淺談囊式擴(kuò)體錨桿在抗浮錨固巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1、<p>　　淺談囊式擴(kuò)體錨桿在抗浮錨固巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：囊式擴(kuò)體錨桿廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程的基礎(chǔ)抗浮、基坑支護(hù)和邊坡支護(hù)，以土質(zhì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)成為主，而在巖石層地層錨固中，常采用傳統(tǒng)錨桿，主要原因是巖石擴(kuò)孔困難，阻礙囊式擴(kuò)孔錨桿技術(shù)的推廣和發(fā)展，文章結(jié)合成功實(shí)例，闡述囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)在抗浮錨固巖石地層中的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：囊式；擴(kuò)體；錨桿；

2、抗??；巖石 </p><p>　　中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，不可再生的有限的土地資源越加顯得昂貴和緊缺，迫使部分建筑物轉(zhuǎn)向地下空間發(fā)展，如地下停車場(chǎng)、地下商場(chǎng)、地下體育場(chǎng)等。由于這些地下設(shè)施埋深較深，在地下水位較高的地區(qū)，建筑工程抗浮問題尤顯得突出與重要。錨桿技術(shù)因其能較充分地調(diào)用和提高巖土自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，廣泛應(yīng)用在巖土工程

3、領(lǐng)域。囊式擴(kuò)體錨桿是在傳統(tǒng)錨桿基礎(chǔ)上延伸發(fā)展的一種新型錨桿，相比傳統(tǒng)錨桿具有抗拔力大、可靠性高、位移小等突出優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程基礎(chǔ)抗浮、基坑支護(hù)、邊坡支護(hù)等工程中居于優(yōu)選地位。目前，囊式擴(kuò)體錨桿在土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的錨固技術(shù)非常成熟，而在巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用相對(duì)較少，主要原因是巖石層擴(kuò)孔技術(shù)障礙，本文結(jié)合工程實(shí)例探討囊式擴(kuò)體錨桿在巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的錨固應(yīng)用。 </p><p>　　1囊式擴(kuò)體錨桿結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) </p&g

4、t;<p>　　1.1囊式擴(kuò)體錨桿結(jié)構(gòu) </p><p>　　囊式擴(kuò)體錨桿就是在錨桿底端設(shè)置一定尺寸的可打開可承壓的囊袋，將其安置在已完成擴(kuò)孔的錨孔中，注入壓力漿時(shí)囊袋打開并容納一定容積的水泥漿，水泥凝結(jié)后，在錨桿底部形成囊袋包裹的水泥柱狀體，柱狀體在錨桿受力中承載端壓力，可有效地提高錨桿的抗拔能力。囊式擴(kuò)體錨桿結(jié)構(gòu)見圖1。 </p><p>　　a—充漿前的囊式擴(kuò)體錨桿b—

5、充漿后的囊式擴(kuò)體錨桿 </p><p>　　圖1囊式擴(kuò)體錨桿結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　1.2 囊式擴(kuò)體錨桿的特點(diǎn) </p><p>　　作為抗浮結(jié)構(gòu)，囊式擴(kuò)體錨桿的擴(kuò)體部位埋置于密實(shí)土層或巖層，通過壓力注漿向外均勻擠壓巖土，周圍土體受到擠壓，土的內(nèi)摩擦角和壓縮模量增大，錨桿和土體的觸面積也增大接，增大了錨桿和土體的 “咬合力”。和傳統(tǒng)錨桿相比，擴(kuò)體錨桿具有以下特

6、點(diǎn)。 </p><p>　?。?）承載力提高：傳統(tǒng)的錨桿依靠錨固段與周圍土體的粘結(jié)力和摩擦力效應(yīng)傳遞荷載，錨固力大小取決于錨固段的長(zhǎng)度，屬于摩擦-拉力型錨桿；囊式擴(kuò)體錨桿改變了力的傳遞方式，依靠擴(kuò)體端頭產(chǎn)生支承壓力，以及錨固段與周圍土體的粘結(jié)力、摩擦力共同承載，可在有限長(zhǎng)度的錨固體范圍內(nèi)使承載力得以提高，屬于摩擦-支承復(fù)合型錨桿 </p><p>　　（2）耐久性：擴(kuò)體承壓的機(jī)構(gòu)體植入囊內(nèi)

