1、浅谈囊式扩体锚杆在抗浮锚固岩石地质结构中的应用摘要：囊式扩体锚杆广泛应用于建设工程的基础抗浮、基坑支护和边坡支护，以土质地质结构成为主，而在岩石层地层锚固中，常采用传统锚杆，主要原因是岩石扩孔困难，阻碍囊式扩孔锚杆技术的推广和发展，文章结合成功实例，阐述囊式扩体锚杆技术在抗浮锚固岩石地层中的应用。 关键词：囊式；扩体；锚杆；抗浮；岩石 中图分类号：C35 文献标识码： A 随着我国城镇化建设的快速发展，不可再生的有限的土地资源越加显得昂贵和紧缺，迫使部分建筑物转向地下空间发展，如地下停车场、地下商场、地下体育场等。由于这些地下设施埋深较深，在地下水位较高的地区，建筑工程抗浮问题尤显得突出与重要
2、。锚杆技术因其能较充分地调用和提高岩土自身强度和自稳能力，广泛应用在岩土工程领域。囊式扩体锚杆是在传统锚杆基础上延伸发展的一种新型锚杆，相比传统锚杆具有抗拔力大、可靠性高、位移小等突出优点，在建筑工程基础抗浮、基坑支护、边坡支护等工程中居于优选地位。目前，囊式扩体锚杆在土层地质结构的锚固技术非常成熟，而在岩石地质结构中的应用相对较少，主要原因是岩石层扩孔技术障碍，本文结合工程实例探讨囊式扩体锚杆在岩石地质结构中的锚固应用。 1 囊式扩体锚杆结构和特点 1.1 囊式扩体锚杆结构 囊式扩体锚杆就是在锚杆底端设置一定尺寸的可打开可承压的囊袋，将其安置在已完成扩孔的锚孔中，注入压力浆时囊袋打开并容纳一
3、定容积的水泥浆，水泥凝结后，在锚杆底部形成囊袋包裹的水泥柱状体，柱状体在锚杆受力中承载端压力，可有效地提高锚杆的抗拔能力。囊式扩体锚杆结构见图 1。 a充浆前的囊式扩体锚杆 b充浆后的囊式扩体锚杆 图 1 囊式扩体锚杆结构图 1.2 囊式扩体锚杆的特点 作为抗浮结构，囊式扩体锚杆的扩体部位埋置于密实土层或岩层，通过压力注浆向外均匀挤压岩土，周围土体受到挤压，土的内摩擦角和压缩模量增大，锚杆和土体的触面积也增大接，增大了锚杆和土体的 “咬合力” 。和传统锚杆相比，扩体锚杆具有以下特点。 （1）承载力提高：传统的锚杆依靠锚固段与周围土体的粘结力和摩擦力效应传递荷载，锚固力大小取决于锚固段的长度，属
4、于摩擦-拉力型锚杆；囊式扩体锚杆改变了力的传递方式，依靠扩体端头产生支承压力，以及锚固段与周围土体的粘结力、摩擦力共同承载，可在有限长度的锚固体范围内使承载力得以提高，属于摩擦-支承复合型锚杆 （2）耐久性：扩体承压的机构体植入囊内，且囊内层设置 PE 防腐层，可以有效抵抗腐蚀性地下水和土体对锚固件的侵蚀，确保抗浮结构的耐久性。 （3）安全性：囊式扩体锚杆是欧洲旋喷扩体锚杆的技术升级，继承了传统锚杆锚固原理，增加的囊式扩体注浆后在锚杆底部形成了扩大的柱状体，改变锚杆受力状况，提高了锚杆技术的可靠性和安全性。 （4）经济性：传统锚杆的锚固力大小取决于有效锚固段的长度，提高锚固力的途径是增加锚固段
