浅析变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩的应用分析

浅析变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩的应用分析

摘要：建筑结构设计在科技十分发达的今天追求越来越高，一幢幢高楼大厦纷

纷拔地而起，质量、美观性和经济性都占有着重要地位。在现如今城市地皮越来

越贵的情况下，地面以上总高度越来越高，而地面以下地下室越挖越深。如此则

带来一些很重要的课题，例如有关地下室抗浮的问题。本文通过对变直径钢筋笼

扩大头抗浮锚杆桩的一些基本分析及与其他方案的数据对比，浅析此方案的应用

技术与未来的前景，希望从一定层面给同行设计带来参考及利用价值。

关键词：变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩应用分析

变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩，是采用高压喷射原理在锚孔底部一段长度

范围对孔壁土体切割扩孔并置换充填水泥浆而形成的一个圆柱状的扩大头，故其

学名为高压喷射扩大头锚杆。此锚杆上部非扩大头段直径范围为0.2~0.6m，底部

扩头的直径可达到0.6~2.0m，所能提供的抗拔承载力最大可达到1600~1800KN，

比普通锚杆承载力可提高3倍以上。在其底部扩大头范围，充填水泥浆之前吊装

自动扩张的变直径钢筋笼，以此提高扩大头段的桩身抗拔承载力，锚杆中心设1

根直径36mm的PSB1080级预应力混凝土用螺纹钢筋，此钢筋从锚杆桩底至桩顶

通长设置并锚入地下室承台或底板内。

一、变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩项目概况

位于广州市白云区某项目，地面以上为单层商业及其他配套用房，层高5米，单层建筑面积约640平方米。地面以下为单层地下室，地下室作为地下车库，供

地面大型广场及附近村民所用，地下室建筑完成面相对标高为-4.8m，轴网尺寸均匀为8mx8m，地下室的总建筑面积约3380平方米。非塔楼范围纯地下室顶板结

构完成面为-1.6m，上覆土1.3m厚。本项目因结构层数少，结构自重小无法满足

整体抗浮验算，故需采取另外的抗浮措施。经设计师团队综合比较及数据分析后，确定采用筏板基础作为正向受力基础构件、变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩作为

反向抗浮构件的结构方案。锚杆桩承载力及整体抗浮计算如下：

1、单根锚杆桩抗拔力计算

根据本项目的地质勘查报告分析，初步采用的变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆

桩截面尺寸：200/700（圆形截面），单根锚杆桩长为12m，普通段长度为9m，

扩大头段长均为3m；以2-1粉质黏土层作为扩大头锚固段，且进入该层不少于

3m。根据《高压喷射扩大头锚杆技术规程》（JGJ/T 282—2012）规范公式进行单

根锚杆桩极限抗拔力Tuk计算如下：

=3.14x【0.2x（9-2x0.7）x55+0.7x3x55+（0.7²-0.2²）x857.79/4】=928.2 KN

Tak=Tuk/2=928.2/2=464.1 KN，故暂取抗拔承载力特征值为450 KN。

2、锚杆杆体截面校核

一根直径为36mm（As=0.001m2）的PSB1080级精轧螺纹钢筋抗拉强度设计

值fy=900MPa，由一根直径为36mm的PSB1080级精轧螺纹钢筋制作的单根锚杆

的设计抗拉力：

T=1×0.001×（900×1000）/1.6=572 KN ＞450 KN

故综上所述，单根锚杆桩长12m，扩体锚固端埋放于2-1粉质黏土层，且进

入该层不少于3m控制，扩体段直径700mm，扩体段长度为3m，普通段直径为200mm，普通锚固段长度为9m。锚杆桩杆体采用1根直径为36mm的PSB1080

级预应力混凝土用螺纹钢筋。此单根变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩抗拔承载力

特征值取450kN。

3、锚杆桩整体抗浮计算

水浮力：F=4.9×10=49KN/㎡

纯地库部分自重G1=23.4+4+7.5+2+1.25=38.15KN/㎡

主楼部分自重G2=3+4+7.5+2×2+1.25×2=21KN/㎡

纯地库部分需要的抗浮力：1.05× F-G1=1.05×49-38.15=13.3KN/㎡

主楼部分需要的抗浮力：1.05× F-G2=1.05×49-21=30.45KN/㎡

纯地库部分需要布置锚杆桩数：13.3×（3380-640）/450=81

主楼部分需要布置锚杆桩数：30.45×640/450=44

需要锚杆桩总数：81+44=125根。

二、变直径钢筋笼扩大头抗浮锚杆桩与传统锚杆桩的对比

与传统锚杆对比，变直径钢筋笼扩大头锚杆桩的优势主要体现在以下几个方面：

1、施工操作可行性及难以程度对比

传统锚杆钻孔深度需进入中风化或者微风化岩层不少于2米，钻孔周期及机

器损耗较大，而扩大头锚杆仅需钻孔入粘土层即可，对于本项目扩大头锚杆仅仅

从底板下12m即可终孔，很大程度减小了施工周期及相关措施费用，而传统锚杆设计桩长达到20m以上，且越往下施工难度越大，入岩越困难。扩大头锚杆施工过程仍需注意扩大头段切割扩孔的施工，扩大的直径不宜过大，以防底部掏空过

大形成塌孔的趋势。扩大头不宜设置在有机质土层、液限大于50%的土层、相对

密度小于0.3的土层。扩大头锚杆桩的施工工序为：定位→水泥浆制备→旋喷桩

机钻进至设计深度→高压旋喷或机械扩体施工→成孔→下放变直径钢筋笼→打开

钢筋笼→高压注浆→成桩。与传统锚杆对比，新引进的工序为高压旋喷或机械扩

体施工、下放变直径钢筋笼、打开钢筋笼三道工序，操作简便。总之，因为桩长短、持力层要求低，故扩大头锚杆在施工操作可行性方面有很大的优势，势必为

业主带来更多的时间价值及施工措施的成本降低。

2、总体成本对比

本项目扩大头锚杆直径为200/700，总桩长为12m，抗拔承载力450KN，约

为传统锚杆的1.5倍。根据施工图纸，本项目总共设计125根扩大头锚杆，根据

预算数据，每米投入成本约为336.97元，扩大头锚杆的总投入约

336.97x12x125=50.55万元。

若改为传统锚杆抗浮方案，则直径为200mm的传统锚杆总桩长20m左右，

抗拔承载力350 KN，总共需桩数约160根。总长较长的情况下，钻孔难度大，施

工成本高，且充填水泥浆及抗拔钢筋的成本均会高于扩大头锚杆，且传统锚杆的

承载力低的情况下，需要的总数量更多，根据方案对比图纸进行预算，每米投入

成本约为253.46元，传统锚杆总投入约253.46x20x160=81.11万元。

故扩大头锚杆桩方案节约造价30.56万元，与传统锚杆对比节约60.5%。

3、施工工期对比

本项目采用扩大头锚杆每台设备可施工10根/天，总工期为125/10=12.5天，扩大头锚杆施工灵活便捷，可在原地貌、基坑开挖过程中和基坑开挖完成后施工，若分层分区块进行基坑开挖，可同时进行扩大头锚杆流水施工，则锚杆桩不占用

总工期；

传统锚杆每台设备也可施工约10根/天，总工期为160/10=16天；

故与传统锚杆对比，扩大头锚杆桩施工工期可节约3.5天，节约22%工期，