羅良樸 杜忠明 高超 李蒼宇 曾禮江

0 引言

近年來，建筑物地下結構深度增加，地下水浮力問題愈發(fā)突出。該問題會引起地下室底板隆起開裂、建筑結構上浮、地下室樁體斷裂等風險。預應力抗浮錨桿是地下室建筑常用的抗浮工具，具有布置方法靈活、造價低、對各類地質(zhì)條件的適應能力強等技術優(yōu)勢，所以被廣泛運用在各類地下室項目中。冀智、許寧等人在《預應力抗浮錨桿施工技術創(chuàng)新與應用》[1]中提出應用二次高壓注漿、綜合防水工藝融合后的新型預應力抗浮錨桿施工方案，促進了預應力抗浮錨桿施工技術的創(chuàng)新。本文以地下室工程項目為依托，針對地下室預應力抗浮錨桿施工中的實際問題，分別從地下室滲水處理、抗浮錨桿拉拔試驗入手，對預應力抗浮錨桿施工方法進行創(chuàng)新，明確了提升地下室抗浮錨桿耐久性、抗浮能力的具體方法。

1 項目概況

某建筑項目，地下室基礎采用筏板基礎，筏板局部加厚或設置下柱墩，要求處理后地基承載力特征值不小于160KPa、主樓地基承載力特征值大于220KPa。該項目的地下室工程中，地基開挖后的地質(zhì)條件為素填土，支護結構設計年限為50年，支護結構工程安全等級為二級。另外，受地下水影響，施工期間的地下水浮力會直接影響地下工程建設質(zhì)量，引起開裂、地基不穩(wěn)等質(zhì)量通病，因此采用抗浮錨桿作為地下室工程的重要結構。憑借抗浮錨桿較強的抗浮能力，該地下室工程順利完工，整體質(zhì)量良好。

2 預應力抗浮錨桿技術相關概述

地下室工程中，根據(jù)是否對錨桿桿體施加預應力可將抗浮錨桿分為“非預應力抗浮錨桿”“預應力抗浮錨桿”兩種。預應力錨桿的作用原理是將錨桿錨固在地下室各區(qū)域，然后對自由段施加預應力，讓地下室地層結構、錨固體能夠產(chǎn)生摩阻力，使整個錨固結構處于良好的受力狀態(tài)，以此控制錨頭部位的變形量[2]。

應用預應力抗浮錨桿技術時，預應力抗浮錨桿的本質(zhì)是利用錨桿在地下室內(nèi)施加荷載。所以在地下室工程建設中，應結合實際情況，科學地計算錨桿需施加的預應力，通常情況下，抗浮錨桿初始預應力取值為錨桿拉力設計值的1倍、0.75倍。地下室工程中，地基以下為紅黏土、石灰?guī)r，為有效控制地下室施工中錨桿的位移量，預防地下室地板開裂，可以采用預應力抗浮錨桿有效應對。

3 地下室工程中預應力抗浮錨桿的施工設計

3.1 預應力抗浮錨桿施工設計

地下室工程中抗浮錨桿設計為“永久性預應力抗浮錨桿”，錨桿在地下室基礎底板下土層結構中的直徑、長度分別為180mm、14m（且入石灰?guī)r有效長度不小于2m）。施工期間，錨桿有效長度中應布設1個承載體，每個承載力由預應力螺紋鋼張拉，鋼絞線規(guī)格為1根Φ32（770MPa）預應力螺紋鋼。地下室鋼筋混凝土底板通過兩套配套鋼墊板及配套高強螺母與預應力抗浮錨桿連接為整體，確保地下室錨桿的抗浮效果，避免地下水回升對地下室結構產(chǎn)生的破壞力[3]。在此基礎上，相關人員還應通過抗浮錨桿拉拔試驗，明確地下室工程中錨桿設計承載力，具體設計參數(shù)如表1所示。

表1 地下室工程中預應力抗浮錨桿設計參數(shù)

3.2 抗浮錨桿拉拔試驗

抗浮錨桿拉拔試驗是計算地下室錨桿極限承載力的重要手段，相關人員可結合項目的地質(zhì)條件、技術水平制定試驗方案，計算錨桿荷載設計參數(shù)，基本思路如下：

（1）選擇4根預應力抗浮錨桿作為基坑試驗錨桿，所用錨桿設計參數(shù)、材料、規(guī)格大小應與地下室工程所用的預應力抗浮錨桿保持一致。

（2）按照地下室施工設計方案，施工前做好地質(zhì)鉆機、套管護壁鉆機等施工準備，成孔后布設試驗錨桿，調(diào)整地下室預應力抗浮錨桿施工方案。需要注意的是，錨桿試驗需要在地下室土層內(nèi)錨固段漿液強度符合設計值后進行[4]。

