浅谈多杆体扩大头锚杆施工的创新应用与研究

浅谈多杆体扩大头锚杆施工的创新应用与研究

朱良 刘粤 姚昌润 张坤杰 何康 吴志鑫 王玲珂 路凯

中建八局第三建设有限公司华中分公司，安徽 合肥 230000

摘要：新的建筑要求和建筑环境对锚杆技术要求越来越高,近些年来,随着我国基础建设的发展,不断涌现出各种各样的新型锚杆技术。多杆体扩大头锚杆因其能成倍提高锚杆的抗拔承载力,因此在工程中得到大量使用。可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接方式的应用，成功解决了扩大头抗浮锚杆抗拔力较大和对锚杆裂缝有严格要求的地区的安全性问题，及锚杆施工工序困难严重影响施工进度的问题。抗浮工程中的现场对比试验表明，采用扩大头工艺可以显著提高锚杆的抗拔承载力，大大减少材料成本，提高工程质量，为类似工程提供借鉴和参考。

关键词：可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接；抗拔承载力；多杆体扩大头锚杆

1引言

随着建设领域的发展，国家对“节能减排、绿色发展”要求越来越高，在解决结构抗浮方面也有较高的要求。抗浮锚杆，是建筑工程地下结构抗浮措施的一种。抗浮锚杆不同于一般的基础桩，有其自身的特性能，与一般基础桩的区别在于：抗浮桩为抗拔桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化。由于扩大头锚杆的特殊构造，给现场施工组织产生巨大的挑战。

2项目工程概况

2.1项目简介

蚌埠医学院第一附属医院心脑血管中心施工总承包项目位于安徽省蚌埠市东临规划路，西临学海路，北临学苑路，南临凤翔西路，总建筑面积422960.78平方米，地上包含18个单体建筑，其中地上266163.72㎡，地下156797.06㎡，拟日门诊量6000人次，住院部床位数2000床，机动车停车位2867辆。项目建成后将立足蚌埠,服务安徽，辐射苏、鲁、豫,成为功能完备、专业学科突出、诊疗技术精湛、环境优美、在省内起引领作用、在国内处于先进水平的现代化省级医疗服务中心。

本工程基坑周长约1850m，维护面积约9.7万㎡，基坑面积约10.35万㎡，北区基坑普遍深度6.03m，最大深度8.53m，南区基坑普遍深度10.73m，最大深度11.33m。

表1  基坑工程概况和特点

2.2工程地质情况

本工程场地较平坦，未见影响本工程建设的崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用的存在。场地20m深度范围内，不存在成层的饱和砂土和粉土，无需考虑饱和砂土和粉土液化的影响。地基土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋具有微腐蚀性。场地近场区内地震活动水平较低、强度弱，适宜本工程的建设。

根据结构设计和场地内土层分布情况，可知：基础主要持力层土质为第④层黏土，地基承载力特征值为260kPa；局部落在第③层黏土，地基承载力特征值为180kPa，桩基桩端持力层主要为第⑤1层花岗岩，地基承载力特征值为350kPa。

2.3工程水文资质情况

蚌埠市处于亚热带与暖温带的过渡带，夏热多雨，冬寒晴燥，秋旱少雨，易发生旱涝灾害。

本工程场地位于淮河以南，为江淮丘陵区，北距淮河南岸约7.5公里，东距龙子湖约2公里。本基坑挖深约5.5～10.50m，坑底主要位于③黏土层。根据场地地下水条件，结合地区经验，坑顶、坑内设置明沟截水，集水井每隔50m设置一口，坡面设置泄水孔排水。对坑底分布于混合花岗岩中的承压水，根据承压水的分布采用井点排水措施，如水量较大，采用降水排水结合的方法。在基础底板及地下室外墙的后浇带封闭浇筑达到设计强度之前，应保持水位降至坑底最低标高以下0.5m。

3 施工方案

3.1锚杆选用方案

本工程南区门诊医技楼及医疗区污水处理机房采用变直钢筋笼扩大头全长粘结拉力型锚杆作为永久抗浮锚杆，抗浮锚杆长度为9.0m，锚杆普通锚固段孔径0.25m，长度为6.5m，扩体段直径为0.7m，扩体长度2.50m，扩体锚固段位入第4层黏土层，具体锚杆设计参数见表

