反竹節形抗浮預應力注漿錨桿施工技術

李 輝

大榮建設集團有限公司 浙江 寧波 315192

隨著國民經濟高速發展，地下結構工程也愈來愈多[1]。由于地下結構工程勘察、設計及施工中存在種種缺陷，如勘察報告提供的地下水位偏低、設計的樁型或錨桿不合理或抗拔承載力不足、基樁或錨桿施工中存在缺陷或地下結構后澆帶封閉過早等[2]，均容易導致暴雨時地下結構產生上浮破壞，尤其是無地上建筑物的地下結構更容易產生上浮破壞。

1 工程概況

寧波市某商業廣場地下1層車庫，層高3.6 m，平面呈方形，建筑面積約9 600 m2，地上無建筑；框架結構，基礎由底板與承臺地梁及預應力PTC400（55）A管樁組成，樁長27 m，樁端持力層為可塑狀粉質黏土；底板厚400 mm，頂板厚250 mm，框架柱截面400 mm×400 mm，間距7.8 m×（5.4～8.4） m，框架梁截面300 mm×700 mm，外墻厚300 mm，建于20世紀末。在臺風暴雨連續5 d的作用下，產生地下車庫上浮破壞，底板最大上浮量286 mm，位于中心區。分析該工程項目上浮破壞的原因，主要是地下水位標高估計不足與預應力管樁抗拔承載力不足而產生的。

2 加固處理措施

設計采用反竹節形抗浮預應力注漿錨桿加固基礎。抗浮錨桿總根數860根，單根長24 m，錨桿筋為1φ32 mm，錨固段進入可塑狀粉質黏土層，鉆孔直徑150 mm，在鉆成孔后采用加漿囊袋及擴孔注漿施工工藝形成大直徑反竹節形土層錨桿，注漿擴孔后直徑不小于250 mm，能有效增大錨桿體與土層間的摩阻力，如圖1所示。鉆孔深度大于錨桿設計長度0.5 m。錨桿主筋1φ32 mm連接采用套筒連接，每間隔2 m設置1個對中支架，鋼筋應平直無銹并予以鍍鋅，套筒連接處應涂刷防銹漆。注漿管和漿囊袋應與錨桿筋體綁扎牢固。漿囊袋由土工織物制作，并有一定強度，長度L＝錨桿總長－0.6 m。單根錨桿抗拔承載力特征值為150 kN。

圖1 反竹節形抗浮注漿錨桿縱剖面示意

3 施工工藝要點

3.1 擴張漿囊袋

通過二次壓力注漿使錨桿注漿體外圍的漿囊袋的直徑大大擴張，僅在束腰鐵絲綁扎部位（反竹節沿豎向間距約3 m）保留較小直徑，地下結構在浮力作用下，錨桿的抗拔承載力特征值由注漿體周邊土體的摩阻力和反竹節部位的摩壓力組成，后者在計算中作為安全儲備。

單根錨桿抗拔承載力特征值Rt按公式（1）計算：

式中：K——抗拔安全系數；

Ψ——錨固長度對黏結強度的影響系數；

d1——注漿體直徑；

li——錨桿錨固段所處土層厚度；

fmi——注漿體與相應土層間的黏結強度標準值。

式中各項參數取值詳見標準CECS 22:2005《巖土錨桿（索）技術規程》。對于設計等級為甲級的建筑物，Rt應通過現場試驗確定，同時應驗算錨桿筋的強度是否符合相關要求。

3.2 二次注漿

第1次壓力注漿通過一次注漿管注入強度等級為M30的水泥砂漿，注漿壓力為0.8～1.0 MPa，一次注漿管的出漿孔在其下端，漿液由下而上充滿漿囊袋，束腰部位（反竹節處）通過注漿短管出漿；第2次壓力注漿通過二次注漿管注入強度等級為M30的純水泥漿，注漿壓力為1.5～2.0 MPa。第2次注漿應待第1次的注漿體強度達到5 MPa后進行。二次注漿管的側壁開置φ10 mm出漿孔，孔距500 mm，應用膠帶紙封孔防止第1次注漿時堵住孔眼，在第2次的高壓漿液作用下自動破孔出漿。

通過2次壓力注漿（漿液摻微膨脹劑），不但形成了擴徑式反竹節形的注漿體，而且與周圍土層緊密接觸，從而提高了與土層間的黏結強度。

3 施工工藝流程

施工準備→測量放線→鉆錨桿孔→筋體和注漿管及漿囊袋置入錨桿孔內→一次壓力注漿→二次壓力注漿→施工底板→張拉預應力筋→鎖定、焊接→繼續施工錨桿→檢查驗收→封閉張拉孔

3.1 施工準備

施工準備工作主要包括熟悉工程地質勘察報告和抗浮注漿錨桿設計圖紙，編制專項施工方案，材料和施工機具進場等。

3.2 測量放線和筋體、注漿管、漿囊袋的制作

根據設計的抗浮錨桿平面布置圖進行測量放線，采用竹簽或木樁標識出錨桿位置，對于既有地下結構抗浮加固的錨桿則用紅漆標識于底板面。錨桿筋采用HRB400鍍鋅粗鋼筋或鋼絞線（fptk＝1 720～1 860 MPa），鋼絞線應選用有保護套的無黏結鋼絞線及其承載頭，粗鋼筋采用約3 m長一節，每隔2 m焊上φ6 mm對中的定位架。筋體采用直螺紋套筒連接，當地下結構層高限制時，應縮短節長，如圖2所示。