7、，且囊內(nèi)層設(shè)置PE防腐層，可以有效抵抗腐蝕性地下水和土體對(duì)錨固件的侵蝕，確?？垢〗Y(jié)構(gòu)的耐久性。 </p><p>　?。?）安全性：囊式擴(kuò)體錨桿是歐洲旋噴擴(kuò)體錨桿的技術(shù)升級(jí)，繼承了傳統(tǒng)錨桿錨固原理，增加的囊式擴(kuò)體注漿后在錨桿底部形成了擴(kuò)大的柱狀體，改變錨桿受力狀況，提高了錨桿技術(shù)的可靠性和安全性。 </p><p>　　（4）經(jīng)濟(jì)性：傳統(tǒng)錨桿的錨固力大小取決于有效錨固段的長(zhǎng)度，提高錨固力的

8、途徑是增加錨固段長(zhǎng)度，從而增加工程量，增加工程造價(jià)。囊式擴(kuò)體錨桿錨固力的大小與擴(kuò)體的端頭承載面積有很大關(guān)系，膨脹擴(kuò)體部位的長(zhǎng)度和直徑只需滿足對(duì)土體有效地?cái)D密的要求即可，錨固段的長(zhǎng)度可以縮短，在實(shí)施相同深度的錨桿，囊式擴(kuò)體錨桿的抗拔力可以提高15%～50%倍，可以減少錨桿數(shù)量，降低工程造價(jià)。 </p><p>　　2 囊式擴(kuò)體錨桿在巖石地層中的應(yīng)用 </p><p><b>　　2

9、.1 工程簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　安徽廬江居江淮之間，東北瀕巢湖，南近長(zhǎng)江，北抵杭埠河，境內(nèi)有西河、兆河等河流，地下水資源豐富。位于廬江縣中心部位的廬江中心城是集商業(yè)、住宅與一體的綜合建筑，大型停車場(chǎng)建于地下9.3米，建筑基礎(chǔ)抗浮錨固成為重要工程。設(shè)計(jì)錨固段深入到中分化砂巖層，承載力420KN，最初采用傳統(tǒng)錨桿技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，最大抗拔力值是110KN，不符合設(shè)計(jì)要求，由于上部建筑已成型，

10、施工作業(yè)空間僅有3.2m，無(wú)法選用其他工法，嘗試采用囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，囊式擴(kuò)體錨桿的抗拔力達(dá)到840KN，是設(shè)計(jì)值得2倍，是傳統(tǒng)錨桿的8倍，最終確定采取錨桿囊式擴(kuò)體錨桿補(bǔ)救措施解決建筑地基抗浮。 </p><p><b>　　2.2地質(zhì)狀況 </b></p><p>　　本工程地下室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板以下涉及抗浮錨固根據(jù)地層情況如圖2所示。 </p&g

11、t;<p>　　圖2施工區(qū)域地質(zhì)剖面圖及錨桿位置圖 </p><p>　　第④層粗砂夾粉土：灰褐色，中密，夾密實(shí)狀態(tài)粉土薄層，含少量長(zhǎng)石、石英等物質(zhì)，該層層頂埋深8.00～11.70m，層頂高程3.84～-1.08m，層厚0.60～3.80m，沖洪及成因，該層分布穩(wěn)定。 </p><p>　　第⑤層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r層，灰褐色，局部見紅褐色，頂部風(fēng)化成土塊，中密～密實(shí)，巖芯易破碎，

