地下室施工中无粘结预应力抗浮锚杆的应用

杨家玺

（中铁十五局集团有限公司，上海 200000）

0 引言

随着城市地下空间开发越来越受到重视，为建造更多的地下室及地下停车场等，建筑物的地下埋深越来越大，需考虑抗浮设计。抗浮施工关系到结构的安全性与经济性，其重要性愈发明显。

《建筑工程抗浮技术标准》[1]系统描述了抗浮施工的设计、施工及检验标准。《岩土锚杆（索）技术规程》[2]详细讲述了锚杆施工的技术规程。夏亮等[3]结合高层建筑抗浮施工设计实例，分析了抗浮方案的选择以及受力影响。李林桑等[4]结合现代建筑地下室施工，总结了地下室防水施工要点。本文以某高层建筑地下室抗浮锚杆施工为例，分析地下室抗浮措施的选择，阐述施工工艺，并研究施工中易出现问题及解决措施，为类似工程提供参考。

无粘结预应力抗浮锚杆是通过在锚杆底部设置承载体，锚杆顶部在地下室底板上张拉锁定，采用无粘结预应力钢绞线（或钢筋）将所受到的外力转化为承载体压力，作用于注浆体上，通过注浆体与周边岩体、土体的摩擦力将应力传递至周边稳定土体中，从而达到抗浮的目的。本文以某工程地下室抗浮锚杆的施工实例分析，研究探讨无粘结预应力抗浮锚杆在地下室工程中的施工应用以及问题分析：

1 工程概况

本工程拟建物由3 幢17 层高层住宅楼及2 层的社区配套裙楼，1 幢6 层的社区服务中心，67 幢3 层住宅楼组成，其中高层住宅、裙楼及8 幢三层住宅楼下有一层整体式地下车库，抗浮等级为甲级。根据场地水文地质并结合地形地貌、地下水位埋深、年变化幅值、补给及排水条件、场地平整地面高程等情况，应进行抗浮设计，并将设计室外地坪高程作为抗浮设防水位。

2 抗浮措施的选用

目前常用的抗浮治理措施有排水限压法、泄水降压法、隔水控压法、压重抗浮法、结构抗浮法以及锚固抗浮法几种类型。

结合该项目进行分析，其本身为安置区工程，设计应尽量降低长期运行控制和维护管理难度。但是，排水限压法中的排水井、抽水井、盲沟、排泄沟等工程、泄水降压法中的压力控制系统、隔水控压法中的隔离系统均需长期运行控制和维护管理，且一般情况下排水限压法与隔水控压法宜作为其他抗浮措施的联合措施，故不建议采用；而对比剩余的三种方法，压重抗浮法通过增加基础底板及结构荷载，增加填筑荷载，进行压重配重填充等方法抵抗地下水浮力达到抗浮效果，但是它只适用于抗浮力与浮力相差较小的工程，且影响设计空间和使用功能；结构抗浮法主要通过增加底板或结构刚度，利用基坑围护结构增加竖向抗力以及连接荷载大结构形成抗浮结构来达到抗浮效果，其适用抗浮力小且底板刚度不均匀的工程，有效范围有限。最终，结合项目实际情况，综合考虑技术性与经济性对比，决定选用结构受力合理，不影响建筑功能且后期维护简单的抗浮锚杆施工。

根据地质条件，初步确定采用抗拔锚杆为永久性锚杆，采用具有双重防腐保护的P 型锚压力型无粘结预应力锚杆，锚杆结构见图1。锚杆孔d=200mm，锚杆进入中风化粉砂岩层不小于6.0m，每根锚杆采用5 束Φ13.2，fptk=1 860N/mm² 级的低松弛无粘结预应力钢绞线，单根锚杆轴向抗拔承载力特征值 Nka=400kN，预张拉力为800kN，锁定拉力值为440kN，最终确定以现场试验桩结果为准。

图1 锚杆结构大样图

各土层设计参数如表1 所示，抗浮锚杆设计参数如表2 所示。

表1 各土层设计参数

表2 抗浮锚杆设计参数

3 无粘结预应力抗浮锚杆施工

3.1 试验桩

项目选取6 根无粘结预应力抗浮试验锚杆（3 根6m 试验锚杆，3 根7m 试验锚杆），进行锚杆破坏性试验，以确定锚杆的抗拔承载力特征值和相关施工技术参数。试验过程中6m 试验锚杆加载到接近两倍抗拔承载力800kN 时锚杆上拔量明显变大，直至破坏，不满足设计抗拔承载力要求；7m 试验锚杆加载到两倍抗拔承载力800kN 时位移稳定，继续加载至下一级 900kN 左右时锚杆上拔量明显变大，直至破坏，受检锚杆（索）合格，最终选择本项目中预应力锚杆的有效入岩深度由≥6m修改为≥7m。

