基坑支護預應力錨索預埋管防堵漏施工技術

劉崢志,陳來勇,雷 斌

(1.深圳市工勘建設集團有限公司,廣東 深圳 518063; 2.深圳市工勘巖土集團有限公司,廣東 深圳 518063)

0 引言

樁錨支護形式是目前深基坑支護中最常用的一種,主要由一系列排樁和預應力錨索組成。隨著基坑不斷向下開挖,時常發生預應力錨索在張拉鎖定后,在錨索錨頭或冠(腰)梁處出現不同程度的滲漏水現象。長時間的錨索滲漏水,會引起基坑周邊地下水位不同程度的下降,導致周邊管線、建(構)筑物不同程度沉降。

為消除錨索漏水對基坑造成的安全隱患,現場往往根據錨索滲漏水的大小情況,采取針對性措施進行處理。當出現錨頭處浸透或細微漏水時,采用在錨頭鋼墊板處鉆鑿數個注漿孔,并采用高壓注漿機注入化學漿液,對錨頭處的滲流通道進行封堵,可實現快速封堵滲漏點。而當錨頭滲漏水較大時,采用上述化學注漿處理后,錨頭處漏水點被封堵后,有的會轉而在錨索的冠梁或腰梁部位出現繞滲,此時采用在腰梁與支護樁交界處沿錨索的角度鉆斜孔,并實施水泥漿+水玻璃的雙液快速固結注漿,對錨索非錨固段通道進行完全封堵。采取上述2種處理方法,均能有效處理錨索漏水,但這些堵漏處理均屬于事后補救,需要重新實施鉆孔、埋管、注漿或搭設腳手架,給現場施工帶來較大的影響。

為更好地解決預應力錨索滲漏水問題,將事后處理轉變為事先預防性控制,介紹了一種基坑支護預應力錨索預埋管防堵漏施工技術,在施工錨索處的冠(腰)梁鋼筋綁扎、支模板、澆筑混凝土前,事先預埋1根PE注漿管,一端進入預應力錨索通道內,另一端伸出冠(腰)梁混凝土頂面。若在錨索張拉鎖定后,隨著基坑向下開挖,錨索未出現滲漏時,則無需處理;若錨索出現滲漏,則向預埋的PE注漿管灌入環氧樹脂,環氧樹脂與水相遇發生化學反應迅速膨脹形成固結體充滿錨索滲水通道,將滲水通道阻塞,達到堵漏效果。

1 工程概況

南山區中醫院建設項目地基與基礎工程位于深圳市南山區同樂片區,南博二路與南博三路交叉口,深圳市藝術學校南山學校東側,深圳市博倫職業技術學校南側,深圳市公物倉西側。基坑開挖面積約為10 383 m2,周長約為405 m,擬開挖4層地下室。基坑開挖深度16.00～24.50 m。東西兩側規劃道路比現狀標高低,先平整至規劃道路標高后,采用上部放坡,下部樁錨支護。南側平整至規劃地坪標高后采用上部放坡,下部樁錨支護。錨索共902根,單根長度20～34 m,總長27 782 m。該工程現場地下水位較高,在基坑土方開挖至第1道錨索以下時(地面以下5～8 m),個別錨頭開始出現滲漏現象。經過注漿堵漏準備后,通過向事先預埋在冠(腰)梁的注漿管灌入環氧樹脂,將滲水通道阻塞,達到了立竿見影的堵漏效果,得到參建各方的一致好評。

2 基坑支護預應力錨索預埋管防堵漏施工工藝

2.1 適用范圍

1) 適用于地下水豐富的基坑支護預應力錨索預防性堵漏。

2)適用于基坑支護冠梁、腰梁處滲漏的預應力錨索堵漏。

2.2 工藝原理

預應力錨索出現滲漏,主要是由于基坑支護錨索孔口區域地下水較豐富,或錨索成孔時鉆穿承壓水層,造成錨索孔內外水壓差大,孔口范圍內的錨固漿體難以凝固,豐富的地下水沿著非錨固段錨索孔通道從錨頭滲出。此外,錨索施工非錨固段錨索波紋管受損,造成地下水進入錨索波紋管形成滲水通道,沿錨索從錨頭滲出。錨索滲漏水主要原因是錨固體內存在與地下水貫通的滲水通道,在錨頭和冠(腰)梁下滲出。因此,只要對該滲水通道進行完全封堵,便可解決預應力錨索滲漏水問題。

