摘要：在地下水位较高时，为保证工程结构满足抗浮安全要求，需采用经济、合理的抗浮措施。抗浮的方法中，与普通锚杆相比，扩体锚杆能够提供更大的承载能力，本文通过对比普通抗浮锚杆和扩体抗浮锚杆的作用机理和承载特性，阐明了扩体锚杆在单锚承载力、施工时间等方面的显著优势；进而结合工程实例介绍了扩体抗浮锚杆方案的设计计算，并制定了相应的施工方法和技术措施，达到预期目的。
关键词：扩体锚杆；抗浮；单锚承载力；施工方法
0引言
随着经济建设的快速发展，地上空间日益紧张，地下结构工程的需求量不断加大。在我国南方地区，丰富的地下水使得很大一部分建筑结构位于地下水位以下。特别是在雨季，地下水位较高，仅靠建筑结构自身提供的重量不能抵抗地下水向上的浮力；因此，需采用经济、合理的抗浮措施来确保结构的安全和稳定。
1工程概况
赣州市中心城区公共停车场一期工程的主体工程为地下1层停车场，建筑面积约7911.62m2，其中地上建筑面积约254.12m2，地下建筑面积约7657.5m2，地下建筑高度为5.1m。停车场均有地下室，采用筏板基础；地下水位较高，绝对标高107.52 m，抗浮水位106 m。建筑结构自重及压重之和为358424kN，而浮力作用值达到了352755kN，不能满足抗浮安全系数，需增加结构抗浮能力。拟建工程场区土层自上而下为：杂填土、粉质粘土、粉砂、卵石、强风化粉砂质泥岩、中风化粉砂质泥岩等6个单元层。场区及附近无影响建筑安全的不良地质作用，场地区域稳定性好。
2本工程抗浮措施的选择
抗浮锚杆是一种被广泛使用的抗浮措施。普通的抗浮锚杆属于摩擦型锚杆，依靠锚固段对周围土体的粘结力和摩擦效应来传递载荷。根据规范[1]，摩擦型锚杆抗拔承载力特征值为：
（1）
式中，
为经验系数，
为砂浆与岩石间的粘结强度特征值，
和
分别为锚杆的周长和有效锚固长度。
普通锚杆单纯依靠侧摩阻力和粘结力来提供抗浮力，通常变形较大，而且还存在工期长，结石体易夹泥，孔隙分布不均、防水防腐要求高等问题。
与普通锚杆相比，由于扩体段的存在，扩体锚杆不仅能通过锚杆侧壁摩阻力和其与周围土体的粘结力来抵抗浮力，还能通过扩体段端头受压提供的端阻力来抵抗。因此，浮力扩体锚杆抗拔承载力
来源于三个部分：
（2）
其中，非扩大头锚固段侧壁摩阻所提供的抗拔力
，扩大头段侧壁摩阻所提供的抗拔力
，土体对扩大头端面的正压力
；这里，
、
分别为非扩大头和扩大头锚固段的直径，
、
分别为非扩大头和扩大头长度，
、
分别为非扩大头和扩大头锚固段注浆体与地层间的粘接强度标准值，
为土体作用于扩大头端面上的抗力强度值。
图1 扩体锚固段直径与抗拔承载力特征值的关系曲线
为分析两种不同锚杆的抗拔力，假设锚杆有效锚固段为2m，且均处于工程场区的中风化粉砂质泥岩层，
。当两种锚杆非扩体段直径均为180mm，且扩体锚杆扩体段为有效锚固段时，不同扩体锚固段直径与抗拔承载力特征值的关系曲线如图1所示。由于扩体段直径等于非扩体段直径时，扩体锚杆退化为普通锚杆，其承载力特征值由图中圆点标出。显然，随着扩体段直径的增加，锚杆承载力迅速提高。当扩体段直径达到500mm时，扩体锚杆承载力约为普通锚杆的4.1倍。可见，依靠端压承载能力，扩体锚杆的单锚承载力得以显著提高；因此，使用扩体锚杆可以减少锚杆数目，缩短施工时间。进一步考虑到囊式扩体锚杆还具有防腐蚀能力好、经济可靠性强等优点，所以本项目选择扩体锚杆技术作为抗浮措施。。
3锚杆施工方案及抗拔计算
3.1方案确定
本工程抗浮锚杆扩体锚固段采用高压喷射注浆法扩孔后植入岩土工程用可控膨胀挤压土体装置膨胀形成。锚杆总长度为17m，锚固段长为3m，单根锚杆杆体由3根ΦT25的PSB1080级钢筋组成，在清水成孔及旋喷扩孔完成后下放锚杆，注浆形成扩大锚固段，采用二次注浆填充锚孔剩余空隙，并做好相应安全监测措施。
