CN100595397C - 植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗浮施工技术，具体为一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法。解决了现有技术中存在的处理地下建筑物的抗浮问题效果不佳的问题。包括以下步骤，锚杆孔位布点，钻锚杆孔，和料制备钢筋锚固剂，锚杆植筋，它具有成孔容易、孔深很浅、造价低廉、工期很短、施工便捷、建筑材料消耗量低等优点，且成功地解决了“锚杆孔中有向外涌动且无法排除的动压力水”抗浮锚杆无法进行注浆的问题。

Description

植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法

技术领域

本发明涉及一种抗浮施工技术，具体为一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法。

背景技术

基础设施建设尤其是城市的建设都向着纵深方向发展；因而高层建设物的地下室及地下建筑物越来越多，当地下室的埋深超过地下水位时将在结构物基础底面出现浮力，随着埋深的增加，地下建筑物的抗浮问题也就越来越突出。因地下水浮力作用或抗浮措施不当而造成地下工程的破坏，在国内外已有不少的事例。在我国沿海地区曾出现过多起因地下水浮力而导致地下室破坏的事故。在这些事故中，有的地下室底板隆起，导致底板破坏；有的地下建筑物被整体浮起，导致梁柱结点处开裂及底板破坏等等，

目前在工程实践中，经常采用的抗浮方法有以下四种：(1)配重法；(2)降截排水法；(3)抗浮桩；(4)抗浮锚杆。

抗浮锚杆是近年来大量应用的抗浮技术，方案一般采用高压注浆工艺，使浆液渗透到岩土体的孔隙或裂隙中，锚杆侧摩阻力比桩基大，更有利于抗浮，且造价低廉，施工方便。但是普通锚杆受拉后杆体周围的灌浆体开裂，使钢筋与钢绞线极易受到地下水的侵蚀，直接影响耐久性，抗浮锚杆与底板的接点也是防水的薄弱环节。具体选用抗浮措施时，可以根据场地的水文地质条件和建筑物的荷载特点，单独选用一种措施，也可以多种措施联合处理抗浮问题。

由以上分析可以看出，与其他抗浮措施相比，抗浮锚杆具有造价较低，施工简便、易于设置等特点，因而在工程实际中得到了广泛的应用，具体来说，采用抗浮锚杆处理地下水主要有以下优点：

(1)由于抗浮锚杆间距小，底板所需要平衡的弯距和剪力也随之变小，所以底板的厚度就可变薄，造价也就大幅度的降低，又是采用钻机的单一工艺成孔，工期也大幅度缩短。同时，抗浮锚杆一般都是均匀布置的，所以能够很好的解决在浮力和其他外力作用下产生的弯距和剪力，一般将抗浮锚杆与底板的交接认为是一个固定节点。如取某一方向上的相邻两根抗浮锚杆间的间距为梁宽，则另一方向上的抗浮锚杆将原单跨或几跨且跨度较大的梁分化成跨距小的多跨梁，又由于抗浮锚杆与底板的交接是固定节点，所以该梁被抗浮锚杆处理后变为超高次的静定结构，具有很多超静定结构的优点：①跨度减小，正负弯距也相应的减小；②在一定程度上可调节各跨跨中及各端点处正负弯距的大小，起到协调作用；③由于该结构是超高次静定结构，能够在一定要求下形成多个塑性铰，这样也就能够很好地将弯距等内力进行重分布，使内力达到很好的调节，受力也进一步合理；

(2)采用抗浮锚杆除了平衡地下水浮力作用外，还可以起到加固地基的作用，从而减小地基变形及不均匀沉降；

(3)由于抗浮锚杆之间的间距小，相对于大直径的抗浮桩，抗浮锚杆的数量多得多，从而分担到每根抗浮锚杆上的浮力也就很小，所以即使其中的一根或几根抗浮锚杆发生破坏也不会引起结构整体抗浮失效，从而使得安全性能大大提高。

正是由于以上这些优点，使得抗浮锚杆在工程中得以广泛的应用。然而由于这种新型的技术出现的时间比较晚，其设计和施工还正处在探索和研究阶段，还没有现成的规范可依，大都是根据经验进行设计和施工的，因而对抗浮锚杆理论上的研究还远远不及工程方面的应用，出现了理论滞后于实践的现象，这无疑在很大程度上阻碍了抗浮锚杆在实际工程中的应用。