2.2.1預埋管堵漏原理

本技術針對錨索產生滲漏的原因,在錨索滲水通道內事先埋設注漿管,一旦出現錨索漏水,從預埋的注漿管口實施注漿即可進行有效封堵。

1)冠梁處預應力錨索預埋管

冠梁開挖時,梁背后通常會超挖一定空間進行支模,工人可在冠梁鋼筋骨架背后將PE注漿管預埋進PVC保護套管中。在冠梁鋼筋綁扎完成后,模板未封閉前,將1根長約2 m的φ25 PE注漿管從冠梁鋼筋后方插入φ75錨索PVC保護套管內,插入長度約30～50 cm,然后使用水泥砂漿將錨索PVC保護套管與錨孔間的空隙封堵密實。PE注漿管另一端豎直露出冠梁外,作為注漿口。冠梁預應力錨索預埋注漿管過程如圖1所示。

圖1 冠梁錨索PE注漿管預埋過程Fig.1 PE grouting pipe pre-embedding process for prestressing anchor cable at bent cap

2)腰梁處預應力錨索預埋管

腰梁施工通常將腰梁處支護樁鑿毛后直接澆筑混凝土,考慮到腰梁背后無操作空間,難以將PE注漿管插入錨索PVC保護套管中,此時采取將PE注漿管從錨孔口插入錨索孔內,插入長度約30～50 cm。注漿管插入預應力錨索孔后,使用水泥砂漿將PVC保護套與錨索孔間的間隙全部封堵密實。腰梁預應力錨索PE注漿管預埋過程如圖2所示。

圖2 腰梁錨索PE注漿管預埋過程Fig.2 PE grouting pipe pre-embedding process for prestressing anchor cable at wai purlin

2.2.2注漿堵漏原理

采用疏水性環氧樹脂改性注漿材料,該材料具有良好的疏水性能、化學穩定性高,遇水后立即發生化學反應產生二氧化碳和不溶于水的發泡體,持續產生的二氧化碳推動發泡體向空隙深處擴散。發泡體充分反應膨脹后,最終形成具有一定強度的堅韌固結體,并將整個滲水通道完全填充,從而阻塞通道滲水,達到堵漏效果。

當出現預應力錨索滲漏后,通過往預留的PE注漿管口灌入環氧樹脂,環氧樹脂進入錨索滲水通道后,與地下水發生化學反應,膨脹形成發泡固結體,將滲水通道阻塞,便可完成堵漏。冠、腰梁錨索滲漏注漿封堵原理如圖3,4所示。

圖3 冠梁錨索滲漏注漿封堵原理Fig.3 Principle of grouting and plugging when the anchor cable at the bent cap is leaking

圖4 腰梁錨索滲漏注漿封堵原理Fig.4 Principle of grouting and plugging when the anchor cable at the wai purlin is leaking

2.3 工藝流程

基坑支護預應力錨索預埋管防堵漏施工工藝流程如圖5所示。

圖5 施工工藝流程Fig.5 Construction process

2.4 操作要點

1) 預應力錨索二次注漿 ①預應力錨索灌注純水泥漿,水泥漿采用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥拌制,水灰比為0.45～0.55,且保證漿體強度等級不低于C25;②注漿為兩次注漿,第1次注漿為常壓置換注漿,待孔口溢漿即可停止,第2次為高壓注漿,注漿壓力不宜小于2.0 MPa。

