成都平原區(qū)建筑抗浮錨桿存在的問題和適宜性探討

鄭興軍

（四川省聯(lián)勝工程質(zhì)量檢測有限公司，四川 成都 610091）

0 引言

汽車的普及以及家庭擁有兩輛及以上車輛的情況也逐漸成為常態(tài)，在有限的地面停車位資源下，挖掘地下空間潛力設(shè)置地下停車場已是各城市建筑的常用方式。成都平原區(qū)處在適于開發(fā)地下空間的區(qū)域，近年來已出現(xiàn)多起地下停車場底板混凝土開裂、滲水、隆起等病害問題，以及隨之而來的積水、泛堿等現(xiàn)象嚴(yán)重影響地下空間正常使用功能的發(fā)揮?，F(xiàn)有建造技術(shù)在抗浮方案的前期適宜性論證、抗浮設(shè)計(jì)、施工及檢測環(huán)節(jié)等面臨較大難題，當(dāng)出現(xiàn)病害問題時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)治理措施難以有效。目前抗浮工程的實(shí)施仍處在場地勘察、方案設(shè)計(jì)、施工和檢驗(yàn)驗(yàn)收的基本建設(shè)程序上，其研究也多屬于優(yōu)化節(jié)約、規(guī)范及計(jì)算方法選用、施工方案比較、施工過程控制等方面，對場地的適宜性以及錨桿與抗水底板的變形匹配問題方面的研究不受重視，技術(shù)尚無創(chuàng)新。按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行的錨桿基本試驗(yàn)也均在場地降水條件下實(shí)施，較整個(gè)工程建成使用周期相比屬極短期的循環(huán)荷載試驗(yàn)，與后期工程錨桿受周邊降水、季節(jié)性水位漲落等影響因素眾多的條件不符，且錨桿基本試驗(yàn)多數(shù)流于形式，往往是在大量工程錨桿中選擇一、兩組錨桿補(bǔ)齊前期基本試驗(yàn)資料，對場地的適宜性判定作用有限。

為此，本文從成都平原區(qū)地層結(jié)構(gòu)特征和水文氣象特征入手，探討其對抗浮錨桿的不利因素以及抗浮錨桿的受力機(jī)理與抗水底板的變形匹配問題，結(jié)合成都平原區(qū)多起抗浮錨桿工程實(shí)例，研究解決方案，提出更適宜成都平原區(qū)的地下室抗浮方案和結(jié)構(gòu)類型，該方案和結(jié)構(gòu)類型在為類似抗浮工程作參考借鑒時(shí)具有重要的意義。

1 成都平原區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)水文氣象特征

1.1 地層結(jié)構(gòu)特征

(1)覆蓋層厚度變化大。上覆土層從西北向東南向厚度變薄，由40 多米變?yōu)閹酌住?/p>

(2)處在滲透性強(qiáng)的砂卵石層與泥質(zhì)巖層復(fù)合地基、二級階地及弱膨脹土地基區(qū)，抗浮工程的錨固力有限并受泥質(zhì)巖層風(fēng)化、軟化的嚴(yán)重影響。成都平原區(qū)上部主體物質(zhì)由第四系松散堆積物組成，即上部覆蓋平均深度約5～7m 的雜填土、平均深度約7～10m 的砂卵石；基底由白堊紀(jì)和下第三紀(jì)碎屑巖（紅層）組成。

(3)成都平原區(qū)滲透性差異大的地層分布不均，地下水滲流變化無常，導(dǎo)致抗浮水位確定的風(fēng)險(xiǎn)加大。為此，成都市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)在2018年發(fā)布《成都市建筑工程抗浮錨桿質(zhì)量管理規(guī)程》（暫行），對成都市不同階地的抗浮設(shè)防水位提出了相應(yīng)要求。

1.2 水文氣象特征

(1)降雨集中，地形平坦，大暴雨使地下水位突升慢降的區(qū)域；

(2)大型基坑降水隨機(jī)，影響地下水位變化無常，抗浮水位確定困難，確定的可靠性降低；

(3)影響抗浮錨桿施工質(zhì)量控制難度加大。

2 抗浮錨桿與抗水底板的變形匹配問題

2.1 受力機(jī)理

抗浮錨桿的受力是一個(gè)荷載逐步傳遞的過程，當(dāng)?shù)叵滤畬Φ叵率铱顾装瀹a(chǎn)生上浮力時(shí)，錨入抗水底板內(nèi)的錨桿桿體將受到一個(gè)上拔力，此時(shí)桿體的上拔力需要由注漿體的握裹力來平衡，而握裹力最終由注漿體與鉆孔周邊的巖土體間發(fā)揮的粘結(jié)摩阻力來平衡。地下水水頭越高，抗水底板需要的整體抗浮力越大，單根錨桿受到的上拔力也越大。為抵抗或消除抗浮錨桿受到的上拔力，此時(shí)需要錨桿桿體材料的抗拉強(qiáng)度、注漿體與桿體間的握裹力以及注漿體與周邊巖土體的粘結(jié)摩阻力均有足夠強(qiáng)度才能確保防止抗浮工程失效。