从以上的分析中还可以看出，尽管抗浮岩石锚杆具有很多优点，已在工程实际中得到了广泛的应用，并取得了良好的效果。但是其缺点也是十分明显的，首先在抗浮基础中主要是利用了锚杆的抗浮力，而锚杆抗浮力的大小又是通过锚杆的侧摩阻力来提供的，同时侧摩阻力又与锚杆的锚固长度是成正比的，所以锚杆的长度又成了锚杆抗浮基础设计中的一个关键问题。而目前所采用的抗浮锚杆其长度都比较长，这一方面是浪费材料、增加施工工作量；另一方面，由于它是应用在有地下水的场地，所以在地下水的作用下，长锚杆的注浆也很困难，很难保证其注浆质量。因此，能否在满足抗浮力要求的前提下，尽可能地减小锚杆长度即采用短锚杆来进行抗浮设计是目前锚杆抗浮基础研究中的一个关键问题。抗浮锚杆工程实例中，我们还可以发现一个明显的特点就是这些工程采用的锚杆长度范围一般为6～18米，而我们知道，抗浮锚杆之所以能够用来抵抗地下水的浮力，就是通过锚杆与岩土体的侧摩阻力来实现的，而侧摩阻力的大小是与锚杆的长度成正比的，一般情况下锚杆长度越长，它所能够提供的侧摩阻力就会越大，所以从锚杆所能提供的侧摩阻力的角度出发，应采用尽可能长的锚杆。但是随着锚杆长度增加，钻孔的费用、施工的难度、材料消耗等也都会大幅度的增加，进而造成在经济上的浪费、工期的延长，也正是由于这些原因，可能会采用其他的抗浮措施来替代抗浮锚杆，因而从这个角度来说，抗浮锚杆的长度是直接决定着抗浮锚杆能否在实际工程中应用的一个重要指标。而从目前在抗浮基础中采用的锚杆形式可以看出，锚杆长度都比较长，而经济效益和社会效益都很好的短锚杆在实际工程中应用则少的多，这主要是由于，如果大幅度减小锚杆长度，而同时又要求其达到相应的抗浮力要求，则将大大增加抗浮锚杆的设计与施工难度，因而限于技术问题，短锚杆在实际工程中的应用则显得少得多，

尽管目前对抗浮锚杆的工作机理、现场应用及施工工艺等众多方面已经进行了较多的研究，并取得了一定的研究成果，但是从以上对前人的研究成果的分析，我们还可以看出，前人的研究中还主要存在着以下几点不足，并严重制约着抗浮岩石锚杆在实际施工中的推广应用。

(1)岩石层与锚固体间的粘结强度特征取值不规范，相关规范中粘结强度特征取值只适用于普通锚杆，因为测定该值时有一个前提条件是锚杆锚固平均埋深按10.0m计。抗浮锚固与普通锚固的作用机制不同，其粘结强度特征值应有区别。并且规范中只有关于普通水泥砂浆的内容，而没有关于其它注浆料的内容，如专用的钢筋锚固料等。

(2)地下水静浮力值计算不科学。地下水静浮力值为地下水的浮力与上部结构荷载的差值。但地下水的力学作用不仅仅是静水压力作用，还包括动水压力作用，目前的设计忽略了动水压力的作用。

(3)无法在动水压力下注浆。目前的抗浮锚杆不适宜在锚杆孔中有向孔外涌动的动压力水且孔中的水无法排除的情形下使用。因为在这种情况下，注浆施工难以进行，就算采用空压机进行压力注浆，由于孔中压力水无法排除，这样注入的浆体中将含有大量的水，且注浆不连续，充盈系数远小于1，造成锚杆体与岩层之间粘结强度很低，岩层侧摩阻力未能充分发挥，钢筋强度也未能充分发挥。

(4)锚杆长度过长。从已经成功应用抗浮岩石锚杆的工程实例中可以看出，目前工程中常用的锚杆长度一般都在5-6米之间，特殊的要超过10米，我们都知道随着锚杆长度的加长，其所能提供的摩擦阻力也将随着增加，及它所能提供的摩阻力是与长度成正比的，但是，我们同时也应看到随着锚杆长度的增加，其各种施工费用、难度及材料费用也都相应地随着增加，如成孔特别困难，造价高，施工艰难，建筑材料消耗量大等等，进而导致工期延长、经济和社会效益降低。

