非預應力抗浮錨桿施工應用與實踐

常興兵，藺立安，陳少康

(陜西中安工程管理咨詢有限公司,陜西 寶雞 721004)

0 引言

隨著城鎮化逐步推進和發展,地上可利用空間越來越緊張,專家和學者們開始重視如何更加高效地利用地下空間。當基坑開挖深度較深、地下水位較高時,基礎底板以及上部結構(包括回填材料、設備基礎及設備等)自重不足以抵消地下水的上浮力時,抗浮設計方案選擇和抗浮穩定性驗算顯得尤為重要。抗浮設計不合理很可能造成基礎底板開裂滲水、底板變形等質量隱患,從而危及工程安全。工程上抗浮治理措施類型有多種,但根據工程實際經驗,非預應力抗浮錨桿具有技術上安全可靠、經濟上合理、施工便捷的特點,因此,在條件滿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條件

1.1 工程概況

該工程為某醫院內科綜合樓項目,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,框架剪力墻結構形式,設計使用年限50 a。主樓采用梁板式筏形基礎、筏板厚600 mm,裙房采用鋼筋混凝土條形基礎+防水板,防水板厚400 mm。

1.2 工程地質條件

根據地勘報告,場地主要由雜填土、耕土、粉質黏土、細砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石及晚新近紀上新世(N2)礫砂(半成巖)等組成。場地勘察期間地下水穩定水位埋深介于6.4 m～7.4 m,相應地下水位標高介于540.26 m～541.01 m。水位年變化幅度1.0 m～2.0 m。坑底標高-11.97 m(537.13 m),現地面標高約548.00 m,基坑實際開挖深度約10.87 m。由于結構荷載總和不能抵消地下水浮力,故設計采用抗浮錨桿加固技術對其進行處理。

各地層劃分及巖性特征見表1[1]。

表1 各地層劃分及巖性特征

2 抗浮錨桿定義及設計理念

2.1 抗浮錨桿定義

根據《建筑工程抗浮技術標準》規定,抗浮錨桿是指錨固在地基中與地下結構底板共同承擔地下水浮力的抗拔構件,這里地下水浮力主要包括靜水位差產生的浮力、承壓水水頭產生的浮力和滲透壓力產生的浮力之和。

2.2 抗浮設計理念

抗浮設計中主要是利用基礎及上部結構自重、放置在結構上各種固定設備自重、回填材料自重及抗浮構件的抗拔力等各種抗浮總荷載抵抗地下水浮力,應進行抗浮穩定性驗算。建筑工程抗浮穩定性應符合:

其中,G為建筑結構自重、附加物自重、抗浮構件抗力設計值總和,kN;Nw,k為浮力設計值;Kw為抗浮穩定安全系數,取值與抗浮工程設計等級有關(具體參考規范)。

抗浮工程設計耐久性年限不應小于工程設計使用年限,抗浮設計包括抗浮穩定性驗算、措施選擇、抗浮構件承載力驗算、耐久性和構造設計、抗浮構件性能試驗、施工質量驗收標準與監測維護等內容[2]。

3 本項目抗浮治理方案選擇及設計

3.1 抗浮治理措施選擇

工程上抗浮治理的措施有多種類型和方法,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、結構抗浮法、錨固抗浮法等。

依據規范要求和已確定的抗浮設計等級,結合巖土工程勘察報告地層分界及物理力學特性、抗浮穩定性驗算、建筑場地周邊環境以及施工條件的制約因素等綜合考慮,進行技術經濟比選后,初步確定采用錨固抗浮法。

常見的錨固抗浮法有抗浮錨桿(預應力和非預應力)、抗浮樁等,根據項目地層條件、結構底板變形控制、施工便利性、錨桿工作特性和適用條件,結合實踐經驗,選用全長黏結性錨桿比較合理,既不影響建筑物使用功能,且后期維護相對簡單。

3.2 抗浮錨桿設計

該項目建筑總平面布置規則單一,平面上大體呈長方形,因此,采用網狀均勻布置,依據《建筑工程抗浮技術標準》及有關設計規范,對錨桿設計承載力、錨桿截面面積、錨固長度、穩定性及錨固體裂縫等驗算后,確定錨桿設計參數具體如下:

1)設計抗浮錨桿成矩形布置,共計1 666根,間排距1 600 mm,鉆孔孔徑150 mm,抗浮錨桿采用HRB400三級鋼,長度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,檢測錨桿為4根直徑均為25 mm的鋼筋組成,設計抗拔承載力特征值為180 kN。

2)錨桿構造設計(見圖1)。固定用直徑40 mm壁厚2.5 mm的圓鋼管與縱向鋼筋點焊,焊接長度100 mm,間距1.5 m(焊接間距)。對中支架采用HRB400直徑為12 mm的4根鋼筋,間距不大于4 m,且不少于三道。孔內錨固采用強度等級為M30的水泥砂漿,水灰質量比0.45,注漿壓力0.5 MPa。

錨桿頂部防水構造:以抗浮錨桿為中心650 mm范圍內涂刷水泥基滲透結晶兩遍,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,與防水保護層厚度同高,錨桿加設橡膠止水環;防水砂漿周邊涂刷聚氨酯密封膏。

