地下室上浮原因與抗浮錨桿施工技術研究

唐利軍

（廣州建筑工程監理有限公司，廣東廣州 510030）

1 工程概況

廣州市增城區某小區項目主體建筑物為11棟24～26層的高層住宅樓，設置2層地下車庫連成整體，中間為無塔樓地下室，地下室總面積62 682.4 m2，工程自2018年竣工并投入使用。2020年6月建筑物負二層地下車庫底板滲水。經結構檢測，無塔樓負二層地下室底板面高差測量范圍為0～39 mm，30個框架柱構件存在柱頭水平裂縫、柱頭混凝土掉角，裂縫寬度為0.08～0.86 mm。

根據原地質勘察報告，場地內主要地層為人工填土、東江沖積淤泥層、粉細砂層、中粗砂、礫砂。人工填土以黏性土為主，局部為粉細砂，厚度為0.50～4.30 m；粉細砂層以粉細粒砂為主，局部夾薄層中砂，厚度為1.50～19.10 m；淤泥以淤泥質粉質黏土為主，局部夾薄層粉砂，厚度為1.00～13.80 m；中粗砂以黃色為主，局部灰色及灰白色，飽和，中密，底部偶見礫卵石顆粒，厚度為3.70～22.70 m；礫砂飽和，中密，礫石直徑一般為5～10 mm，底部偶見卵石顆粒，厚度為1.10～6.90 m；強風化泥巖風化強烈，巖芯呈土柱狀，厚度為0.40～10.00 m；中風化泥巖巖石較新鮮，質地較軟，屬軟巖類。

2 事故原因分析

工程設計對地下水位高度預估不足，場地位于東江北岸約200 m，屬于河流第一階地，場區內地下水含水量豐富，水流量大，粉細砂層、中粗砂、礫砂各含水層間存在水力聯系，除接受大氣降水補給外，與東江存在互補關系，地下水位的標高隨著東江水面的標高變化，東江水面的最高水位與場地的最高水位相同。2020年5月連續暴雨，實測地下水水位3.720 m（珠江高程）。復核地下室底板水壓達69.5 kN/m2。設計抗浮力取值小于工程場地實際是工程地下室在竣工后上浮的主要原因。

本工程非塔樓地下室樁基礎設計，采用預應力高強混凝土管樁，結構柱下承臺采用兩根預應力高強混凝土管樁，標準柱網區域尺寸為8.4 m×5.1 m，單樁豎向抗拔承載力特征值為400 kN，地下室及其上永久荷載標準值W=2 394.34 kN，水浮力標準值F=3 158.26 kN。根據廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》（DBJ 15—31—2003），地下室抗浮穩定性驗算應滿足W/F≥1.05，單樁需提供的抗拔力461 kN>400 kN。

基于抗浮計算水位為3.720 m（珠江高程），工程非塔樓地下室抗浮穩定性不滿足規范要求。

3 處理方案比選

現階段較成熟的建筑結構抗浮技術措施包括增加自重法、降排截水措施、抗拔樁（抗拔錨桿）。根據本工程現實情況，地下室停車場已交付使用，負二層地下室的各類管線安裝造成凈空高度有限，大型施工機械無法進入地下室內作業。本工程中，增加底板厚度的壓載抗浮和在地下室外圍施工截水帷幕的降排截水抗浮均不適用。

根據工程現況，采用φ168 mm×10 mm微型鋼管樁（內灌混凝土）作為抗浮樁和新加預應力抗浮錨桿。建設單位組織相關專業的專家人員對三家公司制定的施工方案進行評比，綜合參考已勘明的工程地質、水文地質條件及現場環境、作業條件。對施工方案進行比選和優化，確定在地下室底新加預應力抗浮錨桿，底板隆起部位壓力注漿填充，預應力抗浮錨桿施工完成，在底板面新加150 mm的鋼筋混凝土疊合板。

4 抗浮錨桿施工

4.1 錨桿類型選擇

地下室底板通過預應力錨桿張拉固定在原位，較合理經濟。預應力錨桿作為建筑結構抗浮措施的永久性構件時，錨桿在張拉后的蠕變及其材料的應力松弛特性不容忽視，其抗拔力可能隨著使用年限的增加而不足[1]。地下室地板下水含水量豐富，水流量大，地下水浮力作用隨東江水面的標高變化，預應力錨桿長期在此循環動荷載作用下可能發生抗拔承載力變化或不足[2]。因此，本工程選用由桿體、錨固段、自由段和錨頭組成的注漿型預應力錨桿。錨桿體材料采用φ15.2 mm的預應力鋼絞線，抗拉強度標準值為1 860 MPa。