2.2 變形匹配

(1)錨桿屬于柔性結(jié)構(gòu)，受力變形較大；(2)地下室抗水底板剛度較大，開裂容許的變形較?。?3)錨桿受力產(chǎn)生較大變形與底板較小的容許變形嚴(yán)重不匹配，錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)抗浮力時(shí)的變形可能超過底板容許變形而造成底板開裂；(4)抗浮錨桿的施工質(zhì)量控制不好加劇了上述不匹配的嚴(yán)重程度。

3 抗浮錨桿抗拔力的影響因素與工程實(shí)例

3.1 一般影響因素

(1) 錨桿的桿體材料抗拉強(qiáng)度；(2) 錨固段長度和錨孔直徑；(3) 注漿體對桿體材料的握裹力大??；(4) 注漿體與周邊巖土體的粘結(jié)摩阻力。

4 種影響因素中的數(shù)值越大時(shí)，對錨桿的抗拔力越有利，通?？赏ㄟ^調(diào)整4 種影響因素中的一種或多種，達(dá)到錨桿預(yù)期設(shè)計(jì)抗拔力目的。

3.2 特殊影響因素與工程實(shí)例

3.2.1 管井降水造成的影響與工程實(shí)例

管井降水造成的影響一是注漿體在尚未初凝時(shí)其大量水泥漿即隨著地下水被抽排走，二是無法有效降水使得注漿材料浸泡水中無法有效膠結(jié)凝固或膠結(jié)質(zhì)量差。二者均造成錨固體質(zhì)量嚴(yán)重不符合要求，無法發(fā)揮正常的握裹力。兩種現(xiàn)象主要發(fā)生在錨固段均位于卵石層，以及錨固段的上段位于較薄的卵石層而占錨固段深度范圍更大比例的中、下段位于基巖層內(nèi)的抗浮錨桿施工，且有效降水深度未超過抗浮錨桿的錨固段深度范圍。

實(shí)例1 成都高新區(qū)某辦公區(qū)3F 地下車庫，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)置于砂卵石層上，基坑開挖后該砂卵石層尚有2.0m 厚，其下為白堊系中統(tǒng)灌口組泥巖，地貌單元為岷江水系Ⅱ級階地，該場地地下水類型為孔隙型潛水，受大氣降水及地下水逕流補(bǔ)給。設(shè)計(jì)采用施工抗浮錨桿的措施進(jìn)行抗浮處理，注漿施工期間出現(xiàn)大量水泥漿隨著地下水被抽排走的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響錨桿注漿體的膠結(jié)質(zhì)量。在春節(jié)停抽期間更是造成滯留于管井排水管內(nèi)的水泥漿凝結(jié)硬化而導(dǎo)致水管整體報(bào)廢的情況；且因停抽使得部分區(qū)域錨桿注漿體浸泡水中無法有效膠結(jié)硬化。

3.2.2 錨孔內(nèi)水無法疏干造成的影響與工程實(shí)例

地下室底板位于基巖層或臨近基巖頂界埋深時(shí)，錨孔成孔后，基巖裂隙水和臨近基巖層面以上的孔隙潛水會(huì)匯集在錨孔內(nèi)，加之施工期間可能遇上大氣強(qiáng)降水，造成坑底及孔內(nèi)雨水匯集，即使采用明排措施，仍會(huì)造成注漿材料被水浸泡，無法有效凝固或凝固效果不佳，從而造成一無法發(fā)揮正常的握裹力，二無法發(fā)揮與周邊巖土體的粘結(jié)摩阻力，使得錨桿抗拔力的發(fā)揮被嚴(yán)重削弱。

實(shí)例2 成都主城區(qū)某住宅小區(qū)3F 中庭地下室，設(shè)計(jì)地下室底板埋深約14.0m。場地泥巖為紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，頂板埋深距原地面約11.0～12.8m（標(biāo)高約481.00～482.80m）。距場地約100m 有一河流，河水標(biāo)高平水期約為488.7m，河水的漲落對場地地下水的埋深有直接影響。中庭地下室區(qū)域設(shè)計(jì)采用施工抗浮錨桿的措施進(jìn)行抗浮處理，出現(xiàn)無法有效疏干孔隙潛水以及基巖內(nèi)裂隙水現(xiàn)象，外加工期原因在場地狹小的區(qū)域內(nèi)施工機(jī)械隨意碾壓、破土、碰撞錨桿桿體外露段等未有效保護(hù)注漿錨桿，造成部分錨桿抗拔力的發(fā)揮被嚴(yán)重削弱從而導(dǎo)致后期地下室底板開裂和上浮。

