預(yù)應(yīng)力錨索在某地下室抗浮中的應(yīng)用

劉曉群

(福建建工集團(tuán)總公司 福建福州350001)

引 言

預(yù)應(yīng)力錨索是一種利用鋼絞線成束的抗拉高強(qiáng)性能，使其錨入穩(wěn)定巖層內(nèi)部并預(yù)先施加張拉應(yīng)力的施工技術(shù)。錨索安設(shè)鎖緊后，在預(yù)應(yīng)力作用下，圍巖在錨索的彈性壓縮下形成“承載拱”，提高了圍巖的整體性和內(nèi)在抗力。支護(hù)結(jié)構(gòu)中，常用此技術(shù)將對(duì)主體結(jié)構(gòu)的不利應(yīng)力傳遞到穩(wěn)定巖層的主動(dòng)支護(hù)方式。

兩層及多層地下室，一般抗浮水頭較大，僅靠結(jié)構(gòu)自重基本難以滿足地下室抗浮要求，需設(shè)計(jì)抗浮(抗拔)措施作為地下室抵抗水浮力的補(bǔ)充手段。我們可以利用預(yù)應(yīng)力錨索的高強(qiáng)抗拉性能，將水浮力傳遞給穩(wěn)定巖層，達(dá)到地下室整體抗浮的目的。

預(yù)應(yīng)力錨索的施工一般分為施工準(zhǔn)備、鉆孔、錨索制作、錨索安裝、注漿、張拉鎖定和封錨等步驟。

1 工程實(shí)例分析

某小區(qū)地下室，地下室2層(圖1)，結(jié)構(gòu)層高分別為負(fù)二層5.35m、負(fù)一層5.25m，頂板覆土1.1m，底板厚度0.4m。地質(zhì)概況:地下室底板以下分布15～16m的淤泥層、2～3m強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)華花崗巖層。

圖1 地下室局部剖面圖

a.抗浮設(shè)計(jì)水頭高度=(5.35+5.25+1.1+0.4)－0.5=11.6m

b.水浮力=11.6×10=116kN/m2

c.結(jié)構(gòu)自重=1.1×20+(0.3+0.4)×25+(0.2+0.15)×20=46.5 kN/m2

d.差值=116－46.5=69.5 kN/m2(水浮力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值)

e.根據(jù)電算結(jié)果，地下室大部分單柱水浮力反力為5000KN左右。

1.1 地下室抗浮基礎(chǔ)選型

a.方案一:PHC管樁。因淤泥層厚道較大，單節(jié)13mPHC管樁的抗拔力特征值僅為300KN左右，單柱需18～20根PHC管樁。此方案樁數(shù)多，承臺(tái)大，工期長(zhǎng)，造價(jià)多。

b.方案二:巖石錨桿。該方案需要持力層有穩(wěn)定巖體作為錨體，該工程巖體埋置較深，且采用巖石錨桿作為抗拔手段，單根錨桿抗拔力較小，整個(gè)工程需要較多錨桿數(shù)。工程造價(jià)較多，施工時(shí)間較長(zhǎng)。

c.方案三:預(yù)應(yīng)力抗拔錨索(圖2)。持力層中風(fēng)化花崗巖層。采用6束預(yù)應(yīng)力錨索，單孔錨索抗拔特征值為550KN，最大單柱需要10根預(yù)應(yīng)力錨索(圖3)。此方案承臺(tái)小，可以先施工工程主體后施工預(yù)應(yīng)力錨索，工期時(shí)間少。最終選取此方案。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索構(gòu)造

圖3 10錨承臺(tái)

1.2 施工

場(chǎng)地地質(zhì)因素對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的成孔、張拉鎖定等關(guān)鍵性工序影響很大，故要求全面施工前必須進(jìn)行非工程用錨索的試驗(yàn)性施工，以檢驗(yàn)工藝流程和最終承載力(抗拉承載力)，為今后全面施工提供超張拉和成孔依據(jù)。本工程先選取典型地質(zhì)勘探孔附近進(jìn)行非工程的錨索基礎(chǔ)試驗(yàn)，第一組數(shù)量為3根(如失敗將進(jìn)行第二組3根試驗(yàn)，直至成功)。