(5)目前的锚固料质量不合格。抗浮锚杆的主要作用就是要提供足够的抗拔力，以保证锚杆在浮力作用下不被拉出、已经进而导致的其他结构的破坏。而锚杆的抗拔力主要就是通过杆体与锚固料之间的摩擦力来提供的，因此锚固料所能提供的摩阻力的大小将直接影响到抗浮锚杆的性能。目前关于锚固料的研制并没有统一的标准，而是不同单位自行研制，因而就导致其质量相差较大，因此高性能的锚固料的研制将是决定抗浮锚杆能否推广应用的一个重要方面。

植筋是我国近年来崛起的一项新技术，它是利用高分子合成材料成型的化学锚固剂，将钢筋杆体锚固于岩石、混凝土等坚硬材料的孔眼中，从而达到预期效果。这项新工艺称为植筋，它是一种新型的钻孔锚固构件。施工后产生高负荷承载力，不易产生移位，并且密封性能良好，无需作任何防火、防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对原结构不会产生膨帐性破坏，相反有补强作用。目前在抗震加固、改建、修建等工程中应用越来越广泛。实践表明，植筋连接可靠、施工方便、费用较低，是一种比较理想的施工方法。而同时通过对植筋技术介绍我们可以看出，植筋技术正好具有这两个优点，即锚杆长度短、锚固剂粘结力强。但是目前植筋技术在建筑物基础抗浮中的应用还很少见，这主要是因为现有的植筋锚固剂材料成份多以改性环氧树脂等化学原料为主，其明显的缺点是无法在水中使用，见水后其性能大幅降低以致无法锚固，更不要说本课题所遇到的钻孔流水量大于5000ml/min、水压力达到60kN的动水压力中应用了。

植筋技术目前已在工程实践中得到了较为广泛的应用，其明显的特点是：锚杆长度短、施工方便、简单、费用低，但是其对锚固料的锚固性能要求高，也就是要求单位长度上的锚固力较大，因而在植筋技术中采用的锚固剂大都是高强的化学锚固剂。而国内多家公司生产的专用“钢筋锚固剂”均不适宜在水下使用。作为岩石锚杆基础最主要的原材料，锚固料的性能至关重要，是决定施工工艺和加固效果的决定因素。

专利号为200710072255.9公开了一种抗拔抗压注浆管状的施工方法，其主要技术方案是钻桩孔，在成孔后向孔内放入带有注浆孔的塑料管，在塑料管外再放入钢筋笼以及碎砂石，然后开始向桩孔内注浆。该方案可用于既有建筑物的抗浮加固、地基基础加固和新建建筑物抗拔桩施工。但是该方案并没有清楚描述具体的技术效果也就是说没有具体的抗浮力的数据，显然不具有对比参考价值。专利号03116924.4公开了一种利用抗浮土钉支护地下建筑的方法，其具体方案的要点是在地下基坑开挖完成后，通过土钉将底板、地下建筑物的垫层和土层固定，土钉是中空状并带有出浆孔，然后在土钉中注入水泥浆，水泥浆通过土钉并渗入到土层内，水泥浆凝固后即可实现土层和地下建筑物的抗拔固定。但是其锚固长度要求较长，施工较烦琐。专利号为02130835.7公开了一种用双套管法进行锚杆施工的方法，该方案的技术要点是用钻头冲击钻进成孔，然后在孔内放入外管，用固定筋将钢管固定，然后再用钻机通过外管向下再钻孔，然后再放置入内管，在内管中插入锚杆筋并灌注水泥砂浆，最后拔出内管和外管形成锚杆。与本案相比其施工方法烦琐，需要大型设备和较多的人力，不适于推广。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的处理地下建筑物的抗浮问题效果不佳的问题而提供了一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法。

本发明是由以下技术方案实现的，一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法，包括以下步骤，

①锚杆孔位布点，

②钻锚杆孔，采用水钻成孔，孔径为100mm，孔深为400～550mm，采用湿式方式钻进，钻机每往下钻进20cm，用干式正转方式将芯块带出，直至达到设计孔深。

③和料制备钢筋锚固剂，锚固剂是由下列原料按重量比例组成，硫铝酸盐水泥100份，速凝剂0.5～1份，增强剂CaCl₂1.0～1.5份，膨胀剂UEA 5份，羧甲基纤维素2份，石膏0.5份，将上述原料混合，放入搅拌机中进行粉碎磨细即可；

