淺談囊式擴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：囊式擴體錨桿廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程的基礎(chǔ)抗浮、基坑支護和邊坡支護，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，主要原因是巖石擴孔困難，阻礙囊式擴孔錨桿技術(shù)的推廣和發(fā)展，文章結(jié)合成功實例，闡述囊式擴體錨桿技術(shù)在抗浮錨固巖石地層中的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：囊式；擴體；錨桿；

2、抗浮；巖石 </p><p>　　中圖分類號：C35文獻標識碼： A </p><p>　　隨著我國城鎮(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、地下商場、地下體育場等。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度和自穩(wěn)能力，廣泛應(yīng)用在巖土工程

3、領(lǐng)域。囊式擴體錨桿是在傳統(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，在建筑工程基礎(chǔ)抗浮、基坑支護、邊坡支護等工程中居于優(yōu)選地位。目前，囊式擴體錨桿在土層地質(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)用相對較少，主要原因是巖石層擴孔技術(shù)障礙，本文結(jié)合工程實例探討囊式擴體錨桿在巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的錨固應(yīng)用。 </p><p>　　1囊式擴體錨桿結(jié)構(gòu)和特點 </p&g

4、t;<p>　　1.1囊式擴體錨桿結(jié)構(gòu) </p><p>　　囊式擴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孔的錨孔中，注入壓力漿時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。囊式擴體錨桿結(jié)構(gòu)見圖1。 </p><p>　　a—充漿前的囊式擴體錨桿b—

5、充漿后的囊式擴體錨桿 </p><p>　　圖1囊式擴體錨桿結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　1.2 囊式擴體錨桿的特點 </p><p>　　作為抗浮結(jié)構(gòu)，囊式擴體錨桿的擴體部位埋置于密實土層或巖層，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，擴體錨桿具有以下特

6、點。 </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度，屬于摩擦-拉力型錨桿；囊式擴體錨桿改變了力的傳遞方式，依靠擴體端頭產(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>　?。?）耐久性：擴體承壓的機構(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錨固件的侵蝕，確保抗浮結(jié)構(gòu)的耐久性。 </p><p>　?。?）安全性：囊式擴體錨桿是歐洲旋噴擴體錨桿的技術(shù)升級，繼承了傳統(tǒng)錨桿錨固原理，增加的囊式擴體注漿后在錨桿底部形成了擴大的柱狀體，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>　?。?）經(jīng)濟性：傳統(tǒng)錨桿的錨固力大小取決于有效錨固段的長度，提高錨固力的

8、途徑是增加錨固段長度，從而增加工程量，增加工程造價。囊式擴體錨桿錨固力的大小與擴體的端頭承載面積有很大關(guān)系，膨脹擴體部位的長度和直徑只需滿足對土體有效地擠密的要求即可，錨固段的長度可以縮短，在實施相同深度的錨桿，囊式擴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。 </p><p>　　2 囊式擴體錨桿在巖石地層中的應(yīng)用 </p><p><b>　　2

9、.1 工程簡介 </b></p><p>　　安徽廬江居江淮之間，東北瀕巢湖，南近長江，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)場監(jiān)測，最大抗拔力值是110KN，不符合設(shè)計要求，由于上部建筑已成型，

10、施工作業(yè)空間僅有3.2m，無法選用其他工法，嘗試采用囊式擴體錨桿技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場拉拔試驗，囊式擴體錨桿的抗拔力達到840KN，是設(shè)計值得2倍，是傳統(tǒng)錨桿的8倍，最終確定采取錨桿囊式擴體錨桿補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，夾密實狀態(tài)粉土薄層，含少量長石、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，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，堅硬，巖石質(zhì)量等級為Ⅲ級。 </p><p>　　2.3 目

13、標錨固地層的確定 </p><p>　　根據(jù)施工場地地質(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工程造價的最優(yōu)化，將擴體錨固段埋置于第⑥層中分化凝灰?guī)r，該巖層屬堅硬巖，是理想的擴體錨桿段持力層。 </p><p><b>　　2.4 錨固方案 </b></p><p>　　囊式擴體錨固端落入第⑥層中分化巖層，錨桿

14、長度10.50mm，普通錨固段直徑150mm，擴體段直徑350mm，長度2000mm，錨桿桿體采用φ15.2×4的1860級預(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)對結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的上浮破壞力和地層環(huán)境對鋼材、灌漿結(jié)石體的腐蝕破壞。錨桿位置布置見圖2。 </p><p>　　2.5 擴體錨桿錨許用承載

15、力計算及錨桿桿體的配筋強度校核 </p><p>　　1、許用承載力計算 </p><p>　　按《高壓噴射擴大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T282-2012）計算單根擴體錨桿抗拔力極限承載力，計算公式如下： </p><p>　　經(jīng)計算，囊式擴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)計承載力420KN,滿足設(shè)計要求。 </p><p>　　2、錨桿桿體的配筋強度校核 </p><p>　　根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）及《高壓噴射擴大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T282-2012），對抗浮錨桿所用的鋼絞線進行錨桿桿體配筋強度安全校核，公式如下： </p><p>　　經(jīng)計算，錨桿桿體截面積為509.1m

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

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

19、，但不適合巖石地層擴孔。巖石地層常用爆破或機械擴孔，而爆破擴孔專業(yè)性較強，成孔的尺寸難控制，且有一定的難度和危險性，施工中常選擇機械擴孔方法。 </p><p>　　結(jié)合本工程技術(shù)要求，在實踐中研制的水壓式擴孔鉆頭可以有效的完成擴孔工作。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位于鉆頭體上的擴孔刀片張開，鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層，從而實現(xiàn)擴孔目的，高壓循環(huán)水流動的同時，將切削渣帶出。 </p

20、><p><b>　?。?）清渣驗孔 </b></p><p>　　錨桿安置前檢查孔深和擴孔孔徑是保證錨桿施工質(zhì)量的重點之一。機械擴孔在孔底不可避免產(chǎn)生沉渣，擴2m深的孔，成渣最厚達到0.6m，不清除沉渣，嚴重影響囊體就位。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，使用連桿簡易測孔儀測量擴孔直徑和孔深，保證

21、擴孔段達到設(shè)計尺寸要求。 </p><p><b>　　（3）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?？紤]水泥漿液凝固下沉，注漿后4-6小時還須補漿，保證孔口封閉。 </p>

22、;<p>　　注漿材料使用P.O42.5級以上水泥，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)在錨桿注漿體強度大于30MPa后進行，分級進行張拉，鎖定荷載為28KN。 </p><p><b>　　3 結(jié)

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

24、將逐步得到提高。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 高壓噴射擴大頭錨桿技術(shù)規(guī)程（JGJ/T282-2012）. [S]中國建筑出版社.2012 </p><p>　　[2] 徐國民、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