12、遇水易崩解，層頂埋深10.00～13.30m，層頂高1.30～-1.88m，層厚1.20～5.70m，該層分布穩(wěn)定 </p><p>　　第⑥層中分化凝灰?guī)r：褐色，局部見紅褐色，致密，堅(jiān)硬，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈短柱狀，裂隙較發(fā)育，層頂埋深13.20～17.50，層頂高程-1.50～-5.95m，未揭穿，最大揭露厚度8.5m，堅(jiān)硬，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。 </p><p>　　2.3 目

13、標(biāo)錨固地層的確定 </p><p>　　根據(jù)施工場(chǎng)地地質(zhì)條件和巖土層基本參數(shù)，綜合考慮地下結(jié)構(gòu)的埋深、抗浮設(shè)防水位和抗浮錨固分項(xiàng)工程造價(jià)的最優(yōu)化，將擴(kuò)體錨固段埋置于第⑥層中分化凝灰?guī)r，該巖層屬堅(jiān)硬巖，是理想的擴(kuò)體錨桿段持力層。 </p><p><b>　　2.4 錨固方案 </b></p><p>　　囊式擴(kuò)體錨固端落入第⑥層中分化巖層，錨桿

14、長(zhǎng)度10.50mm，普通錨固段直徑150mm，擴(kuò)體段直徑350mm，長(zhǎng)度2000mm，錨桿桿體采用φ15.2×4的1860級(jí)預(yù)應(yīng)力低松弛鋼絞線，鋼絞線外包裹油脂，套PE涂層，并與底板鎖定連接，囊體內(nèi)壁設(shè)置PE膜防腐層。此結(jié)構(gòu)抗浮構(gòu)件組合可防止地下水回升、水位變化等荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的上浮破壞力和地層環(huán)境對(duì)鋼材、灌漿結(jié)石體的腐蝕破壞。錨桿位置布置見圖2。 </p><p>　　2.5 擴(kuò)體錨桿錨許用承載

15、力計(jì)算及錨桿桿體的配筋強(qiáng)度校核 </p><p>　　1、許用承載力計(jì)算 </p><p>　　按《高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T282-2012）計(jì)算單根擴(kuò)體錨桿抗拔力極限承載力，計(jì)算公式如下： </p><p>　　經(jīng)計(jì)算，囊式擴(kuò)體錨桿極限承載力是930KN。 </p><p>　　許用承載力,其中安全系數(shù)K取2，許用承載力為4

16、65KN,大于設(shè)計(jì)承載力420KN,滿足設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　2、錨桿桿體的配筋強(qiáng)度校核 </p><p>　　根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）及《高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T282-2012），對(duì)抗浮錨桿所用的鋼絞線進(jìn)行錨桿桿體配筋強(qiáng)度安全校核，公式如下： </p><p>　　經(jīng)計(jì)算，錨桿桿體截面積為509.1m

17、m2,4根φ15.2截面積和為560mm2，實(shí)際值大于設(shè)計(jì)值，錨桿桿體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 </p><p><b>　　2.6工程施工 </b></p><p>　　1、囊式擴(kuò)體錨桿施工工藝 </p><p>　　囊式擴(kuò)體錨桿施工主要工序有錨桿制作、鉆、擴(kuò)錨孔、下錨、灌注水泥漿液、養(yǎng)護(hù)、張拉鎖定，施工工藝流程見圖3。 </p>&

18、lt;p>　　圖3囊式擴(kuò)體錨桿施工工藝流程圖 </p><p>　　2、巖石地層施工囊式擴(kuò)體錨桿的難點(diǎn)和重點(diǎn)環(huán)節(jié) </p><p><b>　　（1）巖石擴(kuò)孔 </b></p><p>　　巖石地層施工囊式擴(kuò)體錨桿的技術(shù)難點(diǎn)是巖石擴(kuò)孔。目前，擴(kuò)孔常用的方法是機(jī)械擴(kuò)孔和高壓噴射擴(kuò)孔，對(duì)于土質(zhì)地層擴(kuò)孔，高壓噴射擴(kuò)孔速度快、效率高，優(yōu)于機(jī)械擴(kuò)孔