和料时，按水灰比0.35将干净的水倒入磨细后的料中(和料时料中绝不能有杂质混入，否则锚固剂的抗拔力将大幅降低)，和料人戴上干净的橡胶手套(以免手被烫伤)将料拌和均匀，将已拌好的锚固剂制成圆柱体。

④锚杆植筋，将制作好的圆柱状锚固剂塞入已清洗干净的锚杆孔中，将锚固剂压入孔底，并压实，被锚固剂挤出的水流出，重复上一过程，直至锚固剂塞满锚杆孔，然后用大锤将下端部焊有长钢筋“十”字头的钢筋砸入孔底，接着再沿着锚杆钢筋将被钢筋挤出的锚固剂压入孔中，进一步压实锚固剂，在孔内锚固剂未凝固前，在其上施加一向下的压力。保证其密实度、强度及充盈系数大于1。

锚杆施工的关键是控制钻孔质量和注浆质量。锚杆孔的质量指标主要是钻孔弯曲率，既锚杆孔要求圆直，不得弯曲。因此，在保证钻机安装质量的前提下，一定要选择圆直，刚性好的粗径钻具，锋利的钻头，并使钻机始终保持垂直，钻进过程中通过测量仪器随时检测钻机的垂直度，保证钻孔底部偏斜尺寸不大于锚杆长度的2％。

锚杆钢筋应进行除油和除锈处理，杆体采用环氧树脂进行防腐处理。锚杆注浆是锚杆施工的关键环节，注浆料按水灰比0.35∶1拌制“钢筋锚固剂”。注浆前孔中压力水无法排除，但要清洗孔壁和排尽孔内残渣，锚固剂要拌和均匀，随伴随用，锚固剂必须在初凝前用完，和料时禁止杂质混入，注料过程中，严防孔口石块杂物混入孔内。

与现有技术方案相比，本发明有以下优点：

在不能使用普通抗浮锚杆抗浮的场合得到广泛应用。因为成孔过程中，由于岩石是层状分布，岩层之间全是贯通的，地下动压力水经岩层孔隙源源不断地涌出孔外，且孔中的水无法排除，因此注浆施工难以进行，就算使用空压机进行压力注浆，由于孔中压力水无法清除，注入的浆体中间将有大量的水，且注浆不连续，充盈系数远小于1，造成锚杆体与岩层间的粘结强度特征值过低，岩层侧摩阻力不能充分发挥，钢筋强度也未能充分发挥，无法达到设计要求。本发明经娘子关污水处理厂污泥调节池和提升泵房“植筋式”抗浮锚杆的应用，成功地解决了：

(1)、岩石层与锚杆体间粘结强度特征值取值不规范的问题。经岩石单轴抗压强度试验，现场做“植筋式”抗浮锚杆试验，通过对试验数据进行曲线拟合分析，能够较为准确地确定粘结强度特征值；

(2)、岩石抗浮锚杆不适宜锚杆孔中有向外涌动的动压力水、且压力水无法排除的情况的问题；

(3)、抗浮锚杆力学稳定性考虑不周密的问题。经现场抗拔试验，锚杆抗拔极限承载力达到246kN，远大于设计的抗浮锚杆极限承载力值，成功地解决了地下水的浮力随季节变化呈准周期性，在此周期性荷载作用下抗浮锚杆将产生疲劳破坏的问题；

(4)、质量检测内容和手段不科学的问题。抗浮锚杆只关心抗拔力而对位移未作特别规定，事实上，位移是关系到抗浮锚杆正常发挥作用的一个关键指标，根据经验，位移不能超过锚杆锚固段长度的0.4％，才能保证安全。应用自行设计的简易试验装置，成功地解决了此问题。

①施工便捷，安全，锚杆的制作与成孔简单易行，且灵活机动；

②施工占用的场地很小。对于施工场地狭小，有相邻建筑的，大型成孔与注浆设备不能进场时，该技术显示出独特的优越性；

③稳定可靠。施工后锚杆体位移小，竖向位移一般为锚杆锚固段长度的0.1～0.3％，最大不得超过0.4％，锚杆抗拔力高，超载能力强。成功地解决了地下水的浮力随季节变化呈准周期性，而使抗浮锚杆产生疲劳破坏的难题。因其疲劳破坏时的荷载比抗拔力低很多；

