非預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿施工應(yīng)用與實(shí)踐

常興兵，藺立安，陳少康

(陜西中安工程管理咨詢(xún)有限公司,陜西 寶雞 721004)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化逐步推進(jìn)和發(fā)展,地上可利用空間越來(lái)越緊張,專(zhuān)家和學(xué)者們開(kāi)始重視如何更加高效地利用地下空間。當(dāng)基坑開(kāi)挖深度較深、地下水位較高時(shí),基礎(chǔ)底板以及上部結(jié)構(gòu)(包括回填材料、設(shè)備基礎(chǔ)及設(shè)備等)自重不足以抵消地下水的上浮力時(shí),抗浮設(shè)計(jì)方案選擇和抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算顯得尤為重要?？垢≡O(shè)計(jì)不合理很可能造成基礎(chǔ)底板開(kāi)裂滲水、底板變形等質(zhì)量隱患,從而危及工程安全。工程上抗浮治理措施類(lèi)型有多種,但根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn),非預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿具有技術(shù)上安全可靠、經(jīng)濟(jì)上合理、施工便捷的特點(diǎn),因此,在條件滿(mǎn)足的情況下基本都采用抗浮錨桿解決地下水上浮力的破壞。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

該工程為某醫(yī)院內(nèi)科綜合樓項(xiàng)目,總建筑面積40 887.21 m2(其中地上30 960.16 m2,地下9 927.05 m2),地上15層,地下2層,建筑高度65.70 m,框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計(jì)使用年限50 a。主樓采用梁板式筏形基礎(chǔ)、筏板厚600 mm,裙房采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)+防水板,防水板厚400 mm。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報(bào)告,場(chǎng)地主要由雜填土、耕土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石及晚新近紀(jì)上新世(N2)礫砂(半成巖)等組成。場(chǎng)地勘察期間地下水穩(wěn)定水位埋深介于6.4 m～7.4 m,相應(yīng)地下水位標(biāo)高介于540.26 m～541.01 m。水位年變化幅度1.0 m～2.0 m?？拥讟?biāo)高-11.97 m(537.13 m),現(xiàn)地面標(biāo)高約548.00 m,基坑實(shí)際開(kāi)挖深度約10.87 m。由于結(jié)構(gòu)荷載總和不能抵消地下水浮力,故設(shè)計(jì)采用抗浮錨桿加固技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。

各地層劃分及巖性特征見(jiàn)表1[1]。

表1 各地層劃分及巖性特征

2 抗浮錨桿定義及設(shè)計(jì)理念

2.1 抗浮錨桿定義

根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,抗浮錨桿是指錨固在地基中與地下結(jié)構(gòu)底板共同承擔(dān)地下水浮力的抗拔構(gòu)件,這里地下水浮力主要包括靜水位差產(chǎn)生的浮力、承壓水水頭產(chǎn)生的浮力和滲透壓力產(chǎn)生的浮力之和。

2.2 抗浮設(shè)計(jì)理念

抗浮設(shè)計(jì)中主要是利用基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)自重、放置在結(jié)構(gòu)上各種固定設(shè)備自重、回填材料自重及抗浮構(gòu)件的抗拔力等各種抗浮總荷載抵抗地下水浮力,應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。建筑工程抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合:

其中,G為建筑結(jié)構(gòu)自重、附加物自重、抗浮構(gòu)件抗力設(shè)計(jì)值總和,kN;Nw,k為浮力設(shè)計(jì)值;Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù),取值與抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)有關(guān)(具體參考規(guī)范)。

抗浮工程設(shè)計(jì)耐久性年限不應(yīng)小于工程設(shè)計(jì)使用年限,抗浮設(shè)計(jì)包括抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算、措施選擇、抗浮構(gòu)件承載力驗(yàn)算、耐久性和構(gòu)造設(shè)計(jì)、抗浮構(gòu)件性能試驗(yàn)、施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)測(cè)維護(hù)等內(nèi)容[2]。

3 本項(xiàng)目抗浮治理方案選擇及設(shè)計(jì)

3.1 抗浮治理措施選擇

工程上抗浮治理的措施有多種類(lèi)型和方法,但各種方法的適用條件存在差異,通常包括排水限壓法、泄水降壓法、壓重抗浮法、結(jié)構(gòu)抗浮法、錨固抗浮法等。

依據(jù)規(guī)范要求和已確定的抗浮設(shè)計(jì)等級(jí),結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告地層分界及物理力學(xué)特性、抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算、建筑場(chǎng)地周邊環(huán)境以及施工條件的制約因素等綜合考慮,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后,初步確定采用錨固抗浮法。

