成都平原区建筑抗浮锚杆存在的问题和适宜性探讨

郑兴军

（四川省联胜工程质量检测有限公司，四川 成都 610091）

0 引言

汽车的普及以及家庭拥有两辆及以上车辆的情况也逐渐成为常态，在有限的地面停车位资源下，挖掘地下空间潜力设置地下停车场已是各城市建筑的常用方式。成都平原区处在适于开发地下空间的区域，近年来已出现多起地下停车场底板混凝土开裂、渗水、隆起等病害问题，以及随之而来的积水、泛碱等现象严重影响地下空间正常使用功能的发挥。现有建造技术在抗浮方案的前期适宜性论证、抗浮设计、施工及检测环节等面临较大难题，当出现病害问题时，现有技术治理措施难以有效。目前抗浮工程的实施仍处在场地勘察、方案设计、施工和检验验收的基本建设程序上，其研究也多属于优化节约、规范及计算方法选用、施工方案比较、施工过程控制等方面，对场地的适宜性以及锚杆与抗水底板的变形匹配问题方面的研究不受重视，技术尚无创新。按现行规范进行的锚杆基本试验也均在场地降水条件下实施，较整个工程建成使用周期相比属极短期的循环荷载试验，与后期工程锚杆受周边降水、季节性水位涨落等影响因素众多的条件不符，且锚杆基本试验多数流于形式，往往是在大量工程锚杆中选择一、两组锚杆补齐前期基本试验资料，对场地的适宜性判定作用有限。

为此，本文从成都平原区地层结构特征和水文气象特征入手，探讨其对抗浮锚杆的不利因素以及抗浮锚杆的受力机理与抗水底板的变形匹配问题，结合成都平原区多起抗浮锚杆工程实例，研究解决方案，提出更适宜成都平原区的地下室抗浮方案和结构类型，该方案和结构类型在为类似抗浮工程作参考借鉴时具有重要的意义。

1 成都平原区地质结构水文气象特征

1.1 地层结构特征

(1)覆盖层厚度变化大。上覆土层从西北向东南向厚度变薄，由40 多米变为几米。

(2)处在渗透性强的砂卵石层与泥质岩层复合地基、二级阶地及弱膨胀土地基区，抗浮工程的锚固力有限并受泥质岩层风化、软化的严重影响。成都平原区上部主体物质由第四系松散堆积物组成，即上部覆盖平均深度约5～7m 的杂填土、平均深度约7～10m 的砂卵石；基底由白垩纪和下第三纪碎屑岩（红层）组成。

(3)成都平原区渗透性差异大的地层分布不均，地下水渗流变化无常，导致抗浮水位确定的风险加大。为此，成都市城乡建设委员会在2018年发布《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》（暂行），对成都市不同阶地的抗浮设防水位提出了相应要求。

1.2 水文气象特征

(1)降雨集中，地形平坦，大暴雨使地下水位突升慢降的区域；

(2)大型基坑降水随机，影响地下水位变化无常，抗浮水位确定困难，确定的可靠性降低；

(3)影响抗浮锚杆施工质量控制难度加大。

2 抗浮锚杆与抗水底板的变形匹配问题

2.1 受力机理

抗浮锚杆的受力是一个荷载逐步传递的过程，当地下水对地下室抗水底板产生上浮力时，锚入抗水底板内的锚杆杆体将受到一个上拔力，此时杆体的上拔力需要由注浆体的握裹力来平衡，而握裹力最终由注浆体与钻孔周边的岩土体间发挥的粘结摩阻力来平衡。地下水水头越高，抗水底板需要的整体抗浮力越大，单根锚杆受到的上拔力也越大。为抵抗或消除抗浮锚杆受到的上拔力，此时需要锚杆杆体材料的抗拉强度、注浆体与杆体间的握裹力以及注浆体与周边岩土体的粘结摩阻力均有足够强度才能确保防止抗浮工程失效。