④工期很短。比一般灌注桩的工期缩短约2/3，比普通抗浮锚杆缩短约1/2；

⑤建筑材料消耗量低。比一般的灌注桩节省约90％的建材，比普通抗浮锚杆节省建材约60％；

⑥因地制宜，应用范围广。尤其针对山区多岩石的特殊地质条件，我们经过认真研究，不断积累经验，总结出了一整套先进的施工工艺和可行的施工技术，在实际应用中效果明显，达到了国内先进水平；

⑦“植筋式”抗浮锚杆施工现场噪音小，施工文明，得到了甲方和工地周围居民的一致好评，获得了良好的社会效益；

⑧造价低廉。与其他抗浮锚杆或抗拔桩相比，可降低造价40％～60％。我所完成的山西省娘子关污水处理厂污泥调节池与提升泵房“植筋式”抗浮锚杆，相比较原挖孔灌注抗拔桩节省资金20多万元，成本不到10万元。其数值是可观的，其比例是惊人的，其经济效益是显而易见的。而且，“植筋式”抗浮锚杆工期短的特点也节约了甲方大量宝贵的时间，减少了甲方的投入，其间接创造的效益是难以估计的。

由于它具有成孔容易、孔深很浅、造价低廉、工期很短、施工便捷、建筑材料消耗量低等优点，且成功地解决了“锚杆孔中有向外涌动且无法排除的动压力水”抗浮锚杆无法进行注浆的问题，值得大力推广。

相对于灌注抗拔桩和普通抗浮锚杆，它具有以下优点：

①抗拔桩成孔困难，尤其在岩石上不能人工成孔，只能使用大型钻孔机器，如果场地很小，大型机器无法进场，施工将被迫中断。而“植筋式”抗浮锚杆只需使用小型水钻，一人操作即可在岩石上成孔，成孔很方便，且节约了大量的电能；

②抗拔桩与普通抗浮锚杆成孔都很深，深度一般要达数米，工作量大。而“植筋式”抗浮锚杆成孔只需0.5～1.0m，即可满足设计要求，工作量小了许多；

③工期比抗拔桩短50～70％，比普通抗浮锚杆短30～40％；

④造价低廉。是抗拔桩的20～30％，普通抗浮锚杆的40～60％；

⑤节省建筑材料。在“十一五”期间，国家将强制执行建筑节能降耗标准，像“植筋式”抗浮锚杆这种耗材特低的工艺技术肯定将得到推广；

⑥能够应用于“锚杆孔中有向外涌动且无法排除的动压力水”的情况。而普通抗浮锚杆难以实现。

我国是一个多山区多丘陵的国家，人口密度特别大，可耕地面积正逐年减少，能够用于建设的土地越来越少，必须要大力开发利用山区，大部分山区都多岩石，地下水位很高。而此项技术特别适用于山区多岩石，地下水位高等复杂地质条件下的需抗拔要求的锚杆基础，基于此，此技术必将得到广泛推广应用。

(1)把植筋技术与抗浮锚杆技术相结合提出了采用一种新型的锚杆支护技术——“植筋式”抗浮锚杆技术，该技术可对位于地下水位以下的地下室底板及建筑物基础，因地下水浮力作用而进行加固或锚固处理措施。该措施大大优越于传统的抗浮岩石锚杆技术，具有施工快捷、施工强度低、工期短、费用低等明显优点。

(2)研制出了明显不同于普通抗浮锚杆使用的现场配制的钢筋锚固剂，与普通锚固剂相比，该锚固剂的锚固性能大大提高，因而单位长度上所能提供的锚杆测摩阻力也大大增加，这即是使得该技术中锚杆长度得以大大减小的主要原因之一。

(3)当抗浮锚杆杆端荷载较小，杆端上拔荷载首先由上部锚杆周边土层的侧摩阻力承担，下部抗浮锚杆所承担的荷载很小；随着外荷载的加大，荷载不断向下传递，抗浮锚杆下部周边土层的侧摩阻力也逐步发挥作用。

(4)在不同的外荷载作用下，抗浮锚杆杆体上部钢筋受力变化幅度大，而下部杆体钢筋受力变化幅度很小。所以，锚杆抗拔力并不随长度的增加而提高，而是存在一经济合理的临界长度值，在设计时，不应一味的增加锚杆的长度来提高抗浮锚杆的抗拔力，以免造成浪费；但场地地质条件、抗浮锚杆孔径大小等，另外施工工艺、注浆质量等也在一定程度上对抗浮锚杆的合理长度也有很大的影响。