19、，但不適合巖石地層擴(kuò)孔。巖石地層常用爆破或機(jī)械擴(kuò)孔，而爆破擴(kuò)孔專業(yè)性較強(qiáng)，成孔的尺寸難控制，且有一定的難度和危險(xiǎn)性，施工中常選擇機(jī)械擴(kuò)孔方法。 </p><p>　　結(jié)合本工程技術(shù)要求，在實(shí)踐中研制的水壓式擴(kuò)孔鉆頭可以有效的完成擴(kuò)孔工作。鉆頭切削刃部位鑲嵌PDC復(fù)合片材料，利用高壓泵輸出的高壓水流推動(dòng)位于鉆頭體上的擴(kuò)孔刀片張開，鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔目的，高壓循環(huán)水流動(dòng)的同時(shí)，將切削渣帶出。 </p

20、><p><b>　?。?）清渣驗(yàn)孔 </b></p><p>　　錨桿安置前檢查孔深和擴(kuò)孔孔徑是保證錨桿施工質(zhì)量的重點(diǎn)之一。機(jī)械擴(kuò)孔在孔底不可避免產(chǎn)生沉渣，擴(kuò)2m深的孔，成渣最厚達(dá)到0.6m，不清除沉渣，嚴(yán)重影響囊體就位。工程中使用高壓水、高壓氣或水、氣混過清除沉渣。 </p><p>　　清孔后的錨孔，使用連桿簡(jiǎn)易測(cè)孔儀測(cè)量擴(kuò)孔直徑和孔深，保證

21、擴(kuò)孔段達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸要求。 </p><p><b>　?。?）注漿 </b></p><p>　　注漿是錨桿成型的過程。注漿分為兩步，錨桿安置后，先向囊袋中注入高壓水泥漿，注漿量不低于計(jì)算用量，使囊袋張開，在錨桿底部形成圓柱樁體，拔出注漿管，再向錨孔中注漿，充填錨孔中的空隙，使錨桿定位。考慮水泥漿液凝固下沉，注漿后4-6小時(shí)還須補(bǔ)漿，保證孔口封閉。 </p>

22、;<p>　　注漿材料使用P.O42.5級(jí)以上水泥，漿液水灰比0.4～0.5，添加適量減水劑保證水泥漿液的流動(dòng)良好狀態(tài)。 </p><p><b>　?。?）張拉鎖定 </b></p><p>　　錨桿張拉鎖定應(yīng)在錨桿注漿體強(qiáng)度大于30MPa后進(jìn)行，分級(jí)進(jìn)行張拉，鎖定荷載為28KN。 </p><p><b>　　3 結(jié)

23、束語(yǔ) </b></p><p>　　囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)在廬江工程中的成功應(yīng)用，突破了囊式擴(kuò)體錨桿僅限于在土質(zhì)地層條件下的應(yīng)用范圍，推動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。巖石地層施工囊式擴(kuò)體錨桿的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是巖石擴(kuò)孔技術(shù)，施工中研制的水壓式擴(kuò)孔鉆頭能有效地實(shí)施巖石擴(kuò)孔，解決了施工難點(diǎn)，但擴(kuò)孔功效不高，直徑180mm孔擴(kuò)至350mm，孔深2m，需要消耗4～6小時(shí)。確信，隨著囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)的推廣與發(fā)展，攻克巖石擴(kuò)孔技術(shù)

24、將逐步得到提高。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿技術(shù)規(guī)程（JGJ/T282-2012）. [S]中國(guó)建筑出版社.2012 </p><p>　　[2] 徐國(guó)民、李偉忠 李文平 李鴻芳主編. 巖土錨固技術(shù)與工程應(yīng)用. [C]人民交通出版社.2012