4.2 設計參數

抗浮錨桿局部平面布置如圖1所示。錨頭防水樣式如圖2所示。

圖1 抗浮錨桿局部平面布置（單位：mm）

圖2 錨頭防水（單位：mm）

本工程設計的抗浮樁為永久性預應力錨桿，在標準柱網區域8.4 m×5.1 m內設置4根抗浮錨桿。抗浮錨桿總數為1 396根。完整的抗浮錨桿在基礎底板下土層內形成有效直徑180 mm，錨桿有效長度不小于35 m，入中風化巖層的深度不小于7 m，錨桿自由段長度為5 m。

5 抗浮錨桿施工技術

5.1 地下室降水

抗浮錨桿施工時，需對地下室進行降水處理，防止施工期間發生排水不暢造成安全事故，防止錨桿施工時出現涌沙現象。在地下室底板開孔泄壓，過濾引導至現有集水井，利用原有集水井抽排，現場儲備4臺大功率潛水泵作為備用水泵，在原有集水井一圈砌筑高為350 mm的磚，圍擋預留進水口并安裝隔砂網，防止流沙流入集水井堵塞水泵，泄壓水過濾后引流至集水井抽排。

隨著地下室底板逐步開孔施工，大量的地下水涌出，原地下室排水系統未必能夠滿足現場施工要求，需實行分區泄壓排水，砌筑高30 cm的擋墻，將地下室負二層分為6塊分區，靠塔樓兩側砌筑300 mm×500 mm排水明溝，增加水泵，從分區內集水井抽至水池，抽排至市政管道。降排水工作安排專人每天24 h值班抽排水，直至抗浮錨桿張拉鎖定及錨頭封堵完成。

5.2 鉆孔與成孔

根據地質報告顯示，場地內存在較厚的砂層，抗浮錨桿施工方法采用履帶復合鉆機MDL-150H型進行套管護壁鉆孔，鉆進過程中，泥漿性能會隨著鉆孔情況變化。隨著鉆入砂層深度逐步增加，大量砂粒和地下水加入使水泥漿的密度和黏度降低、含砂量增加，對護壁套管起不到有效的潤滑作用，嚴重時可能造成護壁套管抱死，無法拔管。護壁套管鉆進時應采用中速、慢鉆及高泥漿密度、大泵量循環的原則，保障順利地鉆進和拔出。綜合參考地質報告、鉆進深度、孔口返出的巖樣、機械鉆進的壓力變化等，判斷是否達到設計要求的深度[3]。護壁套管應鉆入中風化巖層0.2～0.5 m，防止砂粒進入套管內。目標孔深應按抗浮錨桿設計長度及入巖深度的雙控標準進行，判斷鉆孔深度達到錨桿設計長度及入巖深度時，為保障套管的順利拔出和錨桿的有效抗拔承載力，實際鉆孔深度比抗拔錨桿所需長度深0.7 m以上。鉆至目的深度后，在鉆桿回轉狀態下進行初次清孔，將砂粒及小泥塊清理干凈，拔出鉆桿，快速進行錨桿體安放。施工員在鉆孔施工過程應及時認真填寫鉆孔原始記錄表。

5.3 錨桿制安

使用鋼絲刷除去鋼絞線表面的浮銹。對錨索鋼絞線自由段進行防銹處理，涂抹防銹劑，在錨索自由段套裝聚乙烯軟管，兩端與鋼絞線利用細鋼絲綁扎牢固，使自由段不與水泥漿及孔壁間發生粘連，保證鋼絞線自由段能自由伸縮。錨索使用鋼絞線下料，每隔2.0 m設置一個對中支架（φ2 mm的細鋼絲捆扎4道），每隔2.0 m設置一個緊固件與對中支架交錯布置，使錨索體處于鉆孔中心位置。錨索體在不同束鋼絞線間相互張開無粘連，保證錨索的抗拔效果。注漿管應綁扎在桿體中心，隨桿體放入孔中，注漿管端部距桿體端部距離為50～100 mm。二次注漿管的出漿孔及端頭應具有密封措施，保證一次注漿時漿液不進入二次注漿管內。

