法预压法是在排水系统和加压系统的相互配合作用下，使地基土中的孔隙水排出。常用的排水系统有水平排水垫层、排水砂沟或其它水平排水体和竖直方向的排水砂井或塑料排水板；加压系统有堆载预压、真空预压或降低地下水位等。当堆载预压和真空预压联合使用时又称真空联合堆载预压法。基本做法如下：先将准备加固范围内的植被和表土清除，上铺砂垫层｝然后垂直下插塑料排永板，砂垫层中横向布置排水管，用以改善加固地基的排水条件；再在砂垫层上铺设密封膜，用真空泵将密封膜以内的地基气压抽至负压８０ｋＰａ以上。该方法往往加固时间过长，抽真空处理范围有限，适用于工期要求较宽的淤泥或淤泥质土地基处理。流变特性很强的软性黏土、泥炭土，不宜采用此法。２．７振动水冲法振冲法是利用一根类似插入式混凝土振捣器的机具，称为振冲器，有上、下两个喷水口，在振动和冲击荷载的作用下，先在地基中成孔，再在｝Ｌ内分别填人砂、碎石等材料，并分层振实或夯实，使地基得以加固。用砂桩、碎石桩加固初始强度不能太低（初始不排水抗剪强度一般要求大于２０ｋＰａ）。对太软的淤泥或淤泥质土不宜采用。石灰桩、二灰桩是在桩孔中灌入新鲜生石灰，或在生石灰中掺人适量粉煤灰、火山灰（常称为二灰），并分层击实而成桩。它通过生石灰的高吸水性、膨胀后对桩周土的挤密作用、离子交换作用和空气中的ｃ０２与水发生酸化反应使被加固地基强度提高。２．８土工合成材料加薪加田法土工合成材料加筋加固法是将土工合成材料平铺于堤防地基表面进行地基加大，能使堤防荷载均匀分散到地基中。当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展的范围的作用，从而达到提高地基承载力的目的。此外土工合成材料与地基土之间的相互摩擦将限制地基土的侧向变形，从而增加地基的稳定性。