（3）試驗過程中，錨桿加力總量為0.8fptk。加載值應符合預應力抗浮錨桿的設計荷載，初始加載值約為0.1Afptk，之后的加載值可調(diào)整為1/10～1/15Afptk，直至加載總力超過0.8fptk。試驗結束后，詳細記錄注漿壓力、錨桿參數(shù)、試驗荷載等數(shù)據(jù)信息，繪制P-S曲線，評估現(xiàn)有施工方案的可靠性。

3.3 施工前準備

在預應力抗浮錨桿施工中，為避免施工期間地下水排出后浸泡基槽、擾動地基土層，相關人員在應用預應力抗浮錨桿時，應在地下室區(qū)域布設0.5m左右的土方，將預應力抗浮錨桿施工作業(yè)面設置在地下室絕對標高的20～25m處。鉆孔所需的設備、材料應集中放置，便于后期運輸和存放。各組鉆機、泥漿泵需布設在地下室基坑底工作面的不同區(qū)域，二次注漿泵應放置在基坑底部。另外，基坑排水是地下室工程應用預應力抗浮錨桿時的重要環(huán)節(jié)，且鉆機的用水量較大，對此，相關人員可在無錨桿區(qū)域開挖集水坑、小泥漿池，使用后現(xiàn)場處理即可。

4 預應力抗浮錨桿在某地下室工程中的具體應用

4.1 基本施工方案

地下室工程中預應力抗浮錨桿的施工流程包括：鉆機就位→鉆孔→錨桿施工→注漿拔管→二次注漿→張拉→封錨等內(nèi)容。施工人員在放線定位后，應提前清理地下室錨固區(qū)域，并在鋼絞線放料環(huán)節(jié)將油污去除，避免影響注漿體的黏結。為確保預應力抗浮錨桿注漿施工質(zhì)量，施工人員應在注漿漿液強度達到5MPa后，及時進行二次高壓注漿，注漿管壓力不得小于5Mpa。正式施工前，施工人員還應通過放線定位的方式，確定預應力抗浮錨桿的位置，然后進行鉆孔[5]。

4.2 預應力抗浮錨桿施工工藝

4.2.1 錨孔鉆進

安裝錨孔鉆機，調(diào)平后進行鉆孔。鉆孔孔徑為18cm，孔徑偏差應小于2cm，深度偏差應不大于設計值的1%。若地下室地層為黏性土，鉆頭可選擇180mm的前導式三翼鉆頭，鉆進方法采用正循環(huán)清水鉆進法。錨孔鉆進過程中，施工人員應提前檢查鉆頭規(guī)格尺寸，使其尺寸符合鉆孔孔徑的根本要求，鉆入后注意把握錨孔中心度，預防錨孔偏移風險。預應力抗浮錨桿的錨孔成型后，將空壓機的洗孔管放置在錨孔內(nèi)，自上而下沖洗后，自下而上反復沖洗，直到錨孔中的泥漿比重不高于1，沉渣小于300mm。洗孔結束后注意保護孔口，避免施工期間泥漿流入錨孔。

4.2.2 預應力螺紋鋼施工

地下室工程中預應力抗浮錨桿施工中，地下室錨桿可采用直徑為32mm的預應力螺紋鋼筋。螺紋鋼抗浮錨桿多用于地下室防水區(qū)域基礎工程中，施工過程中應確保鋼筋規(guī)格符合地下室施工設計要求。比如，鋼筋每米彎曲度小于4mm，總彎曲度小于鋼筋總長度的0.4%。綁扎地下室墻體結構的預應力螺紋鋼筋時，需將直螺紋套筒接頭和鋼筋綁扎連接。基本的施工順序為彈線→綁扎豎向筋→綁扎水平筋→加拉鉤套塑料墊塊→檢查基礎墻柱體插筋等。墻筋上口處應布設由鋼筋焊接而成的墻筋梯形架，便于施工人員核查墻豎筋的間距，確保墻豎筋平直度。