施工工藝中難點(diǎn)在于二次注漿、張拉鎖定兩個(gè)環(huán)節(jié)，也是預(yù)應(yīng)力錨索成敗的關(guān)鍵。

a、注漿。①注漿配合比:因錨孔直徑僅為168mm左右，一般采用純水泥漿灌注，水灰比取0.4～0.5。為確保注漿質(zhì)量，漿液中可摻入適量的膨脹劑及早強(qiáng)劑或水玻璃，強(qiáng)度不應(yīng)小于40MPa。②清孔、洗孔:在成孔后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清孔、洗孔，擬采用高壓空氣和高壓水雙管同時(shí)進(jìn)行清洗孔高壓水可采用高壓注漿泵加壓，壓力不小于10MPa，出水管底端部應(yīng)塞緊，在底部水管側(cè)面均勻開(kāi)設(shè)4個(gè)出水孔，孔徑為5mm，高壓空氣管出氣口可略低于水管的出水孔，并同時(shí)自下而上注入空氣和高壓水，直至孔口溢出清水為止。③第一次為常壓注漿。注漿前應(yīng)用氣泵沿一次注漿管清孔干凈。注漿管插至鉆孔底部，由孔底的端部注入，空氣由止?jié){環(huán)處的排氣管排出。④連續(xù)緩慢灌注水泥漿液，當(dāng)注漿量大于理論注漿量，回漿的比重不小于原始注漿的比重，且穩(wěn)定注漿三十分鐘后方可結(jié)束。⑤一次常壓注漿結(jié)束初凝后(一般為2～12h)，要進(jìn)行二次增壓注漿。第二次注漿為加壓灌注(壓力值達(dá)到4～5MPa后，穩(wěn)壓注漿2min)，二次注漿過(guò)程中如有滲水，要按固結(jié)灌漿要求灌注。個(gè)別土層(如卵石層、全風(fēng)化層)在壓力注漿時(shí)容易跑漿，壓力一直無(wú)法滿足要求，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)調(diào)整水泥漿配比，提升漿體的粘稠度、早強(qiáng)性能。

b、張拉鎖定。張拉鎖定宜在錨固體強(qiáng)度大于30MPa、承臺(tái)或底板砼達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后進(jìn)行，錨具為鋼質(zhì)錐形錨具。錨索托臺(tái)座的承壓面應(yīng)平整，并與錨索的軸線方向垂直，錨具安裝應(yīng)與錨墊板和千斤頂密貼對(duì)中，千斤頂軸線與錨孔及錨索同軸一線，確保承載均勻，錨索的張拉必須采用專用設(shè)備，設(shè)備在張拉作用前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，錨具、夾片等檢驗(yàn)合格后方可使用。①鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉分為單股預(yù)緊和整體分級(jí)張拉2個(gè)階段。錨索正式張拉前，應(yīng)取10%～20%的設(shè)計(jì)張拉荷載，對(duì)其預(yù)張拉1～2次，使鋼絞線完全平直，且各部位緊密接觸。對(duì)于分散型錨索，因各單元錨索長(zhǎng)度不同，張拉必須嚴(yán)格按照要求分次序分單元，采用差異張拉。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的荷載和錨入巖體的長(zhǎng)度確定差異張拉荷載。整體張拉共分5級(jí)，即設(shè)計(jì)荷載的25%，50%，75%，90%，100%，110%。在張拉到最后一級(jí)荷載時(shí)，持荷穩(wěn)定20min后可卸荷鎖定。錨索鎖定后48h內(nèi)，如有明顯的預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。當(dāng)保持最大總荷載20min，且20min內(nèi)錨索的徐變位移值不大于1mm時(shí)，則認(rèn)為錨索合格;否則需再穩(wěn)壓45min。錨索合格后，以20kN/min勻速卸載至設(shè)計(jì)荷載鎖定。張拉鎖定后48h內(nèi)，若預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。補(bǔ)償張拉應(yīng)在鎖定荷載值的基礎(chǔ)上一次性張拉至超張拉荷載值，補(bǔ)償張拉一般不超過(guò)2次。②張拉設(shè)備的額定值必須大于最大設(shè)計(jì)張拉值，并有一定的富余度，以確保多次使用后仍能滿足的確度的要求。③若由于地下水位的變化，地下室整體(或局部)出現(xiàn)下沉?xí)r，相應(yīng)的抗浮錨索將出現(xiàn)應(yīng)力損失，此時(shí)應(yīng)再進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

c、地下室抗浮錨索工程的主要施工順序及工藝要求。①首先應(yīng)在地下室周圈設(shè)置降水井、排水盲溝等，降水井、排水盲溝的數(shù)量及設(shè)置以控制地下水位處于底板面標(biāo)高以下500為準(zhǔn)且在抗浮錨索施工中均應(yīng)控制地下水位標(biāo)高不高于底板底標(biāo)高抗浮錨索發(fā)揮作用后，可根據(jù)其他抗浮加固措施的施工進(jìn)度，逐步減少降水井的工作數(shù)量(具體以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)的水位為準(zhǔn));②底板底與土層間隙間的注漿處理;③地下室邊緣抗浮措施施工;④抗浮錨索的施工及鎖定。

試驗(yàn)結(jié)果:分別對(duì)試驗(yàn)錨索進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)均能滿足設(shè)計(jì)要求(極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值1100kN)。上述成孔、張拉步驟可作為本工程的施工依據(jù)。

2 結(jié)語(yǔ)

多層地下室水浮力較大，如果采用普通的樁基礎(chǔ)，僅僅靠樁基礎(chǔ)的摩擦力進(jìn)行抗浮，往往造價(jià)大、工期長(zhǎng)。而采用預(yù)應(yīng)力錨索作為抗浮的技術(shù)措施，可以將水浮力通過(guò)高強(qiáng)鋼絞線傳遞到巖層大地體中;且可以利用錨索后置施工的特點(diǎn)安排整個(gè)工程的先后施工順序，對(duì)工程的施工建設(shè)起到較為積極的作用。

［1］GB50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL_T5083－2004，水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范［S］.

［3］GB/T5224－2003，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線［S］.

［4］李晨光.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2013.6.