5、长度，从而增加工程量，增加工程造价。囊式扩体锚杆锚固力的大小与扩体的端头承载面积有很大关系，膨胀扩体部位的长度和直径只需满足对土体有效地挤密的要求即可，锚固段的长度可以缩短，在实施相同深度的锚杆，囊式扩体锚杆的抗拔力可以提高 15%50%倍，可以减少锚杆数量，降低工程造价。 2 囊式扩体锚杆在岩石地层中的应用 2.1 工程简介 安徽庐江居江淮之间，东北濒巢湖，南近长江，北抵杭埠河，境内有西河、兆河等河流，地下水资源丰富。位于庐江县中心部位的庐江中心城是集商业、住宅与一体的综合建筑，大型停车场建于地下 9.3 米，建筑基础抗浮锚固成为重要工程。设计锚固段深入到中分化砂岩层，承载力 420KN，最
6、初采用传统锚杆技术，经现场监测，最大抗拔力值是110KN，不符合设计要求，由于上部建筑已成型，施工作业空间仅有3.2m，无法选用其他工法，尝试采用囊式扩体锚杆技术，经现场拉拔试验，囊式扩体锚杆的抗拔力达到 840KN，是设计值得 2 倍，是传统锚杆的8 倍，最终确定采取锚杆囊式扩体锚杆补救措施解决建筑地基抗浮。 2.2 地质状况 本工程地下室结构基础底板以下涉及抗浮锚固根据地层情况如图 2所示。 图 2 施工区域地质剖面图及锚杆位置图 第层粗砂夹粉土：灰褐色，中密，夹密实状态粉土薄层，含少量长石、石英等物质，该层层顶埋深 8.0011.70m，层顶高程 3.84-1.08m，层厚 0.603.
7、80m，冲洪及成因，该层分布稳定。 第层强风化凝灰岩层，灰褐色，局部见红褐色，顶部风化成土块，中密密实，岩芯易破碎，遇水易崩解，层顶埋深 10.0013.30m，层顶高 1.30-1.88m，层厚 1.205.70m，该层分布稳定 第层中分化凝灰岩：褐色，局部见红褐色，致密，坚硬，砂质结构，块状结构，岩芯呈短柱状，裂隙较发育，层顶埋深 13.2017.50，层顶高程-1.50-5.95m，未揭穿，最大揭露厚度 8.5m，坚硬，岩石质量等级为级。 2.3 目标锚固地层的确定 根据施工场地地质条件和岩土层基本参数，综合考虑地下结构的埋深、抗浮设防水位和抗浮锚固分项工程造价的最优化，将扩体锚固段埋置
8、于第层中分化凝灰岩，该岩层属坚硬岩，是理想的扩体锚杆段持力层。 2.4 锚固方案 囊式扩体锚固端落入第层中分化岩层，锚杆长度 10.50mm，普通锚固段直径 150mm，扩体段直径 350mm，长度 2000mm，锚杆杆体采用15.24 的 1860 级预应力低松弛钢绞线，钢绞线外包裹油脂，套 PE 涂层，并与底板锁定连接，囊体内壁设置 PE 膜防腐层。此结构抗浮构件组合可防止地下水回升、水位变化等荷载效应对结构体产生的上浮破坏力和地层环境对钢材、灌浆结石体的腐蚀破坏。锚杆位置布置见图 2。 2.5 扩体锚杆锚许用承载力计算及锚杆杆体的配筋强度校核 1、许用承载力计算 按高压喷射扩大头锚杆技术
9、规程 （JGJ/T282-2012）计算单根扩体锚杆抗拔力极限承载力，计算公式如下： 经计算，囊式扩体锚杆极限承载力是 930KN。 许用承载力,其中安全系数 K 取 2，许用承载力为 465KN,大于设计承载力 420KN,满足设计要求。 2、锚杆杆体的配筋强度校核 根据预应力混凝土用钢绞线 （GB/T5224-2003）及高压喷射扩大头锚杆技术规程 （JGJ/T282-2012） ，对抗浮锚杆所用的钢绞线进行锚杆杆体配筋强度安全校核，公式如下： 经计算，锚杆杆体截面积为 509.1mm2,4 根 15.2 截面积和为560mm2，实际值大于设计值，锚杆杆体强度满足设计要求。 2.6 工程施