4.2.3 注漿

配制預應力抗浮錨桿施工期間所需的漿液時，水灰比應為0.4～0.5，所用水泥為P.C32.5級水泥。注漿前，施工人員應均勻地攪拌水泥漿液，然后利用注漿泵將清水輸送到錨孔口，疏通內(nèi)部管路后注漿。注漿前應禁止拔出注漿管，以免影響抗浮錨桿底部注漿的密實度。注漿所用的工藝為“水下混凝土灌注法”，錨孔內(nèi)漿液滿孔、充盈系數(shù)超過1.2時停止注漿。注漿期間，施工人員應連續(xù)進行注漿作業(yè)，邊注漿邊提升注漿管，提升高度需低于錨孔內(nèi)的水泥漿面。

首次注漿后注漿體初凝強度為5MPa后進行二次高壓注漿。注漿所用的原料為純水泥漿，必要時可加入具有膨脹、早強作用的外摻劑。對于地下室錨固段，注漿方法可采用“錨孔底返漿法”，施工人員可直接將注漿管插入距離錨孔底部約50cm的區(qū)域，然后啟動壓漿泵，將水泥砂漿轉入錨孔底。注漿后，水泥漿液會從錨孔底部向上填充，將錨孔內(nèi)的空氣排出，并直接從孔眼處擠出首次的注漿體。水泥漿液初凝后進行補漿，直到錨孔中的水泥漿液飽滿充實。需要注意的是，施工期間制作預應力抗浮錨桿的試塊時，還應每20根錨桿制作3組試塊，試塊規(guī)格為70.7mm×70.7mm×70.7mm，抗壓強度取值為28d。

4.2.4 張拉及鎖定

清理預應力抗浮錨桿的頂部，然后在錨桿強度達到設計值的100%后進行張拉鎖定。張拉方法為“二次張拉法”，首次張拉時可用單錨機施加約10%～20%的張拉值，張拉期間應將鋼絞線拉緊，穩(wěn)固成壓板、錨座。第二次張拉后用8束鋼絞線同步進行全錨鎖定，具體張拉步驟包括：安裝樁頭裝置→一次預拉→調(diào)整錨桿頂端→二次張拉→鎖定封錨。張拉期間，施工人員每分鐘的升荷速率應小于設計應力的10%，卸荷速率應小于設計應力的20%。

穿錨時，施工人員需要提前將鋼絞線的PVC套管剝除，然后用棉紗清潔鋼絞線上的油污，理出鋼絞線的中心后將其穿入錨板，分別按照下、中、上進行張拉。每根錨索首次張拉完畢后，施工人員才能進行二次張拉，每次張拉荷載約為地下室錨索設計拉力的0.25、0.5、0.75、1、1.5倍，張拉到最后一級荷載后，還應穩(wěn)固10～20min，其他荷載等級應穩(wěn)固5min。張拉穩(wěn)固時，施工人員應分別記錄每根、每一級鋼絞線的伸長，確定錨桿預應力不減少時鎖定、封錨。封錨的方法是用砂輪切割機將剩余的鋼絞線切除，然后用φ180×16配套鋼墊板將錨頭封閉。

4.3 常見問題及處理方法

4.3.1 施工問題分析及處理

地下室工程的首批預應力錨桿施工結束后，地下室基礎墊層尚未開工，且地下室基坑內(nèi)存在地下水，基坑降水措施的應用效果不明顯。之后，施工人員現(xiàn)場隨機查驗預應力抗浮錨桿，發(fā)現(xiàn)地下室錨固自由段的護套管內(nèi)油脂不密實，使得錨桿、孔壁之間含有較多泥漿，護套管倒向孔壁，水泥漿保護層厚度無法滿足地下室結構的設計要求。長此以往，會導致地下室預應力抗浮錨桿的耐久性、抗浮能力減弱。

對此，施工人員還應通過以下工作，完善地下室預應力抗浮錨桿施工設計，增強錨桿的抗浮性能：

（1）針對地下室工程進行降水設計時，應提前統(tǒng)計各區(qū)域抗浮錨桿安裝時所需的結構參數(shù)，且錨孔深度相應加深，對應至每根錨桿。為保障水位降到預應力底部，還應優(yōu)化抗浮錨桿施工設計。同時在鉆孔環(huán)節(jié)中，在終孔時，先向孔內(nèi)加水，隨后用壓縮空氣從孔底將水吹出，反復幾次后，清洗干孔壁泥皮，順利地放入錨桿，并進行注漿作業(yè)。

（2）地下室結構中的礫石可在注漿期間加入，錨桿入孔前，施工人員需要檢查鋼筋結構有無掛套管的區(qū)域。注漿管的實際位置應定位在錨桿中心點，且管件不宜過長，需和錨桿平齊。

（3）為避免預應力抗浮錨桿入抗水板段時出現(xiàn)鋼筋彎起情況，應及時固定鋼筋直線段，避免該區(qū)域的鋼筋彎起，然后將起彎點位定位在抗水板上層鋼筋下約3～5cm處。