抗浮锚杆设计参数（一）

本工程北区地下车库及污水处理池采用全长粘结拉力型锚杆作为永久抗浮锚杆；抗浮锚杆孔径0.20m，其中北区车库锚杆长度为7.0m，污水处理池锚杆长度为10m，具体锚杆设计参数见下表：

抗浮锚杆设计参数（二）

3.2多杆体扩大头锚杆构造

多杆体扩大头锚杆由扩体和非扩体部分组成，非扩体采用三根直径28的钢筋杆体、扩体部分由8根直径14的扩头钢筋杆体。扩头杆体长为1280mm，通过折杆把中轴钢管杆体与扩体钢筋杆体连接，螺旋箍筋固定扩头杆体上，钢筋笼收缩状态直径为200mm，打开状态直径为350mm，杆体钢筋在中轴钢管之外，通过高强螺母与钢筋笼承压板连接。

图2扩大头锚杆截面构造详图

3.3施工过程中存在的问题

（1）由于新执行的抗浮设计标准的改变，对于锚杆设计提出了新的要求。由于本地的锚杆设计抗拔力较大，同时按新标准控制锚杆裂缝，钢筋总应力不能超过50%，不能满足当地对抗浮力、锚杆裂缝的要求。

（2）由于锚杆普通施工工序非常困难，无论是先挖土方，垫层浇筑后再打锚杆，还是先打锚杆再进行土方开挖，都存在非常多的困难。先挖后打，浇筑的承台严重破坏，基层严重不满足防水施工的要求；较深的承台里的锚杆在承台开挖后无法施工；承台修补和打锚杆取出来的土清理，工作量大，并且只能用人工施工。先打后挖，锚杆间距太小，伸出来的锚杆锚固段阻碍机械施工；标高不好控制；小挖机施工也易干扰到锚杆体。

图3锚杆不同施工工序对比图

3.3解决方案

3.3.1多杆体扩大头锚杆

图4 三种不同的锚杆构造方案

原设计专利产品单杆体锚杆，由于不能符合现场及最新规范要求把原锚杆设计方案修改为增大中间杆体的直径即为单杆体升级版和多杆体锚杆，考虑到使用效果及经济效益、质量及安全性等问题，选择使用多杆体锚杆施工，多杆体的扩大头锚杆和巧妙的杆体连接方式，既提高了扩大头锚杆的安全性，扩大了此类锚杆的使用范围，并大大减少材料成本，提高工程质量，实现工程一次成优。

原专利扩大头锚杆中间锚固为一根钢筋，经过力学计算及抗拔试验，决定把原设计改为中间杆体周围设置3根钢筋，相应改变杆体钢筋与扩大头的连接方式，采用高强螺栓将锚杆钢筋和扩大头连接，高强螺栓的可拆卸性，保证扩大头与锚杆钢筋可每类集中运输，降低锚杆在运输的损耗率。

多杆体扩大头锚杆作为一种抗拔力、锚杆裂缝满足最新设计标准的锚杆装置，可满足地下水位较高，对锚杆抗拔力有较大要求的地区。采用3D28的钢筋杆体、8C14扩头钢筋杆体、螺旋箍筋AS4.5@100、钢筋笼承压板、40CR高强螺母、钢管对中支架@2000加工制作。

图注：1- 3D28的钢筋杆体；2-中轴钢管杆体；3-螺旋箍筋AS4.5@100；4- 扩头钢筋杆体8C14、长为1280mm;5-折杆;6-钢筋笼承压板;7-高强螺母。

图5 多杆体扩大头锚杆构造方案

3.3.2可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接

可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接方式，主要用于全类型锚杆施工中，采用选择此锚固段连接方式，及先打锚杆后挖土方的施工工序，减少施工步骤，降低施工难度，减少人工投入，加快施工进度。