2.2 变形匹配

(1)锚杆属于柔性结构，受力变形较大；(2)地下室抗水底板刚度较大，开裂容许的变形较小；(3)锚杆受力产生较大变形与底板较小的容许变形严重不匹配，锚杆达到设计抗浮力时的变形可能超过底板容许变形而造成底板开裂；(4)抗浮锚杆的施工质量控制不好加剧了上述不匹配的严重程度。

3 抗浮锚杆抗拔力的影响因素与工程实例

3.1 一般影响因素

(1) 锚杆的杆体材料抗拉强度；(2) 锚固段长度和锚孔直径；(3) 注浆体对杆体材料的握裹力大小；(4) 注浆体与周边岩土体的粘结摩阻力。

4 种影响因素中的数值越大时，对锚杆的抗拔力越有利，通常可通过调整4 种影响因素中的一种或多种，达到锚杆预期设计抗拔力目的。

3.2 特殊影响因素与工程实例

3.2.1 管井降水造成的影响与工程实例

管井降水造成的影响一是注浆体在尚未初凝时其大量水泥浆即随着地下水被抽排走，二是无法有效降水使得注浆材料浸泡水中无法有效胶结凝固或胶结质量差。二者均造成锚固体质量严重不符合要求，无法发挥正常的握裹力。两种现象主要发生在锚固段均位于卵石层，以及锚固段的上段位于较薄的卵石层而占锚固段深度范围更大比例的中、下段位于基岩层内的抗浮锚杆施工，且有效降水深度未超过抗浮锚杆的锚固段深度范围。

实例1 成都高新区某办公区3F 地下车库，柱下独立基础，基础置于砂卵石层上，基坑开挖后该砂卵石层尚有2.0m 厚，其下为白垩系中统灌口组泥岩，地貌单元为岷江水系Ⅱ级阶地，该场地地下水类型为孔隙型潜水，受大气降水及地下水迳流补给。设计采用施工抗浮锚杆的措施进行抗浮处理，注浆施工期间出现大量水泥浆随着地下水被抽排走的现象，严重影响锚杆注浆体的胶结质量。在春节停抽期间更是造成滞留于管井排水管内的水泥浆凝结硬化而导致水管整体报废的情况；且因停抽使得部分区域锚杆注浆体浸泡水中无法有效胶结硬化。

3.2.2 锚孔内水无法疏干造成的影响与工程实例

地下室底板位于基岩层或临近基岩顶界埋深时，锚孔成孔后，基岩裂隙水和临近基岩层面以上的孔隙潜水会汇集在锚孔内，加之施工期间可能遇上大气强降水，造成坑底及孔内雨水汇集，即使采用明排措施，仍会造成注浆材料被水浸泡，无法有效凝固或凝固效果不佳，从而造成一无法发挥正常的握裹力，二无法发挥与周边岩土体的粘结摩阻力，使得锚杆抗拔力的发挥被严重削弱。

实例2 成都主城区某住宅小区3F 中庭地下室，设计地下室底板埋深约14.0m。场地泥岩为紫红色，泥质结构，块状构造，顶板埋深距原地面约11.0～12.8m（标高约481.00～482.80m）。距场地约100m 有一河流，河水标高平水期约为488.7m，河水的涨落对场地地下水的埋深有直接影响。中庭地下室区域设计采用施工抗浮锚杆的措施进行抗浮处理，出现无法有效疏干孔隙潜水以及基岩内裂隙水现象，外加工期原因在场地狭小的区域内施工机械随意碾压、破土、碰撞锚杆杆体外露段等未有效保护注浆锚杆，造成部分锚杆抗拔力的发挥被严重削弱从而导致后期地下室底板开裂和上浮。