(5)通过数值计算的方法对单锚和群锚作用时的受力特征进行了对比分析，计算结果表明在群锚作用时，单根锚杆的承载力将有所下降，在本文所给出的工况下而言，仅约为单独抗浮锚杆极限抗拔承载力的0.6～0.7倍。因此，在实际工程设计时应尤其加以注意。

同时对比单锚和群锚作用下的杆端最大位移也可以发现，群锚作用下的杆端最大位移远大于单锚时的最大位移，这是主要是由于群锚作用时，锚杆之间的受力相互影响，导致其侧摩阻力下降，进而产生较大的竖向位移，因此在进行设计时，一定要注意群锚作用时的群锚效应。

附图说明

图1为本发明所使用的钢筋锚固剂和普通水泥砂浆的抗拔力对比实验图

图2为荷载与位移曲线图---锚杆试验P-S曲线

图3为荷载与位移曲线图---锚杆试验P-S_e，S_p曲线

具体实施方式

实施例1，

山西省平定县娘子关镇污水处理工程污水处理厂提升泵房抗浮锚杆工程位于山西省平定县娘子关镇。原设计方案为挖孔灌注抗拔桩，桩身直径600mm，桩长5.0m(6.0m)桩身混凝土强度等级为C25，单桩竖向抗拔极限承载力为5.0m长桩＞350kN，6.0m长桩＞400kN。由于场地狭小，基岩较硬，大型钻孔机械无法进入场地，人工难以在基岩上成孔，致使工程一度中断，

本方案为提升泵房水池底板抗浮设计。±0.000标高相当于绝对标高367.893m，地下水位标高在366.46～367.46m之间，地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋也具有弱腐蚀性。应用3根抗浮锚杆代替1根抗拔桩抗浮。此次抗浮锚杆分为：MG-1，抗拔承载力特征值为120kN；MG-2，抗拔承载力特征值为135kN。成孔后，钻孔流水量大于5000ml/min、水压力达到60kN，钻孔中的水无法排除。

具体实施方法为

①开挖基坑，将上层土层全部挖除，开挖到岩石表面。因地下水位较高，在基坑底板位置四周砌上240mm厚砖墙，高度为高出最高地基岩石表面30cm，内墙面用堵漏剂堵漏，外墙面堆上沙袋。沙袋与砖墙之间用一抽水泵在四角最低处抽水，以保证底板范围内基坑四周无外来水进入砖墙内，用另一小泵在底板范围最低处抽水，防止地下水淹没基岩而影响施工。

②在原桩位上，沿每根桩位外缘，各钻3个孔，孔位呈正三角形布置，孔中心间距为500mm。每孔植入1根HRB33525钢筋。成孔后，以现场配制的专用“钢筋锚固剂”注入孔中，并振捣压实。孔外露钢筋，用强度不低于C30的碎石混凝土包裹，以保护外露钢筋不被地下水腐蚀，另外留出一段钢筋锚入水池底板与水池底板钢筋焊接，以达到抗浮作用。

一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法，包括以下步骤，

①孔位布点，②钻孔，采用水钻成孔，孔径为100mm，MG-1孔深为500mm，MG-2孔深为550mm。采用湿式方式钻进，钻机每往下钻进20cm，用干式正转方式将芯块带出，直至达到设计孔深。

③和料制备钢筋锚固剂，锚固剂是由下列原料组成，硫铝酸盐水泥100份，速凝剂0.5～1份，增强剂CaCl₂1.0～1.5份，膨胀剂UEA 5份，羧甲基纤维素2份，石膏0.5份，将上述原料混合，放入搅拌机中进行粉碎磨细即可；以上原料均可在市面购置，各外加剂生产厂商均有销售，例如速凝剂可以使用庐江矾矿生产的为8880型水泥速凝剂，阳泉市速凝剂厂的水泥速凝剂；膨胀剂UEA可使用中国建筑材料科学研究院研制的混凝土膨胀剂。

每根锚杆施工需用料约5kg，和料时，按水灰比0.35将干净的水倒入料中(和料时料中绝不能有杂质混入，否则锚固剂的抗拔力将大幅降低)，和料人戴上干净的橡胶手套(以免手被烫伤)将料拌和均匀，将已拌好的锚固剂制成直径约10cm、长约20cm的圆柱体。