10、工 1、囊式扩体锚杆施工工艺 囊式扩体锚杆施工主要工序有锚杆制作、钻、扩锚孔、下锚、灌注水泥浆液、养护、张拉锁定，施工工艺流程见图 3。 图 3 囊式扩体锚杆施工工艺流程图 2、岩石地层施工囊式扩体锚杆的难点和重点环节 （1）岩石扩孔 岩石地层施工囊式扩体锚杆的技术难点是岩石扩孔。目前，扩孔常用的方法是机械扩孔和高压喷射扩孔，对于土质地层扩孔，高压喷射扩孔速度快、效率高，优于机械扩孔，但不适合岩石地层扩孔。岩石地层常用爆破或机械扩孔，而爆破扩孔专业性较强，成孔的尺寸难控制，且有一定的难度和危险性，施工中常选择机械扩孔方法。 结合本工程技术要求，在实践中研制的水压式扩孔钻头可以有效的完成扩孔工作
11、。钻头切削刃部位镶嵌 PDC 复合片材料，利用高压泵输出的高压水流推动位于钻头体上的扩孔刀片张开，钻头旋转切削岩层，从而实现扩孔目的，高压循环水流动的同时，将切削渣带出。 （2）清渣验孔 锚杆安置前检查孔深和扩孔孔径是保证锚杆施工质量的重点之一。机械扩孔在孔底不可避免产生沉渣，扩 2m 深的孔，成渣最厚达到 0.6m，不清除沉渣，严重影响囊体就位。工程中使用高压水、高压气或水、气混过清除沉渣。 清孔后的锚孔，使用连杆简易测孔仪测量扩孔直径和孔深，保证扩孔段达到设计尺寸要求。 （3）注浆 注浆是锚杆成型的过程。注浆分为两步，锚杆安置后，先向囊袋中注入高压水泥浆，注浆量不低于计算用量，使囊袋张开，
12、在锚杆底部形成圆柱桩体，拔出注浆管，再向锚孔中注浆，充填锚孔中的空隙，使锚杆定位。考虑水泥浆液凝固下沉，注浆后 4-6 小时还须补浆，保证孔口封闭。 注浆材料使用 P.O42.5 级以上水泥，浆液水灰比 0.40.5，添加适量减水剂保证水泥浆液的流动良好状态。 （4）张拉锁定 锚杆张拉锁定应在锚杆注浆体强度大于 30MPa 后进行，分级进行张拉，锁定荷载为 28KN。 3 结束语 囊式扩体锚杆技术在庐江工程中的成功应用，突破了囊式扩体锚杆仅限于在土质地层条件下的应用范围，推动了这项技术的进步与发展。岩石地层施工囊式扩体锚杆的关键环节是岩石扩孔技术，施工中研制的水压式扩孔钻头能有效地实施岩石扩孔
13、，解决了施工难点，但扩孔功效不高，直径 180mm 孔扩至 350mm，孔深 2m，需要消耗 46 小时。确信，随着囊式扩体锚杆技术的推广与发展，攻克岩石扩孔技术将逐步得到提高。 参考文献 1 中华人民共和国住房和城乡建设部. 高压喷射扩大头锚杆技术规程（JGJ/T282-2012）. S中国建筑出版社.2012 2 徐国民、李伟忠 李文平 李鸿芳主编. 岩土锚固技术与工程应用. C人民交通出版社.2012 3 邵孟新、曾庆义. 高压喷射扩大头锚杆的设计与施工.J.建筑监督检测与造价，2008.（12）,55-60 4 王建. 地下室抗浮锚固施工应注意的问题分析. J.科技与生活，2010（14）,89