3.2 锚杆抗拔计算
（1）扩体锚杆承载力特征值计算
a）扩大头端面上的抗力强度值
b）锚杆极限抗拔力标准值
扩大头锚杆技术规程[2]规定，对于预应力锚杆：
c）锚杆极限抗拔力设计值
d）锚杆杆体抗拉强度安全校核
抗拔锚杆选用3Φ25PSB1080级钢筋，抗拉强度设计值为900N/mm2。
则单根扩体锚杆承载力设计值为上述三者取最小值，故有：
。在使用195个抗拔桩后，桩抗拔承载力之和可达到78000kN，可以满足抗浮稳定安全系数的要求。
4施工方法及技术措施
（1）钻机成孔
钻孔施工过程中需随时注意地层变化，根据岩层性质采用不同的工艺。遇到不稳定的粉砂、卵石地层时，可使用钢套筒进行护壁，防止发生塌孔事故[2]。钻孔进入中风化层后，移开旋挖钻机，改用冲击钻继续钻孔。为防止冲击钻在提锤过程中刮碰孔壁，造成塌孔，须先向孔内投入一定比例的黏土，利用冲击钻上下提锤制浆来增加泥浆比重，以加固孔壁。
（2）高压旋喷扩孔
当钻孔深度达到设计要求后，以均匀的旋喷提升速度及旋转速度进行高压喷射扩孔。通过测量孔外钻杆长度来推算扩孔长度，当扩孔长度达到设计要求后，为了确保扩体段直径满足设计要求[3]，对扩孔段进行复喷，且喷射泥浆采用水泥浆。旋喷扩孔后应立即下锚并及时注浆，注浆管与螺纹钢筋绑扎在一起放入钻孔。
（3）锚杆加工制作及孔内安装
将切割好的钢筋穿过扩体锚杆囊袋的预留孔，固定在囊袋的螺纹钢固定端，每间隔2.0m设置一个杆体定位器将锚杆隔离定位，3根ΦT25钢筋沿钢管外侧等距离与钢管焊接牢固。
（4）囊袋内灌注水泥浆
囊式扩体锚固段注浆采用高压注浆工艺，水泥净浆灌注，待扩体锚杆下放到锚孔的设计深度后，由泥浆泵将制配好的水泥浆压灌入挤扩体囊内，在孔底旋喷扩体段形成一形状规则的水泥结石体，强度高且性能稳定。
（5）锚孔内注浆
完成囊袋内水泥净浆灌注后，将锚孔内注浆管与囊体脱离。然后通过脱离后的锚孔内注浆管进行锚孔注浆。注浆后待扩体锚固段成型且孔口出现溢浆时即可停止注浆，锚孔内注浆完毕后立即拔出注浆管，进行下一锚孔注浆或用大量清水对管路进行清洗。
（6）成品保护
锚孔内的水泥浆应有足够的养护时间，在养护期内不得移动锚杆。
5注意事项
（1）锚杆所用钢筋材质需采用国家标准，材料性能需达到设计要求。
（2）在有地下承压水地层钻孔时，需做好开孔的涌砂、涌水应急措施。
（3）旋喷扩孔完毕后，一方面需要立即将钻杆提出孔外，使用大量清水清洗钻机、高压泥浆泵及管路，防止塞泵、塞管；另一方面，要使用高压水清除沉渣，直至观测到孔口返出较为干净的无大量沉渣的水为止。
（4）在施工过程中，应设置变形观测点、建筑物沉降观测点以及深层水平位移监测孔等，实现对支护结构和建筑物的监测及对周围环境可能产生的影响，保证人员和建筑物的安全。
6小结
与传统摩擦型锚杆相比，囊式扩体锚杆依靠端压承载能力显著提高了单锚承载力；选择使用承压型扩体抗浮锚杆作为永久抗浮构件是确保工程建设安全、经济、高效与环保的最佳途径之一。
在停车场抗浮工程项目中，通过扩体锚杆的抗拔分析计算，对抗浮措施的有效性和结构的安全性作出了全面分析和评价。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）
[2]《高压喷射扩大头锚杆技术规程》（JGJ/T 282-2012）
[3]《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）
论文作者:罗林1,殷尚伟2,王耀林3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
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