預應力錨索在某地下室抗浮中的應用

劉曉群

(福建建工集團總公司 福建福州350001)

引 言

預應力錨索是一種利用鋼絞線成束的抗拉高強性能，使其錨入穩定巖層內部并預先施加張拉應力的施工技術。錨索安設鎖緊后，在預應力作用下，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在抗力。支護結構中，常用此技術將對主體結構的不利應力傳遞到穩定巖層的主動支護方式。

兩層及多層地下室，一般抗浮水頭較大，僅靠結構自重基本難以滿足地下室抗浮要求，需設計抗浮(抗拔)措施作為地下室抵抗水浮力的補充手段。我們可以利用預應力錨索的高強抗拉性能，將水浮力傳遞給穩定巖層，達到地下室整體抗浮的目的。

預應力錨索的施工一般分為施工準備、鉆孔、錨索制作、錨索安裝、注漿、張拉鎖定和封錨等步驟。

1 工程實例分析

某小區地下室，地下室2層(圖1)，結構層高分別為負二層5.35m、負一層5.25m，頂板覆土1.1m，底板厚度0.4m。地質概況:地下室底板以下分布15～16m的淤泥層、2～3m強風化層、中風華花崗巖層。

圖1 地下室局部剖面圖

a.抗浮設計水頭高度=(5.35+5.25+1.1+0.4)－0.5=11.6m

b.水浮力=11.6×10=116kN/m2

c.結構自重=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(水浮力設計標準值)

e.根據電算結果，地下室大部分單柱水浮力反力為5000KN左右。

1.1 地下室抗浮基礎選型

a.方案一:PHC管樁。因淤泥層厚道較大，單節13mPHC管樁的抗拔力特征值僅為300KN左右，單柱需18～20根PHC管樁。此方案樁數多，承臺大，工期長，造價多。

b.方案二:巖石錨桿。該方案需要持力層有穩定巖體作為錨體，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，整個工程需要較多錨桿數。工程造價較多，施工時間較長。

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

圖2 預應力錨索構造

圖3 10錨承臺

1.2 施工

場地地質因素對預應力錨索的成孔、張拉鎖定等關鍵性工序影響很大，故要求全面施工前必須進行非工程用錨索的試驗性施工，以檢驗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。本工程先選取典型地質勘探孔附近進行非工程的錨索基礎試驗，第一組數量為3根(如失敗將進行第二組3根試驗，直至成功)。

施工工藝中難點在于二次注漿、張拉鎖定兩個環節，也是預應力錨索成敗的關鍵。

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。為確保注漿質量，漿液中可摻入適量的膨脹劑及早強劑或水玻璃，強度不應小于40MPa。②清孔、洗孔:在成孔后應及時進行清孔、洗孔，擬采用高壓空氣和高壓水雙管同時進行清洗孔高壓水可采用高壓注漿泵加壓，壓力不小于10MPa，出水管底端部應塞緊，在底部水管側面均勻開設4個出水孔，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，空氣由止漿環處的排氣管排出。④連續緩慢灌注水泥漿液，當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，且穩定注漿三十分鐘后方可結束。⑤一次常壓注漿結束初凝后(一般為2～12h)，要進行二次增壓注漿。第二次注漿為加壓灌注(壓力值達到4～5MPa后，穩壓注漿2min)，二次注漿過程中如有滲水，要按固結灌漿要求灌注。個別土層(如卵石層、全風化層)在壓力注漿時容易跑漿，壓力一直無法滿足要求，此時應該及時調整水泥漿配比，提升漿體的粘稠度、早強性能。

b、張拉鎖定。張拉鎖定宜在錨固體強度大于30MPa、承臺或底板砼達設計強度80%后進行，錨具為鋼質錐形錨具。錨索托臺座的承壓面應平整，并與錨索的軸線方向垂直，錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密貼對中，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備，設備在張拉作用前應進行標定，錨具、夾片等檢驗合格后方可使用。①鋼絞線預應力張拉分為單股預緊和整體分級張拉2個階段。錨索正式張拉前，應取10%～20%的設計張拉荷載，對其預張拉1～2次，使鋼絞線完全平直，且各部位緊密接觸。對于分散型錨索，因各單元錨索長度不同，張拉必須嚴格按照要求分次序分單元，采用差異張拉。根據設計要求的荷載和錨入巖體的長度確定差異張拉荷載。整體張拉共分5級，即設計荷載的25%，50%，75%，90%，100%，110%。在張拉到最后一級荷載時，持荷穩定20min后可卸荷鎖定。錨索鎖定后48h內，如有明顯的預應力損失現象，則應及時進行補償張拉。當保持最大總荷載20min，且20min內錨索的徐變位移值不大于1mm時，則認為錨索合格;否則需再穩壓45min。錨索合格后，以20kN/min勻速卸載至設計荷載鎖定。張拉鎖定后48h內，若預應力損失超過設計張拉應力的10%時，應進行補償張拉。補償張拉應在鎖定荷載值的基礎上一次性張拉至超張拉荷載值，補償張拉一般不超過2次。②張拉設備的額定值必須大于最大設計張拉值，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)出現下沉時，相應的抗浮錨索將出現應力損失，此時應再進行補償張拉。

c、地下室抗浮錨索工程的主要施工順序及工藝要求。①首先應在地下室周圈設置降水井、排水盲溝等，降水井、排水盲溝的數量及設置以控制地下水位處于底板面標高以下500為準且在抗浮錨索施工中均應控制地下水位標高不高于底板底標高抗浮錨索發揮作用后，可根據其他抗浮加固措施的施工進度，逐步減少降水井的工作數量(具體以現場實際觀測的水位為準);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。

試驗結果:分別對試驗錨索進行靜載實驗均能滿足設計要求(極限承載力標準值1100kN)。上述成孔、張拉步驟可作為本工程的施工依據。

2 結語

多層地下室水浮力較大，如果采用普通的樁基礎，僅僅靠樁基礎的摩擦力進行抗浮，往往造價大、工期長。而采用預應力錨索作為抗浮的技術措施，可以將水浮力通過高強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安排整個工程的先后施工順序，對工程的施工建設起到較為積極的作用。

［1］GB50010－2010，混凝土結構設計規范［S］.

［2］DL_T5083－2004，水電水利工程預應力錨索施工規范［S］.

［3］GB/T5224－2003，預應力混凝土用鋼絞線［S］.

［4］李晨光.預應力混凝土結構設計及工程應用［M］.北京:中國建筑工業出版社.2013.6.