圖2 加工制作錨桿筋

注漿管常用PVC塑料軟管，直徑20～25 mm，制作出漿孔。漿囊袋采用土工織物制作，對應成孔直徑為150 mm的袋徑為250 mm。

3.3 鉆錨桿孔

根據設計的抗浮錨桿孔徑和長度以及工程地質條件選擇鉆機型號及配套的鉆桿，對于既有地下結構抗浮加固時，宜先用空氣壓縮機帶動風鎬鑿出楔形棱錐錨桿孔，當遇到既有的底板筋時應切斷上彎。

在淤泥質黏土等軟弱土層中應采用慢轉速鉆進成孔。由于抗浮錨桿的孔徑較小，鉆孔時一般土層可采用注水護壁，當遇到易坍孔的松散狀砂土或錨桿孔徑較大時應采用泥漿護壁，如圖3所示。

圖3 鉆機鉆錨桿孔

3.4 安放筋體、注漿管及漿囊袋組合體

錨桿成孔后移掉鉆機，將事先制作好的筋體、一次與二次注漿管組合置入錨桿孔中。

由于錨桿筋體自重大，應用簡易吊架吊住下段筋體，再用直螺紋套筒連接好依次置入孔中，同時將筋體、一次與二次注漿管及束腰部位（反竹節處）的注漿短管與漿囊袋用鐵絲按設計的間距綁扎后沉放入孔中，沉放時應將筋體置于孔中心，插入孔內的深度不應小于錨桿設計長度的98%，插入組合體如圖4所示。

圖4 插入錨桿筋、注漿管及漿囊袋組合體

3.5 壓力注漿

1）第1次注漿漿液為M 3 0（或按設計等級）水泥砂漿，水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，灰砂比1∶（0.5～0.8），細骨料采用中砂；或采用M30純水泥漿，水灰比0.45～0.50。水泥砂漿或水泥漿應攪拌均勻，隨拌隨用，一次拌料應在初凝前用完，注漿壓力為0.8～1.0 MPa。注漿需連續慢速進行，漿液從一次注漿管的下端往上注出擴徑式充滿漿囊袋全長。

2）第2次注漿漿液為M 3 0的純水泥漿，水灰比0.45～0.50，注漿壓力為1.5～2.0 MPa。應待第1次注漿體強度達5 MPa后進行第2次注漿（高壓劈裂注漿），第2次注漿管出漿口的豎向間距為500 mm。

3）應穩定注漿持續2 min以上，2次注漿總量應按漿囊袋直徑大小和長度控制，且孔口應溢出漿液，注漿后的錨桿注漿體呈反竹節形，見圖1。壓力注漿一般采用擠壓式注漿泵。

3.6 施工底板并安放承壓板

底板施工按常規方法進行，此處不再贅述。

施工前應將錨桿注漿體鑿平至底板底，保留筋體，套入承壓板，承壓板下設置支撐筋，將承壓板與底板頂層鋼筋焊接，澆筑混凝土時務必將承壓板下振搗密實，并保護好承壓板上的楔形棱錐孔，錨桿筋擰入螺帽，但不擰死，以便張拉預應力后鎖定。

當既有地下結構采用抗浮錨桿加固處理時，見圖1。

3.7 錨桿筋預應力張拉、鎖定

1）當錨桿注漿體強度大于15 MPa后，方可采用液壓千斤頂張拉錨桿筋，當同一根錨桿中有多根錨桿筋時應同時張拉。

2）考慮節約錨桿筋伸出底板的長度，宜在錨桿筋頂焊接工具式螺桿，以便安裝穿心式千斤頂，張拉鎖定后切割下工具式螺桿以周轉使用。

3）錨桿在正式張拉之前，應取0.1～0.2軸向拉力設計值Nt對錨桿筋預張拉一次，使桿體完全平直，各部件接觸緊密。

4）錨桿筋張拉應分級進行，每級加荷速率不大于100 kN/min，超過軸向拉力設計值Nt后，超張拉速率不大于50 kN/min。

5）錨桿張拉至設計值后穩定10～15 min，再卸荷至設計的卸載值鎖定，即擰緊螺帽并與承壓板焊接，然后卸出千斤頂，并切割掉工具式螺桿（圖5）。

圖5 液壓千斤頂張拉錨桿筋

3.8 檢查驗收

錨桿施工完畢后應按相關的國家、行業標準和設計圖紙進行驗收，包括錨桿筋體、錨具及承壓板的Ⅰ級防腐保護要求。

抗拔試驗荷載不宜超過錨桿筋體極限承載力的0.8倍，以驗證錨桿注漿體和巖土之間的摩阻力、錨桿的設計參數及施工工藝的合理性。

3.9 封閉錨桿張拉孔

錨桿張拉鎖定后，應用強度等級高一級的混凝土封閉填平棱錐形張拉孔，并振搗混凝土密實，保護層厚度應符合設計要求。對既有地下結構抗浮加固處理時，封閉張拉孔前應將底板鋼筋整理復原，采用幫條焊連接好底板上層鋼筋。

4 結語

本項目反竹節形抗浮錨桿施工完畢且注漿體達到設計強度后，做了45根抗拔試驗，均在2倍抗拔承載力特征值以上，均合格。

該工程加固處理后已經過連續臺風暴雨的考驗，實踐證明安全、可靠，可為同類原有地下室抗浮加固施工提供借鑒。