④锚杆植筋，将制作好的圆柱状锚固剂塞入已清洗干净的锚杆孔中，将锚固剂压入孔底，并压实，被锚固剂挤出的水流出，重复上一过程，直至锚固剂塞满锚杆孔，然后快速用大锤将下端部焊有长钢筋“十”字头的钢筋砸入孔底，接着再沿着锚杆钢筋将被钢筋挤出的锚固剂压入孔中，进一步压实锚固剂，在孔内锚固剂未凝固前，在其上施加一向下的压力保证其密实。其密实度、强度及充盈系数大于1。

锚杆施工的关键是控制钻孔质量和注浆质量。锚杆孔的质量指标主要是钻孔弯曲率，既锚杆孔要求圆直，不得弯曲。因此，在保证钻机安装质量的前提下，一定要选择圆直，刚性好的粗径钻具，锋利的钻头，并使钻机始终保持垂直，钻进过程中通过测量仪器随时检测钻机的垂直度，保证钻孔底部偏斜尺寸不大于锚杆长度的2％。

由于此“植筋式”抗浮锚杆的成孔很浅，注入的锚固剂比普通抗浮锚杆的少许多。且现有规范中无一例外是由普通水泥砂浆注浆，我们很关心采用现场配制的钢筋锚固剂灌孔的“植筋式”抗浮锚杆的抗拔力能否达到设计要求，比普通水泥砂浆灌孔的抗浮锚杆的抗拔力有多大提高，特别是在锚杆孔中有无法排除的动压力水的情况下，其抗拔力又如何？为此我们进行了抗拔力试验。如图1示抗拔力对比实验的曲线图

采用本发明中配制的钢筋锚固剂，其最大抗拔力2小时达到180kN，24小时达到246kN，远大于设计要求的120kN的抗拔力，完全满足工程需求。

试验表明，应用现场配制的钢筋锚固剂，锚固剂与岩石间的粘结强度特征值远大于砂浆与岩石间的粘结强度特征值，其具体数值见下表3-2，表3-3：

表3-2锚固剂与岩石间的粘结强度特征值(Mpa)

表3-3砂浆与岩石间的粘结强度特征值(Mpa)

岩石坚硬强度	软岩	较软岩	硬质岩
				粘结强度	＜0.2	0.2～0.4	0.4～0.6

注：水泥砂浆强度为30Mpa，混凝土强度等级C30。

此外从上节抗拔力试验P～S曲线图即图2\3中可以看到，在有动压力水的孔中注入自配专用TC-10水泥基钢筋锚固料的锚杆其最大抗拔力是注入普通水泥砂浆锚杆抗拔力的8倍多，是在干净孔中注入普通水泥砂浆锚杆抗拔力的5倍多。

经现场试验和多方对比，国内多家公司生产的专用“钢筋锚固剂”均不适宜在水下使用，尤其在有动水压力情况下，其锚固剂均无法顺利灌浆成型。且在无水情况下采用普通“钢筋锚固剂”其24小时抗拔力为164kN，亦远低于本发明所述的现场配制的钢筋锚固剂的使用效果。

工程实践证明，采用现场配制的钢筋锚固剂其使用效果超出预期，锚固剂与岩石的粘结强度特征值远大于普通水泥砂浆与岩石的粘结强度，且在动压力水中不影响它的使用和效果。试验表明，采用我们自行研究配置的TC-10水泥基钢筋锚固料--钢筋锚固剂，当锚固深度达到500mm时，锚固钢筋的最大抗拔力将只取决于该规格钢筋本身的屈服强度而不会出现锚固破坏。为确保锚杆岩石抗浮基础的安全稳定性，建议施工时锚固深度达到或超过500mm。如因特殊原因锚固深度无法达到500mm时，应在施工前做锚固抗拔试验验证其最大抗拔力。

TC-10水泥基钢筋锚固料--钢筋锚固剂的研制成功，既解决了山西省平定县娘子关镇污水处理工程污水处理厂提升泵房抗浮锚杆工程挖孔灌注抗拔桩无法施工的工程难题，又为今后遇到的“锚杆孔中有向外涌动且无法排除的动压力水无法进行注浆”问题的岩石锚杆基础施工提供了新的选择。