2) 冠(腰)梁鋼筋綁扎 ①根據設計圖紙要求綁扎冠(腰)梁的主筋、箍筋,并仔細檢查鋼筋間距是否符合相關規范、設計要求;②主筋采用直螺紋套筒連接。

3) 預應力錨索穿PVC保護套管 ①準備好1段φ75 PVC保護套管,并將一端切割成坡口,角度與錨索傾斜角度相符;②將同孔所有錨索全部穿入PVC保護套管,然后將PVC保護套管插入冠(腰)梁底部,保證澆筑冠(腰)梁混凝土時不將錨索包裹。

4) PE注漿管材料準備 ①將成捆的φ25PE注漿管使用臺鋸或手持切割機切割成小段,每段長約2 m;②PE注漿管不允許出現壓扁、折痕、刺穿等損壞,否則廢棄。

5) 冠梁PE注漿管預埋至PVC保護套管內 ①冠梁鋼筋綁扎完成后,錨索穿PVC保護套管時,同時進行PE注漿管預埋;②工人在冠梁鋼筋骨架背后,將PE注漿管從錨索PVC保護套管根部插入,插入套管的長度控制在30～50 cm。③PE注漿管一端插入PVC保護套管后,調整另一端的角度,使其盡可能豎直朝上,并使用扎絲將其位置固定,并保證伸出冠梁混凝土頂面以上長度≥20 cm。④PE注漿管完成預埋后,露出混凝土面的一端用透明膠帶包封,避免澆筑混凝土時混凝土進入PE注漿管發生堵塞。

6) 腰梁PE注漿管預埋至錨索孔道內 ①腰梁預埋PE注漿管時,將PE注漿管從腰梁鋼筋前方插入預應力錨索孔內,插入長度控制在30～50 cm;②PE注漿管一端插入預應力錨索孔口后,調整另一端的角度,并固定其位置。伸出腰梁混凝土頂面的PE注漿管長度≥20 cm,露出部分使用透明膠帶包封,避免混凝土進入PE注漿管。

7) 冠梁錨索PVC保護套管頭封堵 ①配備干硬性水泥砂漿,按水泥∶砂=1∶(2～3)進行配制;②人工將砂漿封堵在錨索PVC保護套管管頭與地面的空隙處,并手壓密實形成土包狀。錨索PVC保護套管頭封堵如圖6所示。

圖6 冠梁PVC套管頭封堵Fig.6 Seal the gap between the PVC casing at the bent cap and the ground

8) 腰梁錨索孔口封堵 ①使用與冠梁錨索PVC保護套管頭封堵相同的干硬性水泥砂漿進行錨索孔口封堵;②人工將砂漿封堵在腰梁錨索孔口,PVC保護套管、注漿管之間的空隙處,并密實。腰梁錨索孔口封堵如圖7所示。

圖7 腰梁錨索孔口封堵Fig.7 Plugging of anchor cable holes at wai purlin

9) 冠(腰)梁混凝土澆筑及養護 ①冠梁PVC保護套管(腰梁錨索孔口)封堵完成,安裝冠(腰)梁模板,開始澆筑冠(腰)梁混凝土;②澆筑混凝土時,注意振搗密實,特別是錨索PVC保護套管周邊,混凝土采用泵送混凝土,強度等級為C30;③混凝土澆筑完成,根據施工環境、氣候條件和使用的水泥品牌及時進行養護,養護時間不少于14天。

10) 預應力錨索張拉鎖定 ①錨索錨固體強度達到設計強度80%后方可進行張拉鎖定;②每根錨索均應按設計拉力的1.0倍進行預張拉,然后卸荷至鎖定荷載進行鎖定。

11) 注漿堵漏準備 ①錨索完成張拉、鎖定后,若出現錨頭滲漏現象,便開始注漿準備,若無滲漏則無需處理。②提前采購足夠的注漿材料環氧樹脂,仔細閱讀材料使用說明,環氧樹脂為鐵桶包裝,每桶10 kg。③準備一個塑料礦泉水瓶,將底部裁剪掉,形成漏斗狀。④將露出冠(腰)梁頂面PE注漿管過長的部分使用手持切割機將其切除,長度以插入礦泉水瓶注漿時不發生傾倒即可。

