砂卵石地層預應力抗浮錨桿施工技術

張立佳 姜兆恒 陳桂森

中鐵建工集團有限公司北京分公司 北京 100070

1 工程概況

中國電科科技創新園工程位于北京市海淀區八里莊地區，東至北洼路，南側緊鄰經濟管理學校，西至規劃綠地（藍靛廠南路），北至八里莊路，工程建設用地15 240.2 m2，A、B樓為中國電科企業總部辦公樓；C樓為還建樓，普通辦公樓。

本工程采用天然卵石地基，裙房區域基礎范圍內設壓力型預應力抗浮錨桿，錨桿長9.0 m，共計658根。通過液壓千斤頂對錨索進行張拉，從而對筏板產生拉力，達到抗浮作用。施工完畢后對孔口進行鋼絞線切除及封錨工作。錨桿抗浮原理如圖1所示。

圖1 錨桿抗浮原理

2 抗浮錨桿施工技術分析

2.1 抗浮錨桿施工問題分析

2.1.1 成孔、清孔難

本工程地層為砂卵石地層，在成孔作業中，卵石很難被破碎，普通鉆頭在此地層中磨損尤為嚴重，且碎石由于相對密度大很難通過垂直鉆孔清出。地層含砂量大，極易造成孔內坍塌，成孔深度及孔徑難以達到設計要求。成孔質量難以保證。

2.1.2 錨桿抗壓端處理

承壓板與預應力鋼絞線作為提供錨桿抗壓力的重要組成部分，其承壓端必須能提供足夠的拉力，若拉力不足則易造成錨索滑動或錨固段移動，從而使其抗浮作用失效。不僅對后續張拉工作造成影響，而且極有可能造成地下基礎上浮，影響結構使用安全[1-5]。

2.1.3 防水細部處理

底板防水在錨桿部位未形成封閉，且此部位為防水薄弱層，地下水很可能通過錨桿滲入結構內，造成鋼筋腐蝕，對混凝土結構強度造成影響。因此，如何在此部位做好防水措施是本工程的重中之重。

2.1.4 預應力鋼絞線防護

預應力鋼絞線必須穿過基礎筏板，并在筏板頂部進行張拉，才能對地下基礎形成有效壓力，防止結構上浮。預應力鋼絞線筏板內均為可張拉的自由段，因此在進行筏板施工時，如何控制鋼絞線垂直，并在筏板內可垂直張拉，使錨索能承受豎向位移變形為本工程施工重難點。若鋼絞線固定在筏板內或者未垂直、有彎曲等現象，則會致使預應力張拉力值與位移曲線變化，鋼絞線無足夠的彈性變形從而發生斷裂，或者張拉不充分，有部分鋼絞線未張拉，只有其中幾束受力。

2.1.5 樁頭張拉及封錨

本工程在筏板頂位置進行預應力張拉，如何合理地安排施工順序，實現對錨桿自由端和端頭的保護，在工程中有著重要意義。對張拉完后的錨桿自由段必須填充材料進行保護，否則會影響后期鋪裝階段的地面做法，造成滲水及變形，影響質量安全和結構美觀。

2.2 抗浮錨桿施工技術分析

2.2.1 成孔

根據以往施工經驗，錨桿施工優先選用水鉆進行成孔作業，但是本地層為砂卵石特殊地基，水鉆鉆頭對卵石破碎的效果不佳，且使用泥漿清孔，孔內大塊礫石很難通過泥漿正循環清出孔口。因此為保證成孔質量，重新采用新工藝、新機械。改良錨桿鉆機，改變清孔方式，使用高壓氣體清孔。

1）改良錨桿鉆機，將原來與清水池連接部位的結構改良，使其與空氣壓縮機進行連接，并保證空氣壓縮機內高壓氣體能通過錨桿機械進入孔內。

2）針對鉆頭強度不足問題，更換直徑200 mm高強合金鉆頭，并加大鉆桿直徑，鉆頭部位采用大小不一、圓形凸起的設計，增大與卵石接觸面積，提高成孔速度并保證卵石破碎完全。鉆桿內部中空，使高壓氣體能通過鉆桿到達孔底（圖2）。

圖2 鉆頭實物

3）更換套筒，使套筒貼合鉆桿，并起到護壁和保證成孔直徑的作用。

4）高壓氣體清孔，利用空氣壓縮機內儲存的高壓氣體，將孔內沉渣一次性沖出孔口（圖3）。

圖3 氣體清孔

2.2.2 錨桿制作

1）錨固段為4束強度級別為1 860 MPa、公稱直徑為17.80 mm的預應力鋼絞線，每束鋼絞線外套PVC管，使其在張拉時受力均勻。

2）預應力鋼絞線之間每隔1.5 m設對中支架，保證其在施工過程中分散，并保持垂直，鋼絞線底部連接鋼墊板并使用錨具固定，保證在后期張拉過程中提供足夠的支撐力。錨桿截面如圖4所示。

圖4 錨桿截面

3）錨桿內灌漿漿液使用純水泥漿并摻入5%防銹劑，防止錨桿在施工過程中發生銹蝕。考慮到砂卵石地層空隙較大，根據經驗將超灌3倍左右。采用二次補漿方法，第1次注漿水灰比按0.5～0.6控制，以漿液注滿孔且排出的漿液濃度與灌入漿液濃度相等時停止注漿。待第1次注漿初凝后進行二次注漿，水灰比按0.45～0.50配制，直至孔內漿液飽滿，防止錨桿內漿液不飽滿，降低其強度。