4 抗浮錨桿施工技術

4.1 工藝流程

根據現場施工條件、錨桿工程量、現場配電容量、機械設備施工效率和工期要求,配置跟管鉆機3臺,防止鉆孔塌孔采用套管護壁鉆進,安放錨桿,注漿泵注漿后拔出套管,補灌漿液。具體工藝流程為:錨孔定位→鉆機就位→套管跟進鉆孔→清孔→錨桿下放→漿體灌注→拔出套管→二次漿體補灌→檢查驗收。

4.2 抗浮錨桿施工質量技術要點

1)鉆孔定位:按設計圖示尺寸位置定位放線,嚴格控制放線偏差,不得超出±50 mm范圍。2)鉆機就位應準確可靠,安放穩固,調整鉆桿垂直,鉆孔套管直徑應滿足設計孔徑要求,孔徑偏差不大于20 mm,鉆孔深度應符合設計及規范要求,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的三級螺紋鋼各2根,檢測錨桿為4根直徑25 mm的三級螺紋鋼,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,需要經監理驗收合格,確定抗浮錨桿加工制作質量和長度符合設計及規范要求。將驗收合格的錨桿插入孔內,等待漿體制作和注漿。5)漿體制作:采用強度等級為M30的水泥砂漿或水泥凈漿,水灰質量比0.45,攪拌均勻,攪拌時間不得少于1 min。6)抗浮錨桿注漿:用灌漿泵通過注漿管向孔內注漿,注漿管先插入孔底,然后向上拔出約50 mm～100 mm開始注漿,應保證連續注漿,當漿液溢出孔口時,利用鉆機拔出套管,注漿時注意液面情況,發現注漿液面明顯下降時,將注漿管立即插入液面30 cm以下,并立即補灌漿液,保證灌滿。7)試塊制作:根據現場質量控制及試驗室要求,建設單位、監理單位及施工技術人員商討確定每30根錨桿做1組試塊,當一個臺班錨桿施工數量不足30根時,做1組,每組取6塊,養護齡期不少于28 d。8)抗浮錨桿質量檢驗與驗收標準應符合表2的規定。

表2 抗浮錨桿質量檢驗與驗收標準

4.3 實施效果檢查

該項目具體實施效果檢查主要從3個方面考察:1)抗浮錨桿拉拔試驗;2)抗浮錨桿漿體強度值;3)錨桿注漿飽滿度。

該工程抗浮錨桿共1 666根,按5%數量抽檢,共拉拔試驗84根,錨桿施工完成28 d后進行,采用分級加載的方法,依據設計圖紙及設計技術說明,本次試驗最大荷載取360 kN(設計承載力特征值2倍),按最大荷載值的10%,30%,50%,70%,80%,90%,100%施加荷載,并依據規范中抗浮錨桿性能試驗要點規定,測讀錨頭位移量。經過抗拔試驗檢測數據整理分析,抗拔力滿足設計要求。

漿體強度采用留置試塊,軸心抗壓強度試驗,滿足設計M30強度等級要求。

抗浮錨桿注漿密實度檢測按照《錨桿錨固質量無損檢測技術規程》的規定,抽樣率按錨桿總數的10%且每批不少于20根,共抽樣167根,注漿飽滿度符合規范要求。

5 存在問題分析及建議

1)由于地下水受季節變化和環境條件的影響,地下水位隨之變化,且地下水動力特點比較復雜,因此,浮力并不全是靜水壓力,浮力計算比較困難,為了便于計算,國家部分標準和國內工程實例抗浮計算大多數采用靜水壓力[3-4],忽略了滲透壓力。此外,地下水位觀測的準確性是影響抗浮計算的關鍵因素,在勘察階段應準確詳實記錄地下水變化情況。

2)由于地下水浮力的作用,在地基與基礎分界面處,容易形成細微裂隙,地下水通過細微裂隙長期侵蝕錨桿很容易造成錨桿銹蝕,應該在地基與基礎分界面上下一段長度范圍內涂刷環氧樹脂進行防腐處理[5]。

3)抗浮錨桿施工完成后才進行筏板施工,因此,在筏板施工吊裝鋼筋過程中容易碰撞錨桿,使抗浮錨桿錨固體受到擾動和產生細小裂縫,造成錨桿銹蝕、耐久性降低。解決該問題的有效途徑是做好事前控制,在基坑底板設置轉料平臺,塔吊將筏板鋼筋轉運至轉料平臺上,然后人工搬運筏板鋼筋。

4)實際工程中往往忽視了抗浮工程監測和維護工作,依據JGJ 476—2019建筑工程抗浮技術標準,對于抗浮設計等級為甲級的工程,應該按規定的監測項目,布置測點和監測儀器與設施,為工程使用管理部門提供必要的抗浮監測數據。

6 結語

1)通過工程實踐證明,非預應力抗浮錨桿具有技術可行、經濟合理、施工方便等優點,在具體工程選用時,要結合工程地質條件和建筑荷載、地下水浮力綜合考慮,既要滿足抗浮設計,又要節省工程造價。

2)抗浮設計中應充分考慮錨桿頂部防水細部構造做法,是解決抗浮錨桿使用耐久性和防滲漏問題的關鍵。