12) PE注漿管口灌入環氧樹脂 ①將漏斗狀礦泉水瓶插入PE注漿管頭;②一個工人扶穩PE注漿管,另一工人緩慢向礦泉水瓶內灌入環氧樹脂。

13) 環氧樹脂混合液從錨頭滲出 ①邊灌入環氧樹脂,邊觀察錨頭滲水情況;灌入后約3～5 min,錨頭滲水量開始增大,顯示環氧樹脂在錨索通道內與水之間開始發生反應,產生出CO2氣體,同時環氧樹脂漿液體積膨脹,沿錨索滲漏通道擠出。②持續往PE注漿管內灌入環氧樹脂,直至錨頭滲出黃色環氧樹脂與地下水的混合液即可停止灌入。根據錨頭滲水量大小,灌入環氧樹脂灌入量約為1/3～1/2桶。

14) 混合液從PE注漿管口排出 ①環氧樹脂混合液從錨頭滲出后,隨著反應時間加長,發泡體在錨頭凝結,阻礙通道水滲出,通道水滲出開始減少,開始轉從上方PE注漿管口冒出;②通道水從PE注漿管排出約1～2 min后,黃色環氧樹脂混合液及發泡體開始從注漿管口排出,并隨后排出部分環氧樹脂發泡體。通道水及環氧樹脂發泡體從注漿管口排出。

15) 封閉PE注漿管口 ①當錨頭與PE注漿管持續排出環氧樹脂發泡體時,及時將PE注漿管口封閉;②封閉PE注漿管時將注漿管對折,并用鐵絲綁牢。

16) 環氧樹脂停止滲出、堵漏完成 ①PE注漿管口封閉,錨索通道內的水完全排出后,環氧樹脂在滲水通道內充分反應、膨脹,錨頭持續滲出環氧樹脂反應膨脹后的發泡體;②靜置約5 min,環氧樹脂發泡體滲出量開始減緩,并逐漸反應形成具有一定強度的固結體;③發泡體充分反應成固結體后,停止從錨頭滲出,錨索滲漏水完成封堵,錨頭排出發泡固結體。

2.5 施工工藝特點

1) 堵漏效果顯著

本技術采用將預埋注漿管進入預應力錨索通道內,選用LC疏水性環氧樹脂作為注漿材料,該材料遇水立即反應產生CO2氣體并推動漿液向裂縫擴散,形成堅韌的固結體,將錨索的滲水通道阻塞,堵漏效果顯著。

2) 堵漏操作便捷

本技術無需使用機具,僅在施工冠(腰)梁鋼筋、模板時事先預埋1根PE注漿管,當錨索張拉鎖定出現滲漏后,通過人工向PE注漿管內灌入注漿材料,注漿材料與錨固體中的滲漏水發生反應,迅速阻塞滲水通道實現完成堵漏,現場操作便捷。

3) 施工綠色環保

本技術使用的注漿材料為綠色環保材料,對環境無害、無污染且耐酸、堿,耐化學腐蝕性好;將注漿材料灌入預埋的注漿管中,在與滲漏的地下水反應過程中僅釋放出少量CO2,孔口溢出的反應物成塊狀,清理方便,對土壤和大氣均無污染。

4) 綜合成本低

本技術所用材料均為成品材料,采購方便、使用量少;操作過程便捷,僅使用常規小型器具,無需鉆孔、壓漿設備,1～2個人便可完成堵漏施工;堵漏過程對現場其他工序無任何影響,可同步進行,綜合成本低。

3 結語

通過事先預埋1根PE注漿管進入預應力錨索通道內,在錨索出現滲漏時,向預埋的PE注漿管灌入環氧樹脂,環氧樹脂與水相遇發生化學反應迅速膨脹形成固結體充滿錨索滲水通道,將滲水通道阻塞,達到堵漏效果。經數個項目基坑支護錨索堵漏應用,該技術達到了操作便捷、快速堵漏、成本經濟的效果,取得了顯著的社會和經濟效益。