常見(jiàn)的錨固抗浮法有抗浮錨桿(預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力)、抗浮樁等,根據(jù)項(xiàng)目地層條件、結(jié)構(gòu)底板變形控制、施工便利性、錨桿工作特性和適用條件,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),選用全長(zhǎng)黏結(jié)性錨桿比較合理,既不影響建筑物使用功能,且后期維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.2 抗浮錨桿設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目建筑總平面布置規(guī)則單一,平面上大體呈長(zhǎng)方形,因此,采用網(wǎng)狀均勻布置,依據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,對(duì)錨桿設(shè)計(jì)承載力、錨桿截面面積、錨固長(zhǎng)度、穩(wěn)定性及錨固體裂縫等驗(yàn)算后,確定錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)具體如下:

1)設(shè)計(jì)抗浮錨桿成矩形布置,共計(jì)1 666根,間排距1 600 mm,鉆孔孔徑150 mm,抗浮錨桿采用HRB400三級(jí)鋼,長(zhǎng)度L=5.0 m,一般錨桿為2根直徑25 mm和2根直徑22 mm的鋼筋組成,檢測(cè)錨桿為4根直徑均為25 mm的鋼筋組成,設(shè)計(jì)抗拔承載力特征值為180 kN。

2)錨桿構(gòu)造設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。固定用直徑40 mm壁厚2.5 mm的圓鋼管與縱向鋼筋點(diǎn)焊,焊接長(zhǎng)度100 mm,間距1.5 m(焊接間距)。對(duì)中支架采用HRB400直徑為12 mm的4根鋼筋,間距不大于4 m,且不少于三道?？變?nèi)錨固采用強(qiáng)度等級(jí)為M30的水泥砂漿,水灰質(zhì)量比0.45,注漿壓力0.5 MPa。

錨桿頂部防水構(gòu)造:以抗浮錨桿為中心650 mm范圍內(nèi)涂刷水泥基滲透結(jié)晶兩遍,厚度大于1 mm,涂刷均勻;在孔口處用防水砂漿做成圓柱狀包裹桿體,與防水保護(hù)層厚度同高,錨桿加設(shè)橡膠止水環(huán);防水砂漿周邊涂刷聚氨酯密封膏。

4 抗浮錨桿施工技術(shù)

4.1 工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、錨桿工程量、現(xiàn)場(chǎng)配電容量、機(jī)械設(shè)備施工效率和工期要求,配置跟管鉆機(jī)3臺(tái),防止鉆孔塌孔采用套管護(hù)壁鉆進(jìn),安放錨桿,注漿泵注漿后拔出套管,補(bǔ)灌漿液。具體工藝流程為:錨孔定位→鉆機(jī)就位→套管跟進(jìn)鉆孔→清孔→錨桿下放→漿體灌注→拔出套管→二次漿體補(bǔ)灌→檢查驗(yàn)收。

4.2 抗浮錨桿施工質(zhì)量技術(shù)要點(diǎn)

1)鉆孔定位:按設(shè)計(jì)圖示尺寸位置定位放線,嚴(yán)格控制放線偏差,不得超出±50 mm范圍。2)鉆機(jī)就位應(yīng)準(zhǔn)確可靠,安放穩(wěn)固,調(diào)整鉆桿垂直,鉆孔套管直徑應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)孔徑要求,孔徑偏差不大于20 mm,鉆孔深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,用高壓水沖出孔底成渣。3)抗浮錨桿加工制作:一般錨桿采用直徑分別為25 mm和22 mm的三級(jí)螺紋鋼各2根,檢測(cè)錨桿為4根直徑25 mm的三級(jí)螺紋鋼,錨桿與注漿鋼管之間采用電焊固定,錨桿彎錨入地下室底板>15d+0.4La(La=40d)。桿體上焊接不少于三道對(duì)中支架,確保錨桿居中且漿液充分包裹桿體。4)安裝錨桿:安裝錨桿之前,需要經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格,確定抗浮錨桿加工制作質(zhì)量和長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。將驗(yàn)收合格的錨桿插入孔內(nèi),等待漿體制作和注漿。5)漿體制作:采用強(qiáng)度等級(jí)為M30的水泥砂漿或水泥凈漿,水灰質(zhì)量比0.45,攪拌均勻,攪拌時(shí)間不得少于1 min。6)抗浮錨桿注漿:用灌漿泵通過(guò)注漿管向孔內(nèi)注漿,注漿管先插入孔底,然后向上拔出約50 mm～100 mm開(kāi)始注漿,應(yīng)保證連續(xù)注漿,當(dāng)漿液溢出孔口時(shí),利用鉆機(jī)拔出套管,注漿時(shí)注意液面情況,發(fā)現(xiàn)注漿液面明顯下降時(shí),將注漿管立即插入液面30 cm以下,并立即補(bǔ)灌漿液,保證灌滿(mǎn)。7)試塊制作:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制及試驗(yàn)室要求,建設(shè)單位、監(jiān)理單位及施工技術(shù)人員商討確定每30根錨桿做1組試塊,當(dāng)一個(gè)臺(tái)班錨桿施工數(shù)量不足30根時(shí),做1組,每組取6塊,養(yǎng)護(hù)齡期不少于28 d。8)抗浮錨桿質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 抗浮錨桿質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4.3 實(shí)施效果檢查

