扩大头抗浮锚杆桩在实际工程中的重要作用

1工程概况

南京科举博物馆工程位于夫子庙商业区中心地带，周边为密集的商业街区及民居。北侧距著名历史名建筑“明远楼”仅8m，明远楼周边有需重点保护古树;东恻为在建地铁3号线。在周边环境保护要求较为苛刻及工期要求极高的情况下，工程选择采用逆作法进行施工。

工程建筑主要包括中国科举博物馆、城市展场、文化娱乐配套设施、状元楼前广场。其中科举博物馆主馆为地下4层，城市展场为地下4层，文化娱乐配套设施为地上3层、地下4层。工程分为一区、二区，一区基坑面积约7270m2，周长约358 m，地下室普遍深度为-20.7 m，局部深坑为-26.5 m，上部结构为3层钢结构，本体区域地上部分为广场。由于建筑地下室结构及上部结构自重无法与地下水产生的浮力相平衡，因此需要设置抗浮构件。本工程采用扩大头锚杆桩作为抗浮构件，共计1003根。

2地下室抗浮设计

目前在抗浮设计上通常采用的有自重抗浮、压力抗浮、基底配重抗浮、钻孔灌注桩作为抗拔桩或抗浮锚杆桩。针对南京科举博物馆项目的实际情况，对抗浮锚杆及抗拔桩2种抗浮设计进行比较。

2 .1锚杆桩抗浮设计

本工程抗浮锚杆具有多重防腐型的扩体锚杆，有效长度16.0 m，扩体段3.0 m,φ800mm，非扩体段长13.0 m,φ180mm，锚杆杆体采用1φ40mm的PSB830级预应力混凝土用螺纹钢筋。

依据苏JG/T033-2009《高压喷射扩大头锚杆(索)技术规程》相关公式，可得扩大头前端土体对扩大头的抗力强度值:Pd=1185.93 kPa，则单根锚杆抗拔力极限值Tuk=1221.30 kN。

2.2钻孔灌注桩抗浮设计

本工程立柱桩采用φ1100mm的钻孔灌注桩，因此抗拔桩采用φ1100 mm进行考虑;桩长为20 m，桩基持力层为④2泥质砂岩;依据土层侧阻力、端阻力计算单桩抗拔承载力。

依据JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》相关公式，可得单桩抗拔力Rtd=1464 kN。

通过对锚杆桩及灌注桩单桩设计值进行分析后可知，就南京科举博物馆项目而言，在该地质条件下，采用有效长度16.0 m，扩体段长3.0 m,φ800 mm，非扩体段长13.0m,φ180mm的扩大头锚杆桩提供的单桩抗拔力为1221.30 kN,而采用φ1100 mm、桩长为20 m的抗拔桩提供的单桩抗拔力为1464 kN。两者提供较为相近的单桩抗拔力。

3逆作法工程中锚杆施工方案

扩大头锚杆工法的原理，是利用高压喷射流束在规定的位置定点切割锚孔孔壁土体，通过循环水或水泥浆将所切割的土体颗粒排出，形成大的空腔，然后注浆充填形成锚杆扩大头。利用高强度精轧钢筋(钢绞束)作为自由端，其上端与地下室底板主筋连接，下端与扩大头(囊袋)相连接。在扩大头囊体内及囊体外往入水泥浆，当达到强度后，锚杆桩由其自由端摩阻力、扩大头段摩阻力和扩大头前端端阻力构成抗浮力。

3.1施工流程

场地平整→设备组装与调试→测量放线与钻机定位→下钻成孔→高压旋喷扩孔→锚杆安装〔装配多重防腐型扩体锚杆制作) →囊袋内灌注水泥浆→锚孔内补浆→锚杆锁定→基础底板施工

3.2操作要点

3.2.1场地平整

在挖土过程中采用挖机对开挖场地进行平整收底，在浇筑施工垫层的同时有组织的设置泥浆沟槽，满足旋喷钻机在组装、旋喷钻进及行走移机等作业时对场地平整度的要求。

3.2.2设备组装与调试

组装旋喷钻机，连接相关配套设备，并进行高压试喷。在旋喷钻机进行高压试喷时，必须对水泥浆进行高压喷射，且应保持高压喷射状态大于10 min；喷射压力应超过施工要求最大压力5-10 MPa，以便检验高压喷射水泥浆质量、高压泥浆泵性能、高压管路的密封性等指标。

3.2.3引孔

首先用水泥混合浆液弓{孔，引孔至扩体段后开启高压喷射扩径，非扩径段φ180 mm，以锚杆能顺利安放为准。启动高压泥浆泵为旋喷钻机供应高压水泥浆，并查看钻头喷射情况。当钻头喷射稳定且钻杆转动平稳后，下旋钻进成孔至设计深度，钻进至设计深度后停止向下钻进，但保持钻杆转动和高压喷射。