3.2 施工工艺流程

施工准备→锚孔定位编号→成孔→锚杆制作及插放→注浆→安装止水装置→张拉与封锚

3.3 操作过程及施工方法

（1）施工准备：现场土方开挖至抗浮锚杆施工标高并在地下室结构底板混凝土或垫层完成后进行施工。

（2）锚孔定位：根据测量控制网和锚杆布置图定位锚杆的中心位置并做好标记。锚孔定位偏差值控制在±20mm 以内。

（3）利用潜孔钻机干成孔：利用钻杆和冲锤的旋转和冲击成孔。锚杆成孔直径应不小于200mm，钻孔深度超过锚杆设计长度，且不大于设计长度500mm；

（4）锚杆制作及插放：锚杆按设计尺寸及要求下料，每根无粘结钢绞线偏差值控制在50mm 以内，张拉端操作长度不小于1 000mm。锚杆安装时，确保预应力锚杆不扭曲变形，杆体居中插放于钻孔内。

（5）注浆：要求采用二次高压注浆施工工艺，注浆压力值不低于2.0MPa，砂浆用砂经不大于2mm，搅拌时间不低于1min 并应随用随搅，第一次水泥砂浆实施灌注时，注浆压力无需过大，控制在0.5MPa 左右。灌注时待孔口溢出，即可停止灌浆，约4～8h 浆体在终凝前应进行二次注浆，二次注浆的劈开压力不宜低于2.5MPa，灌满为止。

（6）张拉与封锚：底板钢筋绑扎完成后，逐根安装止水环装置，安放金属波纹管并在止水环内注入浆体材料，安放固定沉降式锚垫板，在浇筑混凝土时要采取措施，防止混凝土注入锚垫板内。同时应注意在底板混凝土强度达到设计强度后，方可进行张拉。

4 抗浮锚杆施工中容易出现的问题及解决措施

4.1 施工中易出现问题

（1）设计初定参数实施后无法满足设计抗浮承载力要求，导致实际实施时抗浮力不满足要求，产生结构破坏。

（2）孔壁粘结性能不足，导致实际抗拔承载力无法到达设计要求。

（3）锚杆防水防腐不到位，导致的锚杆锈蚀，耐久性下降，甚至结构破坏的问题。

（4）锚杆制作安装不规范，安插不对中，影响整体抗浮质量。

（5）张拉不到位导致预应力不满足设计条件，封锚质量问题导致的抗浮结构的防腐及耐久性下降问题。

（6）张拉时导致的混凝土结构破坏问题。

4.2 对应问题的解决措施

（1）严格按照《建筑工程抗浮技术标准》进行抗拔静荷载试验，确定最终设计参数。如本项目通过试验桩试验，将入岩深度由6m 调整至7m，调整后可满足设计抗浮要求。

（2）一方面严禁水钻，以确保孔壁的粘结性能；另一方面，钻孔时利用风管向孔内吹入压缩空气，将钻孔产生的粉尘吹出孔外，并在钻孔完成进行清孔时加大压缩空气的吹入量，将孔内的粉尘吹干净，直至洞口返出的风手感无尘为止，避免粉尘影响砂浆与岩体的粘结强度。

（3）锚杆防水防腐方面。一方面，采用钢绞线作为预应力锚杆，防腐极为重要，应在钢绞线套管内严密充满专用防腐油脂，并使防腐油脂滞留管中，避免出现因油脂不足或流失导致的钢绞线锈蚀问题；另一方面要保证锚杆防水措施到位，包括在过渡管和基础底板连接处增加遇水膨胀止水圈，在止水钢板处黏贴膨胀止水条，预应力钢绞线张拉后对锚头和锚杆自由段补浆充分填满空隙，阻断渗水通道。

（4）锚杆制作及安装时，应预先在锚杆垫层以上处剥除PE 外套，清除油脂，并设置套管，注入防水防渗胶水，使胶水在套管中段位置，然后对钢绞线进行挤压，使钢绞线露出挤压锚，露出长度控制在1～5mm，然后套固定端垫板，组装钢结构承载体，每隔1 500mm 安装一块隔离架对中，用绑扎固定，确保安插时锚杆对中。

（5）采用应力控制方法张拉，并以伸长值进行校核。张拉控制应力设定为设计锁定值的110%。伸长值偏差控制在±6%范围内，并做好张拉记录。张拉时避免局部区域集中张拉，并禁止对千斤顶及其他设备和锚夹具造成扰动。锚杆张拉结束后做好封端工作，进行锚固端波纹管补浆并将张拉端及其周围清理干净，刷两道防水剂，凹槽处用C40 膨胀混凝土填充封闭，顶面设置12@200mm×200mm 钢筋网片。封锚端结构如图2 所示。

图2 封锚端结构

（6）加强底板混凝土养护，适当推迟预应力锚杆张拉时间，待底板或垫层达到设计强度时，再进行张拉，避免张拉造成底板开裂或变形。

5 结论

由于近年来城市高大建筑地下工程的实施和城市地下空间等的大规模建设，基础抗浮在施工中的运用越来越多对比其他抗浮措施，非粘结预应力锚杆经项目实际验证，经济性好，抗拔性能良好，满足设计及施工要求，更利于在相关项目使用，其研究发展可为类似工程提供参考依据。