大直径精轧螺纹钢抗浮锚杆在地下空间工程中的应用探析

李锦通，陆天嘉 （中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 510000）

0 前言

在沿海地区或地下水位埋深较浅的地区，由于地下水水位较高，大型地下空间结构往往埋置深度深，基础面积大，上部结构层数少，自重小，地下水浮力常年大于上部结构的自重。忽视地下水浮力而造成地下结构开裂、倾斜甚至破坏的事故时有发生，需要采用有效的抗浮措施增加基础抗拔力。

我国对于减少复杂环境下深基坑工程施工中对周边既有结构物扰动的研究起步较晚，但随着近年来工程经验的积累及相关规范的逐步完善，相关研究和应用已初见成效。现有的常用建筑抗浮方法有三种：一是释放水浮力法，在基底下方设置静水压力释放层，使基底下的压力水通过释放层中的透水系统汇集到集水系统，并导流至出水系统后进入专用水箱或集水井中排走，从而释放部分水压力；二是增加配重法，多用于地下水浮力较小或结构自重与地下水浮力相差较小的情况，通过增加覆土、结构自重或边墙加载等方法增加上部结构自重来抵抗浮力；三是抗浮锚杆法，利用深入持力层并与结构底板结合的抗浮锚杆的抗拔力，和结构自重共同抵抗地下水浮力。

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抗浮锚杆与现有其他地下室底板基础施工技术相比，减少了对周边既有结构的影响；合理优化施工工艺，缩短了工程工期，同时也减少了基坑开挖见底到地下室底板成型的间隔时间，提高了深基坑施工的安全性；选用预应力大直径螺纹钢作为抗浮锚杆，合理利用材料优势，增强了地下结构的抗浮稳定性。

1 工程概况

1.1 工程背景

广州某市政工程地上部分为附属一层公建，地下部分为主体三层地下空间，最大单层建筑面积为8200m2。基坑深度为20.2m，基坑开挖基底揭露的地基土层及基础持力层主要是中风化花岗岩层。基础采用天然地基＋抗浮锚杆的形式，抗浮锚杆进入持力层7.5m以上。基坑所在区域地下水埋深较浅，仅有1m，预计地下室所受水浮力较大。且基坑邻近区域存在已运营的城市地铁隧道，施工全过程均需考虑减小对既有地铁隧道的扰动。

1.2 预应力大直径精轧螺纹钢抗浮锚杆

锚杆杆体安放完成后，开始进行注浆。锚杆注浆体为纯水泥浆注满，施工工艺采用二次注浆技术，止浆密封装置的注浆应待孔口溢出浆液后进行，且注浆压力不低于2.0MPa。注浆体水泥浆采用42.5级以上普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45。钻孔内注浆时，注浆管的出浆口应插入距孔底300mm～500mm处，浆液自下而上连续灌注，且确保从孔内顺利排水、排气。

协调抗浮锚杆杆体的制作时间与成孔时间，尽量做到制作完成后便成孔，具备安装锚杆体的条件，减少抗浮锚杆的空置时间。锚杆体材料采用单根直径为32mm的预应力精轧螺纹钢筋，长度定制，保证进入基础持力层7.5m。钢筋应平直并除锈，其表面涂刷环氧树脂防腐。杆体锚固段长度范围，杆体上不得有可能影响与注浆体有效粘结和影响锚杆使用寿命的有害物质。

图1 抗浮锚杆示意

在本工程中使用的预应力大直径精轧螺纹钢抗浮锚杆采用定制的整根直径32mm的预应力螺纹钢筋作为锚杆主材，抗拉强度设计值900N/mm2。锚杆长度满足使用要求，上部锚筋露出锚具不小于300mm，下部深入中风化花岗岩层7.5m。由于使用的是螺纹钢，锚具和垫板可方便地固定在锚杆件上，便于施工，同时不使用直螺纹套筒等方法将短钢筋接长，避免锚杆的整体抗拔强度损失。

钻孔达设计深度，安装锚杆前，应用水清孔直至孔口流出清水为止，以确保孔深及锚杆注浆质量。此时可再次检查确认孔深，检查方法可采用皮尺端部悬吊重锤放入孔内检查或插入定长钢筋检查。