实例3 成都天府广场附近某高档写字楼，主楼和纯地下室区域均设6F 地下室，设计地下室底板埋深约28.0m，位于泥岩层上。场地的泥岩为紫红色，泥质胶结，块状构造，顶板埋深距原地面约24.7～26.4m（对应标高476.44～478.73m）。场地地貌单元为岷江水系Ⅱ级阶地，地下水类型为孔隙型潜水，受大气降水及地下水迳流补给。纯地下室区域原设计采用施工抗浮锚杆的措施进行抗浮处理，拟定单根锚杆的抗拔力设计要求值为432.0kN。为进一步确定抗浮锚杆在本场地内的施工工艺和参数，现场进行了锚杆试打和基本试验。在第一次试打抗浮锚杆抗拔力不能满足拟定设计要求的基础上，调整施工参数后再次进行第二次抗浮锚杆试打，其基本试验结果仍不能满足拟定的设计要求。两次试打4 组共12 根抗浮锚杆施工参数及基本试验结果如下表1所示。

表1 锚杆参数及基本试验结果

从上表1可知，当安全系数取为2.0 时，除第一组抗浮锚杆的抗拔力约接近设计要求值外，其余3 组锚杆的抗拔力值均远低于设计理论计算要求值，12 根抗浮锚杆中抗拔力极限值的最低值仅为设计要求值的11.6%。可见当出现该类水文地质条件时，已不再适合采用抗浮锚杆的措施进行抗浮处治。

4 成都平原区适宜的抗浮结构

4.1 抗浮桩

抗浮桩具有(1)刚性结构变形小，可与底板变形匹配；(2)施工质量容易控制，能够达到设计和抗浮的变形匹配要求；(3)泥质岩风化及粘性土软化对抗浮桩锚固力影响较小的优点。实例2 中，后期工程处治采用了施工抗浮桩的措施，即采用将地下室底板局部破除后，在破除位置采用施工人工挖孔灌注桩并将桩头附近的钢筋锚入地下室底板后一并浇筑混凝土的措施进行治理，取得成功。实例3 中，因两次试打抗浮锚杆所得的抗拔力均未获得与理论计算相一致的结果，且差距巨大，不具有再次调整锚杆参数的工程意义。为此，设计变更为桩径1.0m，间距3.0m×3.0m，桩长10.2m 的人工挖孔成孔，水下灌注混凝土的抗浮桩（见图1）抵抗地下水的上浮影响，其单桩竖向抗拔承载力特征值为1550kN。经现场单桩竖向抗拔静载试验和后期工程实际表明，抗浮桩的使用得到预期效果。同样，成都地铁某车站也采用了大型抗浮桩进行抗浮处理（见图2）。

4.2 预应力抗浮锚杆(索)：

预应力锚杆（索）具有(1)可解决上述锚杆与底板变形严重不匹配问题；(2)更易检验锚杆（索）施工质量，实现设计目的。预应力锚杆（索）在锁紧过程中，也是一种按设计锁紧值进行全数张拉的检验。

实例4 成都红星路四段某商住楼小区始建于2002年，设2F 地下室，地下室底板位于卵石层上。场地地貌单元为岷江水系Ⅱ级阶地，地下水类型为孔隙潜水。设计采用施工预应力锚索的措施进行抗浮处理，经现场锚索抗拔试验和后期工程实际表明，预应力抗浮锚索的使用得到预期效果。

图1 成都天府广场附近某高档写字楼抗浮桩

图2 成都地铁某车站大型抗浮桩抗拔试验

图3 红星路四段某商住楼小区抗浮锚索抗拔试验

5 结语

上述分析可以得出如下初步结论：（1）目前采用的非预应力锚杆不适宜成都平原区的抗浮结构；（2）预应力抗浮锚杆（索）预先使锚杆（索）已产生了足够的变形，预应力使底板产生了负弯矩变形，地下水位上升受地下水浮力后变形极小，不至于底板超限变形而开裂；（3）抗浮桩刚度大，地下水位上升受地下水浮力后变形极小，也不至于底板变形超限而开裂；（4）成都平原地区抗浮宜采用预应力锚杆（索）和钢筋混凝土桩。