4.3.2 滲水問題分析及處理

4.3.2.1 問題分析

地下室工程預應力抗浮錨桿施工錨桿驗收試驗中，試驗錨桿的荷載為錨桿抗拔承載力特征值兩倍時，施工人員應現(xiàn)場抽檢預應力錨桿。試驗過程中發(fā)現(xiàn)預應力抗浮錨桿區(qū)域存在大面積滲水現(xiàn)象，地下水滲出后集中在地下室中間區(qū)域。雖然地下室工程中預應力抗浮錨桿多布設在墩柱處，柱下區(qū)域卻無滲水問題。施工人員擦干后發(fā)現(xiàn)中間區(qū)域有一條滲水線，但地下室基層底板下無肉眼可見的裂縫，鑿開底板混凝土面層后依然未發(fā)現(xiàn)滲水點。

初步判斷滲水有以下3種可能性：（1）地下水從地下室底板區(qū)域的鋼過渡管外側進入底板，由底板結構上的細小裂縫滲出，鋼過渡管滲入底板，通過底板的微裂縫到達板面，滲出原因是鋼過渡管上的止水鋼板失效。（2）底板下鋼過渡管、護套管存在間隙，銜接處的密實度不足，且后期補漿不到位，所以地下水會從二者的接觸部位滲出。（3）底板下所用的混凝土漿液不合理，如粉煤灰混凝土的早期強度低，施加預應力后會導致底板內(nèi)的混凝土面層開裂，繼而滲出地下水。處理此類地下室滲水問題時，施工人員應沿滲水線鉆孔，并通過壓力灌漿的方式將裂縫封閉，然后回填地下室頂板綠化覆土，滲水現(xiàn)象會基本消失。

4.3.2.2 處理方法

對于其他原因造成的地下室滲水問題，施工人員還應進一步優(yōu)化預應力抗浮錨桿施工工藝，完善錨桿防水措施，做好混凝土結構養(yǎng)護工作。

改進錨桿施工工藝，保障錨桿施工質(zhì)量。錨桿施工時，運用套筒護壁鉆孔，必要時可用預應力螺紋筋替代桿體結構上鋼絞線，便于施工期間的固定和對中。由于鋼絞線直徑小，銹蝕后會存在斷裂問題，影響錨桿質(zhì)量。所以在應用鋼絞線時，還應在施工環(huán)節(jié)做好鋼絞線的防腐工作。如按照施工設計方案，在鋼絞線的外層防護套管中灌入防腐油脂，并采用專業(yè)措施使其留存在護管內(nèi)。另外，開挖地下室基坑時，不論基坑開挖區(qū)域有無地下水涌出，施工人員依然需要進行降水作業(yè)，以免在預應力抗浮錨桿施工階段因地下水位上升而導致錨桿質(zhì)量受損。

制定錨桿防水措施時，施工人員可在地下室的鋼過渡管、底板下的銜接處增設止水裝置，如遇水膨脹止水圈，避免地下水滲入。但是在澆筑混凝土前，施工人員還應避免該止水圈遇水。隨后在過渡管中心位置布設止水鋼板，止水鋼板的焊接方法不能是點焊或虛焊，應留有縫隙。連接鋼過渡管、護套管時，重點控制二者連接處的密實度，所以在張拉預應力筋后，施工人員應立即補漿，填滿空隙，將過渡管內(nèi)壁的滲水通道堵住。

通過科學、完整的養(yǎng)護方案，預防底板裂縫。在此基礎上，施工人員需要合理的推遲預應力錨桿張拉時間，確保底板處的混凝土強度符合設計值。

5 結論

本文結合某建筑項目，分別從對抗拉拔試驗、施工前準備、施工設計等方面，對地下室預應力錨桿施工技術展開分析，明確了預應力錨桿施工中注漿、張拉和鎖定、預應力螺紋鋼施工、錨孔鉆進的工藝要點。隨后從3個角度出發(fā)，分析應用預應力錨桿施工技術時，地下室滲水問題的原因，并提出了通過加設止水裝置、加強鋼絞線外層防護等地下室預應力錨桿滲水問題的處理方法。但是為突出預應力抗浮錨桿的根本優(yōu)勢，提升我國地下室工程的建設質(zhì)量，相關人員還應堅持“具體問題具體分析”的原則，靈活制定預應力錨桿施工技術方案，減少地下室建設、后期使用階段的安全或質(zhì)量風險。