2 施工工艺及过程控制

2.1 施工工艺流程

详见图2。

图2 施工工艺流程

2.2 抗浮锚杆成孔施工

在成孔施工前，根据测量控制点与施工平面图进行测量放样。在基层上弹出孔位基准线。根据基准线确定出具体锚杆位置采用插筋法作好标记，进行复核验收。根据《岩石锚杆（索）技术规程》（CECS22:2005）及设计图纸的相关要求，锚杆孔距误差应控制在100mm以内。

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沿杆体轴线方向每隔1.5m设置一个定位器，定位器为橡胶套环，套在杆体上，中间涂30厚遇水膨胀止水泥胶。定位器上预留有槽，注浆管、排气管固定在槽内并与锚杆杆体绑扎牢固。

2.3 抗浮锚杆杆体制作

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抗浮锚杆应在底板垫层及砖胎膜施工完成后进行施工，根据场地标高及钻杆长度控制钻孔深度。

图3 安装好定位器及注浆管的锚杆

锚杆上部采用锚垫板及螺帽与地下室底板钢筋锚固，在垫板下方双向布置各两条强度等级HRB400直径22mm的斜拉钢筋与底板上部主筋绑扎，弯起角度45°。

锚杆体的制作、存储在施工现场的专门作业棚内进行；并在存储、搬运、安放时，就避免机械损伤、介质侵蚀和污染。

2.4 清孔

锚固注浆体为纯水泥浆注满，在成孔放置锚杆体后采用二次注浆技术进行孔口封闭。

（ 来源：《黑龙江日报》 2018-08-19 http://epaper.hljnews.cn/hljrb/20180819/374851.html ）

2.5 抗浮锚杆杆体安放

图4 锚杆上部垫板

图5 垫板与钢筋锚固

钻至设计深度并清孔后，将制作好的锚杆体垂直安放至钻孔内，锚杆体下到孔底且保证保护层厚度。预先在孔口位置的钢筋处焊接一长度大于孔口直径（150mm）短钢筋作为定位架，以保证锚杆与底板的锚固长度要求。

2.6 抗浮锚杆注浆

在现有工程实例中，抗浮锚杆较为常见的做法是采用普通钢筋作为锚杆件，为了达到锚杆抗拔设计值，往往一个锚杆孔中放置两根或者两根以上普通钢筋锚杆件。这种做法既在施工质量上得不到有效保证，同时在成本上也会造成浪费。

现场应协调工序时间，水泥浆应搅拌均匀，随伴随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液。注浆开始和中途停止超过30min，再作业时，要用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路，避免浆体凝固后堵塞注浆机及注浆管。

2.7 抗浮锚杆成品保护

注浆后因浆体固结并达到设计需要时间，需要三天以上的保护期，才可进行底板钢筋绑扎，养护期内不得随意敲击杆体，也不得在杆体上悬挂重物。

2.8 抗浮锚杆的试验验收

复核验收后，将钻孔机就位，进行钻孔施工。钻孔机具使用履带式锚固钻机，方便在基坑内移动作业钻孔，钻Φ150圆直孔至设计深度，机械成孔深度由现场进行确认，不应小于设计长度，也不宜大于设计长度500mm。钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的2%。

①试件抗压试验。将注浆水泥浆做抗压试块并标养，28天抗压检验强度不小于30MPa。

②锚杆拉拔试验。待注浆完成经过养护期后，进行抗拔力检测，包括基本试验和验收试验。

图6 锚杆拉拔试验

基本试验数量不少于3根，最大试验荷载取杆体极限抗拉强度标准值的75%或屈服强调标准值的85%中的较小值，且不应小于锚杆承载力特征值的2倍。基本试验完成后才允许进行大规模抗浮锚杆施工。

验收试验数量占锚杆总量5%且不少于3根，要求等同于基本试验。

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3 总结

在本文背景工程这一深基坑高水位的大型地下空间施工项目中，针对结构受水浮力较大的情况，采用预应力大直径精轧螺纹钢筋作为抗浮锚杆主材，进行基础部分施工，经抗拔检测后均达到设计要求。预应力精轧螺纹钢筋在抗浮锚杆中的应用优势明显，施工方便，对周边环境造成的扰动小；施工工期短，可显著减少基坑开挖见底至结构完成的坑底暴露时间，提高了深基坑施工的安全性；施工质量有保证，试验检测后合格率高，产生了社会效益。可以为高地下水位环境下大型多层地下空间工程的抗浮锚杆施工提供施工经验与参考。