實(shí)例3 成都天府廣場附近某高檔寫字樓，主樓和純地下室區(qū)域均設(shè)6F 地下室，設(shè)計(jì)地下室底板埋深約28.0m，位于泥巖層上。場地的泥巖為紫紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，頂板埋深距原地面約24.7～26.4m（對應(yīng)標(biāo)高476.44～478.73m）。場地地貌單元為岷江水系Ⅱ級階地，地下水類型為孔隙型潛水，受大氣降水及地下水逕流補(bǔ)給。純地下室區(qū)域原設(shè)計(jì)采用施工抗浮錨桿的措施進(jìn)行抗浮處理，擬定單根錨桿的抗拔力設(shè)計(jì)要求值為432.0kN。為進(jìn)一步確定抗浮錨桿在本場地內(nèi)的施工工藝和參數(shù)，現(xiàn)場進(jìn)行了錨桿試打和基本試驗(yàn)。在第一次試打抗浮錨桿抗拔力不能滿足擬定設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，調(diào)整施工參數(shù)后再次進(jìn)行第二次抗浮錨桿試打，其基本試驗(yàn)結(jié)果仍不能滿足擬定的設(shè)計(jì)要求。兩次試打4 組共12 根抗浮錨桿施工參數(shù)及基本試驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。

表1 錨桿參數(shù)及基本試驗(yàn)結(jié)果

從上表1可知，當(dāng)安全系數(shù)取為2.0 時(shí)，除第一組抗浮錨桿的抗拔力約接近設(shè)計(jì)要求值外，其余3 組錨桿的抗拔力值均遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)理論計(jì)算要求值，12 根抗浮錨桿中抗拔力極限值的最低值僅為設(shè)計(jì)要求值的11.6%?？梢姰?dāng)出現(xiàn)該類水文地質(zhì)條件時(shí)，已不再適合采用抗浮錨桿的措施進(jìn)行抗浮處治。

4 成都平原區(qū)適宜的抗浮結(jié)構(gòu)

4.1 抗浮樁

抗浮樁具有(1)剛性結(jié)構(gòu)變形小，可與底板變形匹配；(2)施工質(zhì)量容易控制，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)和抗浮的變形匹配要求；(3)泥質(zhì)巖風(fēng)化及粘性土軟化對抗浮樁錨固力影響較小的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)例2 中，后期工程處治采用了施工抗浮樁的措施，即采用將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樁并將樁頭附近的鋼筋錨入地下室底板后一并澆筑混凝土的措施進(jìn)行治理，取得成功。實(shí)例3 中，因兩次試打抗浮錨桿所得的抗拔力均未獲得與理論計(jì)算相一致的結(jié)果，且差距巨大，不具有再次調(diào)整錨桿參數(shù)的工程意義。為此，設(shè)計(jì)變更為樁徑1.0m，間距3.0m×3.0m，樁長10.2m 的人工挖孔成孔，水下灌注混凝土的抗浮樁（見圖1）抵抗地下水的上浮影響，其單樁豎向抗拔承載力特征值為1550kN。經(jīng)現(xiàn)場單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)和后期工程實(shí)際表明，抗浮樁的使用得到預(yù)期效果。同樣，成都地鐵某車站也采用了大型抗浮樁進(jìn)行抗浮處理（見圖2）。

4.2 預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿(索)：

預(yù)應(yīng)力錨桿（索）具有(1)可解決上述錨桿與底板變形嚴(yán)重不匹配問題；(2)更易檢驗(yàn)錨桿（索）施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。預(yù)應(yīng)力錨桿（索）在鎖緊過程中，也是一種按設(shè)計(jì)鎖緊值進(jìn)行全數(shù)張拉的檢驗(yàn)。

實(shí)例4 成都紅星路四段某商住樓小區(qū)始建于2002年，設(shè)2F 地下室，地下室底板位于卵石層上。場地地貌單元為岷江水系Ⅱ級階地，地下水類型為孔隙潛水。設(shè)計(jì)采用施工預(yù)應(yīng)力錨索的措施進(jìn)行抗浮處理，經(jīng)現(xiàn)場錨索抗拔試驗(yàn)和后期工程實(shí)際表明，預(yù)應(yīng)力抗浮錨索的使用得到預(yù)期效果。

圖1 成都天府廣場附近某高檔寫字樓抗浮樁

圖2 成都地鐵某車站大型抗浮樁抗拔試驗(yàn)

圖3 紅星路四段某商住樓小區(qū)抗浮錨索抗拔試驗(yàn)

5 結(jié)語

上述分析可以得出如下初步結(jié)論：（1）目前采用的非預(yù)應(yīng)力錨桿不適宜成都平原區(qū)的抗浮結(jié)構(gòu)；（2）預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿（索）預(yù)先使錨桿（索）已產(chǎn)生了足夠的變形，預(yù)應(yīng)力使底板產(chǎn)生了負(fù)彎矩變形，地下水位上升受地下水浮力后變形極小，不至于底板超限變形而開裂；（3）抗浮樁剛度大，地下水位上升受地下水浮力后變形極小，也不至于底板變形超限而開裂；（4）成都平原地區(qū)抗浮宜采用預(yù)應(yīng)力錨桿（索）和鋼筋混凝土樁。