錨桿制作應符合設計及規范要求，錨桿體安放前，報監理工程師檢查驗收合格。安放鋼絞線錨桿時應順著鉆孔方向、彎度不宜太大，防止扭壓、彎曲。桿體安裝時應防止注漿管拔出，注漿管被拔出長度超過0.5 m時，應將錨桿體拔出，重新修正后安放。鋼絞線伸出底板約0.8 m，利于安裝錨具和錨墊板及千斤頂張拉鎖定。

5.4 清孔注漿

連接注漿管，利用注漿泵向孔內泵送大泵量清水，將孔內的泥漿及沉渣沖出孔外，直至孔口返出清水。注漿材料及配合比應按設計要求確定，需要時可以摻入外加劑及摻合料，使用自來水進行水泥砂漿或水泥凈漿的拌制，不使用地下水、污水及含有影響水泥正常凝結和硬化的有害物質，以免對錨桿體造成不良影響。工程選用42.5號普通硅酸鹽水泥，采用二次注漿，第一次為M20水泥砂漿，砂的粒徑≤2 mm，含泥量≤3%；第二次為水泥凈漿，水灰比為0.45～0.50，注漿壓力不小于2.0 MPa。

漿液現場攪拌均勻，隨攪隨用。注漿機械的工作壓力應滿足設計值要求，考慮輸漿過程中管路損失對注漿壓力的影響，實際注漿機械的壓力表顯示壓力應大于設計值。一次注漿時，漿液從孔口溢出后停止注漿。一次注漿漿體初凝后，進行二次注漿。灌注要連續，不得中斷，每次注漿至孔口冒出錨固體。注漿過程應作詳細、完整的施工記錄。

5.5 張拉鎖定

錨桿張拉前應對張拉設備進行檢測標定。錨固體施工時間大于28 d或錨固體試件強度大于設計強度的80%時，進行張拉鎖定。地下室底面打鑿平整并清理干凈，鋼墊板與錨索的軸線方向垂直。錨索的張拉順序考慮鄰近錨索的相互影響，采用錨桿間隔張拉鎖定。錨桿張拉鎖定的控制應力和過程按單根錨桿抗拔承載力特征值的設計值和《巖土錨桿（索）技術規程》的荷載分級和位移觀測時間要求進行。錨桿鎖定后，有明顯應力損失時及時補償張拉。

錨索張拉驗收試驗時，檢測數量不少于總錨桿數的5%，且不少于6根，總計70根。最大試驗荷載取錨桿軸向拉力設計值的1.2倍。驗收試驗的初始荷載取軸向拉力的0.1倍，分級加荷值宜取錨桿軸向拉力設計值的0.50、0.75、1.00、1.20倍。驗收試驗中，每級荷載穩定5～10 min，記錄位移增量，最后一級試驗荷載維持10 min，待位移穩定后，卸荷至鎖定荷載進行鎖定。

5.6 封錨頭及錨頭防水

錨桿注漿強度滿足張拉要求后在錨頭頂利用環氧膠泥填實找平，錨頭安裝鋼板作為鎖具墊板，鋼板邊緣一圈設置遇水膨脹止水條。

錨桿張拉完成利用錨具鎖定，剪除突出的錨桿，采用環氧膠泥進行錨頭封閉，封閉前預埋灌漿嘴，環氧膠泥達到強度后采用二次灌改性環氧進行防水處理。

6 結語

綜上所述，對樁基礎地下室的建筑工程結構設計不應忽視地下水對建筑物的浮托作用。建筑物抗浮設計中，除了考慮勘察報告表明水文地質條件，還應綜合考慮建筑工程地質、水文地質條件、周邊水系及特殊情況的相互作用和影響。設計初期需要重視有關工程基礎抗浮設計，嚴格按照設計要求施工。在預應力錨桿施工項目中，施工單位應明確整個施工項目的流程，結合施工項目的特殊情況，采取適當的控制措施；對可預見的施工工藝問題提前采取預防和處理措施，從而順利完成施工任務，確保施工質量。