3.2.4高压旋喷扩孔

1)扩径段φ800 mm,扩径采用素水泥浆，水泥强度不低于P.O 42.5的普通硅酸盐水泥;水泥用量按照设计图纸执行;水泥浆水灰比为0.5，扩孔喷射压力不小于30 MPa,喷射时喷管匀速旋转，匀速扩孔2遍。

2)当钻孔深度达到设计要求后，增大喷射压力至30 MPa，以20 cm/min的提升速度及15 r/min的转速进行高压喷射扩孔。

3)采用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，应对扩孔段进行复喷，且喷射泥浆采用水泥浆。

4)旋喷扩孔完毕后将钻杆提出孔外，立即用大量清水清洗钻机、高压泥浆泵及管路。

3.2.5下锚

1)将预先制作完毕的锚杆头下放孔中，同时将注浆管与锚杆头的囊袋连接。

2)接长钢筋，利用套筒及钢筋自带的螺纹将上下2节钢筋进行连接。

3)锚杆下到桩底标高，完成下锚。

4)注浆时注意控制注浆压力。

3.2.6锚孔内补浆

1)采用二级搅拌制配水泥浆(可回收利用灌注囊袋剩余部分水泥浆)，水灰比1.0;并在水泥浆转移过程中采用过滤网对其进行过滤，以防发生管路堵塞。

2)完成囊袋内无泌水水泥浆灌注后，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补浆。

3)锚孔内补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。

4锚杆桩施工的分析

扩大头锚杆桩采用经过改装的高压旋喷机进行引孔施工。根据以往案例，绝大多数采用在土方开挖之前进行施工(即地面施工)，部分采用土方开挖至基底进行施工(即基底施工)。而在逆作法项目中则属于土方开挖至基底的一类。

4.1施工方案分析

4.1.1地面施工

1)优势:在地面施工可以采用较大型号的机械进行施工，钻进的功率较大。

2)缺点及问题:施工场地小，桩基施工阶段有大量的大型施工机械在场地内，不利于施工;西侧人防区域有未清理底板，若在顶部施工，则需要将该区域范围的大量桩位提前进行清障;锚杆桩间距仅为2 m,对挖土施工带来极大的影响;在地面施工将会面临大量空钻，从经济的角度来看有些得不偿失。

4.1.2基底施工

1)优势:避免在一柱一桩施工过程中发生交叉施工，缩短了桩基阶段的施工，提前开始地下室结构的施工;采用小型机械灵活机动，可大面铺开;在逆作法施工过程中，对上下同步施工不产生影响;解决了地面施工缺点及问题中后3项。

2)缺点及问题:在地下室施工可能会遇到楼层净空不够的问题;在基础底施工时，泥浆如何处理的问题有待解决。

结合工期、费用方面的考虑，相比之下，在土方开挖至基础底后进行锚杆桩施工(即基底施工)比较理想。据此，可针对其中可能产生的问题进行提前解决。

4.2问题的解决

1)随着社会发展步伐的加快，以及城市配套设施的不断更新换代，大量新开项目场地内均有大量老旧建筑基础。以南京科举博物馆项目为例，在场地内有大量老建筑基础以及原人防地下室。因此，拆除地下障碍物的工作就是一个较大的工作量。根据对锚杆桩与抗拔桩单桩抗浮的分析，若采用抗拔桩作为抗浮构件的话，数量为900余根，因此将会有大量的清障工作量。

2)在逆作法工程中，在地下室取土本身就对楼层的净空有一定的要求，需要满足普通小型挖机工作的空间。而锚杆桩采用的施工机械是根据高压旋喷机进行改造而成的，其净空高度在满足原挖土机械的条件下同样适用。

3)在基础底部各个区域均分布有多处电梯井及集水井深坑，因此在挖土施工完成后，先行施工厚15 cm垫层以满足锚杆施工机械施工荷载，同时在施工垫层过程中留设泥浆槽，将泥浆汇集至深坑区域，再用大功率泥浆泵将泥浆抽至地面。

综上所述，通过横向及纵向的对比，利用锚杆桩施工能在整个施工过程中的3个阶段内缩短大量工期。

5结语

扩大头锚杆桩施工技术作为一项近年刚引进我国的新技术，在采用逆作法施工技术的工程项目中，充分体现出了其节省造价、缩短工期等核心竞争力。

通过在南京科举博物馆一期一区工程施工中的成功应用，验证了扩大头锚杆桩的优势，为进一步推广应用提供了参考范例。