可拆卸钢筋笼多杆体锚固段施工：可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接方式采用钢筋定位板与杆体钢筋焊接，圆柱底部预留出活动送浆口，下部注浆完成自动关闭。圆柱形钢筒和临时钢帽为可拆卸重复利用部件，圆柱形钢筒内部四分之一处焊接拆卸防滑条，外部增加与临时钢帽的扣式连接，杆体钢筋连接于套筒内。高强度套筒竖向间距符合钢筋机械连接要求。杆体端部位置应低于圆柱形钢筒上端20mm，便于圆柱形钢套上端临时固定一个临时钢帽，防止钢筋套筒受污染，待开挖到设定标高，取下盖板，连接锚固段钢筋，二次浇筑锚杆混凝土，待强度达到75%之后，取出圆柱形钢筒。本发明所述施工方法可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接方式，适用于抗拔力较大和对锚杆裂缝有严格要求的地区，结构简洁，受力清晰，可拆卸钢筋笼多杆体的应用，由于有效的可拆卸装置，减少施工工序，降低施工难度，减少人工投入，加快施工进度，相较其他方案节约成本，提高基础安全性、提高实体质量。

图6 可拆卸钢筋笼多杆体锚固段图解

图注：1-临时钢帽盖；2-活动开启扣；3-活动咬合扣；4-固定咬合扣；5-筒壁防滑条；6-拆卸器加固点；7-钢板筒体；8-钢筋定位板；9-注浆自动关闭装置；10-钢筒拆卸钳；11-拆卸钳锚固板；

图7 可拆卸钢筋笼多杆体锚固段工作状态

4 施工工艺流程

施工步骤：

（1）在保证下层原状土的前提下，大面开挖上层土，从内向外，通过RTK确定复核标高，预留距离垫层底500mm的土层；

（2）根据地质报告及图纸要求推算出，桩孔底标高，并推测出所需钻孔深度；

（3）分区域应用RTK测量仪器准确定位该片区同一深度锚杆的位置，同一标高统一定位，不同标高用不同标记。同一区域，全部施工完后再开始桩孔施工；

（4）根据所计算的深度确定螺旋钻杆的根数，准确钻出标准孔深，优先施工孔径较深的锚杆，同一标高的桩孔，也同时施工，再跟换螺杆根数；

（5）钻出孔后及时吊装带有锚杆端头保护装置的锚杆，进行一次注浆，当活动送浆口关闭堵塞，说明一次注浆已经完成；

（6）待第一次灌浆上强度之后，使用大型挖机对剩余500mm厚上层土进行清理，并挖出承台土；

（7）把临时扣打开，取下临时钢帽，尽量防止土层掉入圆筒内；

（8）采用扳手进行机械连接上段锚固钢筋，再进行二次灌注水泥浆；

（9）用钢筒拆卸器把圆柱形钢筒取出，重复利用

5 结束语

目前，锚杆扩大头方面的研究取得一定程度的进展，解决了锚杆扩大端的施工工艺，且在全国多个城市多种地质条件下得到应用，工程应用效果显著。多杆体扩大头锚杆在安徽地区多个基坑工程及抗浮工程中的成功应用，说明其施工工艺是先进的，可行的，它能够较准确地控制扩大段的直径及长度。锚杆扩大端提供的抗拔力远远大于普通预应力锚杆错固段提供的抗拔力。采用可拆卸钢筋笼多杆体锚固段连接方式，不用再考虑施工工作面的问题，为土方开挖提供了便利条件，大大缩短了工期，也节省了建筑材料，降低了成本。由于扩大头锚杆的扩大段一般埋深较大，当锚杆间距较小时，可以把其扩大段当作地下连续墙，不用考虑群锚效应问题。

参考文献

[1]尤春安，全长粘结式锚杆的受力分析.岩土力学与工程学报.2005

[2]刘智国，茄亮．国内外锚杆施工技术发展动态．山西建筑，2008

作者简介：朱良 987.12.6 男 安徽 汉 本科 三峡大学 技术负责人 中建八局第三建设有限公司 研究方向:水利水电

刘粤 1997.10.15 男 广西 汉 本科 沈阳建筑大学 技术主管 中建八局第三建设有限公司 研究方向:土木工程