該項(xiàng)目具體實(shí)施效果檢查主要從3個(gè)方面考察:1)抗浮錨桿拉拔試驗(yàn);2)抗浮錨桿漿體強(qiáng)度值;3)錨桿注漿飽滿(mǎn)度。

該工程抗浮錨桿共1 666根,按5%數(shù)量抽檢,共拉拔試驗(yàn)84根,錨桿施工完成28 d后進(jìn)行,采用分級(jí)加載的方法,依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)技術(shù)說(shuō)明,本次試驗(yàn)最大荷載取360 kN(設(shè)計(jì)承載力特征值2倍),按最大荷載值的10%,30%,50%,70%,80%,90%,100%施加荷載,并依據(jù)規(guī)范中抗浮錨桿性能試驗(yàn)要點(diǎn)規(guī)定,測(cè)讀錨頭位移量。經(jīng)過(guò)抗拔試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)整理分析,抗拔力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

漿體強(qiáng)度采用留置試塊,軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),滿(mǎn)足設(shè)計(jì)M30強(qiáng)度等級(jí)要求。

抗浮錨桿注漿密實(shí)度檢測(cè)按照《錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定,抽樣率按錨桿總數(shù)的10%且每批不少于20根,共抽樣167根,注漿飽滿(mǎn)度符合規(guī)范要求。

5 存在問(wèn)題分析及建議

1)由于地下水受季節(jié)變化和環(huán)境條件的影響,地下水位隨之變化,且地下水動(dòng)力特點(diǎn)比較復(fù)雜,因此,浮力并不全是靜水壓力,浮力計(jì)算比較困難,為了便于計(jì)算,國(guó)家部分標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)工程實(shí)例抗浮計(jì)算大多數(shù)采用靜水壓力[3-4],忽略了滲透壓力。此外,地下水位觀測(cè)的準(zhǔn)確性是影響抗浮計(jì)算的關(guān)鍵因素,在勘察階段應(yīng)準(zhǔn)確詳實(shí)記錄地下水變化情況。

2)由于地下水浮力的作用,在地基與基礎(chǔ)分界面處,容易形成細(xì)微裂隙,地下水通過(guò)細(xì)微裂隙長(zhǎng)期侵蝕錨桿很容易造成錨桿銹蝕,應(yīng)該在地基與基礎(chǔ)分界面上下一段長(zhǎng)度范圍內(nèi)涂刷環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行防腐處理[5]。

3)抗浮錨桿施工完成后才進(jìn)行筏板施工,因此,在筏板施工吊裝鋼筋過(guò)程中容易碰撞錨桿,使抗浮錨桿錨固體受到擾動(dòng)和產(chǎn)生細(xì)小裂縫,造成錨桿銹蝕、耐久性降低。解決該問(wèn)題的有效途徑是做好事前控制,在基坑底板設(shè)置轉(zhuǎn)料平臺(tái),塔吊將筏板鋼筋轉(zhuǎn)運(yùn)至轉(zhuǎn)料平臺(tái)上,然后人工搬運(yùn)筏板鋼筋。

4)實(shí)際工程中往往忽視了抗浮工程監(jiān)測(cè)和維護(hù)工作,依據(jù)JGJ 476—2019建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的工程,應(yīng)該按規(guī)定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,布置測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)施,為工程使用管理部門(mén)提供必要的抗浮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)工程實(shí)踐證明,非預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿具有技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便等優(yōu)點(diǎn),在具體工程選用時(shí),要結(jié)合工程地質(zhì)條件和建筑荷載、地下水浮力綜合考慮,既要滿(mǎn)足抗浮設(shè)計(jì),又要節(jié)省工程造價(jià)。

2)抗浮設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮錨桿頂部防水細(xì)部構(gòu)造做法,是解決抗浮錨桿使用耐久性和防滲漏問(wèn)題的關(guān)鍵。