2.2.3 筏板底防水

錨桿伸入底板內，在基礎墊層施工時進行第1道防水施工。采用多道防水施工工序，即聚脲+滲透結晶+硅酮密封膠，防止地下水滲入筏板內，造成結構隱患。

1）先對墊層部位的錨桿進行修補，將錨桿剔鑿至肥槽往下150 mm，并在此部位使用高強無收縮灌漿料將錨桿修補為直徑300 mm、高度150 mm的樁頭，并進行表面壓實抹光。

2）樁頭涂刷1 mm厚水泥基滲透結晶，涂抹范圍為整個樁身，待滲透結晶凝固后涂抹厚2 mm的聚脲，要求涂抹整個樁頭平面并下翻5 mm。

3）PVC管于樁頭100 mm位置處截止，內部塞入遇水膨脹密封條，為防止后期拉拔過程中被鋼絞線帶出，需向下嵌入100 mm。

4）樁頭位置安裝內徑200 mm、厚度4 mm的鋼套管，作為筏板內錨桿自由段保護使用，底部磨鈍，以防戳破防水卷材。套管與樁頭連接位置使用硅酮密封膠進行密封，防止地下水通過鋼套管與樁頭之間縫隙進入套筒內，并通過套筒從筏板頂部滲出，造成結構質量安全隱患。

5）底板防水卷材在此部位包裹住樁頭，并沿套筒上返合適距離，保證第2層卷材上返高度大于第1層卷材100 mm距離。卷材上返位置使用金屬管箍固定，并涂刷硅酮密封膠密封。

2.2.4 筏板內錨桿保護

由于錨桿自由段伸入1～2 m的筏板內，在筏板施工過程中鋼絞線為柔性材料，很難在筏板內保持順直且豎直向上，如何防止其在筏板內彎曲開散，對后續進行張拉封錨有著極為重要的作用。

1）錨桿在基礎底板中使用鋼套筒進行保護，鋼套筒放置于樁頭位置，頂部距筏板頂300 mm。

2）鋼套管外安裝2道止水鋼環，第1道止水鋼環距樁頭420 mm，第2道止水鋼環距第1道250 mm。止水鋼環半徑比鋼套管大100 mm，厚度4 mm，作為筏板內防水措施。在筏板澆筑過程中，為保證筏板附近混凝土密實性，需單獨振搗。

3）為保證在基礎底板施工過程中套筒保持垂直，在套筒與套筒之間底部、頂部點焊2層角鋼，使套筒之間連接成一個整體，增加其穩定性。底部角鋼埋置于墊層內。墊層施工完畢后即可拆除上層角鋼。

4）筏板頂預留張拉洞口，使用擠塑聚苯板填充成300 mm×300 mm×300 mm空間大小。防止在基礎澆筑過程中混凝土污染鋼絞線或進入套筒內影響后期張拉。待基礎底板強度達到設計標準后，即可拆除擠塑聚苯板，進行后期張拉封錨施工。

2.2.5 錨桿張拉及樁頭防水處理

待筏板強度達到25 MPa后，即可開始進行錨桿張拉工作，張拉之前清理預留洞口內的擠塑聚苯板，坑壁鑿毛并清理干凈垃圾。

1）錨桿張拉使用三級張拉，每次張拉停留10 min，張拉之前進行預張拉，保證錨桿順直。

2）采用6孔錨具，預留2個錨具孔作為后期張拉完成后套筒內灌漿使用，拉力檢測完成后從剩余的其中一個錨具孔內灌入高強無收縮灌漿料，另一個錨具孔作為排氣孔。

3）為防止地下水突破樁頭伸入套筒內，在封錨位置設置第2道防水措施。對張拉完多余鋼絞線進行切除，并涂刷2 mm厚聚脲，要求包裹住錨具、鋼絞線及墊板等外露材料，側壁涂刷1 mm厚水泥基滲透結晶防水材料。防水工序施工完成后，使用C50 P10混凝土封填至板頂高度，與結構面平齊。

錨桿樁頭處理及封錨大樣如圖5所示。

圖5 錨桿樁頭處理及封錨大樣

3 結語

本文打破傳統思維，改變水鉆結構，與空氣壓縮機組合形成氣旋式錨桿鉆機，并應用于砂卵石地層中，工程實例證明，其成孔速度、機動性、成樁質量都優于傳統水鉆。采用高壓氣體清孔，沉渣厚度大幅度減少，有效節省了使用清水池清孔所占用的空間及時間，使用套筒護壁，通過套筒的長度測量，保證了成孔的孔徑及孔深，有效解決了二次坍孔及清孔問題。

本工程采用多層防水工藝，滲透結晶+聚脲+硅酮密封膠的工藝有效解決了地下水滲漏問題，防止地下水通過錨桿孔滲入結構內造成滲水現象，有利于節省工期，提高經濟效益，對砂卵石地層內抗浮錨桿的成孔、清孔、張拉、封錨等均具有良好的指導意義。