现场试验结合理论研究表明，当抗浮锚杆的间距较小时，锚杆受到拉拔荷载的作用，对周边岩层存在扰动性，从而对相邻锚杆的极限抗拔承载力产生影响。当实际工程抗拔荷载较大时，可加密布置抗浮锚杆，但在设计时，锚杆的抗拔承载力要在单锚试验值的基础上进行相应的折减，以保证结构的安全性。山西省平定县娘子关镇污水处理工程污水处理厂提升泵房抗浮锚杆工程，原设计方案为挖孔灌注抗拔桩，单桩竖向抗拔极限承载力为350kN。改用岩石锚杆基础后，在原桩位上，沿每根桩位外缘，应用3根抗浮锚杆代替1根抗拔桩抗浮。孔位呈正三角形布置，孔中心间距为500mm，每孔植入1根HRB33525钢筋。单根锚杆抗拔承载力特征值为120kN。工程实践证明，应用此方法完全可取代原挖孔灌注抗拔桩。

试验锚杆强度达到要求后，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)、《建筑边坡技术规范》(GB50330-2002)的要求进行抗拔试验，试验采用分级加卸载方式，最大试验荷载为锚杆体极限抗拔力的0.8倍，分级加载初始荷载为0.1Af_plk，每级加载增量取Af_plk的1/10，加卸载与试验终止时间及测试数据记录按规范要求进行。

MG-1，MG-2分别选6根锚杆进行试验。

MG-1：共选6根锚杆，分两次进行试验。

施工前：先做3根试验锚杆，用上述装置检验其抗拉拔力是否满足设计要求，并测定位移。

施工后：随机选取3根锚杆用上述装置进行抗拉拔力试验，确定其抗拉拔力是否满足设计要求，并测定位移。

MG-2：共选6根锚杆，分两次进行试验。

施工前：先做3根试验锚杆，用上述装置检验其抗拉拔力是否满足设计要求，并测定位移。

施工后：随机选取3根锚杆用上述装置进行抗拉拔力试验，确定其抗拉拔力是否满足设计要求，并测定位移。

破坏性试验锚杆：用上述装置检验其极限抗拔承载力，并测定位移。

表4-1检验结果表(MG-1)

试件编号	1	2	3	4	5	6
							规格型号	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB33525
锚固深度(mm)	500	500	500	500	500	500
							固化时间(h)	24	24	24	24	24	24
抗拔力检验值(kN)	120	120	120	120	120	120
							试件状态	未破坏	未破坏	未破坏	未破坏	未破坏	未破坏

表4-2检验结果表(MG-2)

试件编号	1	2	3	4	5	6	7	8
									规格型号	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB33525	HRB40025	HRB40025
锚固深度(mm)	550	550	550	550	550	550	550	550
									固化时间(h)	24	24	24	24	24	24	24	24
抗拔力检验值(kN)	135	135	135	135	135	135	241	246
									试件状态	未破坏	未破坏	未破坏	未破坏	未破坏	未破坏	出现裂缝	出现裂缝

检验结论

MG-1钢筋抗拉拔极限力值大于120kN，满足设计要求，位移符合规范要求。MG-2钢筋抗拉拔极限力值大于135kN，满足设计要求，位移符合规范要求。破坏性试验表明钢筋抗拔极限值最大可达到246kN。

Claims (1)

1、一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法，其特征在于：包括以下步骤，

①锚杆孔位布点，

②钻锚杆孔，采用水钻成孔，孔径为100mm，孔深为400～550mm，采用湿式方式钻进，钻机每往下钻进20cm，用干式正转方式将芯块带出，直至达到设计孔深，

③和料制备钢筋锚固剂，锚固剂是由下列原料按重量比例组成，硫铝酸盐水泥100份，速凝剂0.5～1份，增强剂CaCl₂1.0～1.5份，膨胀剂UEA 5份，羧甲基纤维素2份，石膏0.5份，将上述原料混合，放入搅拌机中进行粉碎磨细即可；

和料时，按水灰比0.35将干净的水倒入磨细后的料中，料拌和均匀，将已拌好的锚固剂制成圆柱体，

④锚杆植筋，将制作好的圆柱状锚固剂塞入已清洗干净的锚杆孔中，将锚固剂压入孔底，并压实，被锚固剂挤出的水流出，重复上一过程，直至锚固剂塞满锚杆孔，然后用大锤将下端部焊有长钢筋“十”字头的钢筋砸入孔底，接着再沿着锚杆钢筋将被钢筋挤出的锚固剂压入孔中，进一步压实锚固剂，在孔内锚固剂未凝固前，在其上施加一向下的压力保证其密实。

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