预应力锚索在某地下室抗浮中的应用

刘晓群

(福建建工集团总公司 福建福州350001)

引 言

预应力锚索是一种利用钢绞线成束的抗拉高强性能，使其锚入稳定岩层内部并预先施加张拉应力的施工技术。锚索安设锁紧后，在预应力作用下，围岩在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”，提高了围岩的整体性和内在抗力。支护结构中，常用此技术将对主体结构的不利应力传递到稳定岩层的主动支护方式。

两层及多层地下室，一般抗浮水头较大，仅靠结构自重基本难以满足地下室抗浮要求，需设计抗浮(抗拔)措施作为地下室抵抗水浮力的补充手段。我们可以利用预应力锚索的高强抗拉性能，将水浮力传递给稳定岩层，达到地下室整体抗浮的目的。

预应力锚索的施工一般分为施工准备、钻孔、锚索制作、锚索安装、注浆、张拉锁定和封锚等步骤。

1 工程实例分析

某小区地下室，地下室2层(图1)，结构层高分别为负二层5.35m、负一层5.25m，顶板覆土1.1m，底板厚度0.4m。地质概况:地下室底板以下分布15～16m的淤泥层、2～3m强风化层、中风华花岗岩层。

图1 地下室局部剖面图

a.抗浮设计水头高度=(5.35+5.25+1.1+0.4)－0.5=11.6m

b.水浮力=11.6×10=116kN/m2

c.结构自重=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(水浮力设计标准值)

e.根据电算结果，地下室大部分单柱水浮力反力为5000KN左右。

1.1 地下室抗浮基础选型

a.方案一:PHC管桩。因淤泥层厚道较大，单节13mPHC管桩的抗拔力特征值仅为300KN左右，单柱需18～20根PHC管桩。此方案桩数多，承台大，工期长，造价多。

b.方案二:岩石锚杆。该方案需要持力层有稳定岩体作为锚体，该工程岩体埋置较深，且采用岩石锚杆作为抗拔手段，单根锚杆抗拔力较小，整个工程需要较多锚杆数。工程造价较多，施工时间较长。

c.方案三:预应力抗拔锚索(图2)。持力层中风化花岗岩层。采用6束预应力锚索，单孔锚索抗拔特征值为550KN，最大单柱需要10根预应力锚索(图3)。此方案承台小，可以先施工工程主体后施工预应力锚索，工期时间少。最终选取此方案。

图2 预应力锚索构造

图3 10锚承台

1.2 施工

场地地质因素对预应力锚索的成孔、张拉锁定等关键性工序影响很大，故要求全面施工前必须进行非工程用锚索的试验性施工，以检验工艺流程和最终承载力(抗拉承载力)，为今后全面施工提供超张拉和成孔依据。本工程先选取典型地质勘探孔附近进行非工程的锚索基础试验，第一组数量为3根(如失败将进行第二组3根试验，直至成功)。

施工工艺中难点在于二次注浆、张拉锁定两个环节，也是预应力锚索成败的关键。

a、注浆。①注浆配合比:因锚孔直径仅为168mm左右，一般采用纯水泥浆灌注，水灰比取0.4～0.5。为确保注浆质量，浆液中可掺入适量的膨胀剂及早强剂或水玻璃，强度不应小于40MPa。②清孔、洗孔:在成孔后应及时进行清孔、洗孔，拟采用高压空气和高压水双管同时进行清洗孔高压水可采用高压注浆泵加压，压力不小于10MPa，出水管底端部应塞紧，在底部水管侧面均匀开设4个出水孔，孔径为5mm，高压空气管出气口可略低于水管的出水孔，并同时自下而上注入空气和高压水，直至孔口溢出清水为止。③第一次为常压注浆。注浆前应用气泵沿一次注浆管清孔干净。注浆管插至钻孔底部，由孔底的端部注入，空气由止浆环处的排气管排出。④连续缓慢灌注水泥浆液，当注浆量大于理论注浆量，回浆的比重不小于原始注浆的比重，且稳定注浆三十分钟后方可结束。⑤一次常压注浆结束初凝后(一般为2～12h)，要进行二次增压注浆。第二次注浆为加压灌注(压力值达到4～5MPa后，稳压注浆2min)，二次注浆过程中如有渗水，要按固结灌浆要求灌注。个别土层(如卵石层、全风化层)在压力注浆时容易跑浆，压力一直无法满足要求，此时应该及时调整水泥浆配比，提升浆体的粘稠度、早强性能。

b、张拉锁定。张拉锁定宜在锚固体强度大于30MPa、承台或底板砼达设计强度80%后进行，锚具为钢质锥形锚具。锚索托台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直，锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索同轴一线，确保承载均匀，锚索的张拉必须采用专用设备，设备在张拉作用前应进行标定，锚具、夹片等检验合格后方可使用。①钢绞线预应力张拉分为单股预紧和整体分级张拉2个阶段。锚索正式张拉前，应取10%～20%的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使钢绞线完全平直，且各部位紧密接触。对于分散型锚索，因各单元锚索长度不同，张拉必须严格按照要求分次序分单元，采用差异张拉。根据设计要求的荷载和锚入岩体的长度确定差异张拉荷载。整体张拉共分5级，即设计荷载的25%，50%，75%，90%，100%，110%。在张拉到最后一级荷载时，持荷稳定20min后可卸荷锁定。锚索锁定后48h内，如有明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。当保持最大总荷载20min，且20min内锚索的徐变位移值不大于1mm时，则认为锚索合格;否则需再稳压45min。锚索合格后，以20kN/min匀速卸载至设计荷载锁定。张拉锁定后48h内，若预应力损失超过设计张拉应力的10%时，应进行补偿张拉。补偿张拉应在锁定荷载值的基础上一次性张拉至超张拉荷载值，补偿张拉一般不超过2次。②张拉设备的额定值必须大于最大设计张拉值，并有一定的富余度，以确保多次使用后仍能满足的确度的要求。③若由于地下水位的变化，地下室整体(或局部)出现下沉时，相应的抗浮锚索将出现应力损失，此时应再进行补偿张拉。

c、地下室抗浮锚索工程的主要施工顺序及工艺要求。①首先应在地下室周圈设置降水井、排水盲沟等，降水井、排水盲沟的数量及设置以控制地下水位处于底板面标高以下500为准且在抗浮锚索施工中均应控制地下水位标高不高于底板底标高抗浮锚索发挥作用后，可根据其他抗浮加固措施的施工进度，逐步减少降水井的工作数量(具体以现场实际观测的水位为准);②底板底与土层间隙间的注浆处理;③地下室边缘抗浮措施施工;④抗浮锚索的施工及锁定。

试验结果:分别对试验锚索进行静载实验均能满足设计要求(极限承载力标准值1100kN)。上述成孔、张拉步骤可作为本工程的施工依据。

2 结语

多层地下室水浮力较大，如果采用普通的桩基础，仅仅靠桩基础的摩擦力进行抗浮，往往造价大、工期长。而采用预应力锚索作为抗浮的技术措施，可以将水浮力通过高强钢绞线传递到岩层大地体中;且可以利用锚索后置施工的特点安排整个工程的先后施工顺序，对工程的施工建设起到较为积极的作用。

［1］GB50010－2010，混凝土结构设计规范［S］.

［2］DL_T5083－2004，水电水利工程预应力锚索施工规范［S］.

［3］GB/T5224－2003，预应力混凝土用钢绞线［S］.

［4］李晨光.预应力混凝土结构设计及工程应用［M］.北京:中国建筑工业出版社.2013.6.