反竹节形抗浮预应力注浆锚杆施工技术

李 辉

大荣建设集团有限公司 浙江 宁波 315192

随着国民经济高速发展，地下结构工程也愈来愈多[1]。由于地下结构工程勘察、设计及施工中存在种种缺陷，如勘察报告提供的地下水位偏低、设计的桩型或锚杆不合理或抗拔承载力不足、基桩或锚杆施工中存在缺陷或地下结构后浇带封闭过早等[2]，均容易导致暴雨时地下结构产生上浮破坏，尤其是无地上建筑物的地下结构更容易产生上浮破坏。

1 工程概况

宁波市某商业广场地下1层车库，层高3.6 m，平面呈方形，建筑面积约9 600 m2，地上无建筑；框架结构，基础由底板与承台地梁及预应力PTC400（55）A管桩组成，桩长27 m，桩端持力层为可塑状粉质黏土；底板厚400 mm，顶板厚250 mm，框架柱截面400 mm×400 mm，间距7.8 m×（5.4～8.4） m，框架梁截面300 mm×700 mm，外墙厚300 mm，建于20世纪末。在台风暴雨连续5 d的作用下，产生地下车库上浮破坏，底板最大上浮量286 mm，位于中心区。分析该工程项目上浮破坏的原因，主要是地下水位标高估计不足与预应力管桩抗拔承载力不足而产生的。

2 加固处理措施

设计采用反竹节形抗浮预应力注浆锚杆加固基础。抗浮锚杆总根数860根，单根长24 m，锚杆筋为1φ32 mm，锚固段进入可塑状粉质黏土层，钻孔直径150 mm，在钻成孔后采用加浆囊袋及扩孔注浆施工工艺形成大直径反竹节形土层锚杆，注浆扩孔后直径不小于250 mm，能有效增大锚杆体与土层间的摩阻力，如图1所示。钻孔深度大于锚杆设计长度0.5 m。锚杆主筋1φ32 mm连接采用套筒连接，每间隔2 m设置1个对中支架，钢筋应平直无锈并予以镀锌，套筒连接处应涂刷防锈漆。注浆管和浆囊袋应与锚杆筋体绑扎牢固。浆囊袋由土工织物制作，并有一定强度，长度L＝锚杆总长－0.6 m。单根锚杆抗拔承载力特征值为150 kN。

图1 反竹节形抗浮注浆锚杆纵剖面示意

3 施工工艺要点

3.1 扩张浆囊袋

通过二次压力注浆使锚杆注浆体外围的浆囊袋的直径大大扩张，仅在束腰铁丝绑扎部位（反竹节沿竖向间距约3 m）保留较小直径，地下结构在浮力作用下，锚杆的抗拔承载力特征值由注浆体周边土体的摩阻力和反竹节部位的摩压力组成，后者在计算中作为安全储备。

单根锚杆抗拔承载力特征值Rt按公式（1）计算：

式中：K——抗拔安全系数；

Ψ——锚固长度对黏结强度的影响系数；

d1——注浆体直径；

li——锚杆锚固段所处土层厚度；

fmi——注浆体与相应土层间的黏结强度标准值。

式中各项参数取值详见标准CECS 22:2005《岩土锚杆（索）技术规程》。对于设计等级为甲级的建筑物，Rt应通过现场试验确定，同时应验算锚杆筋的强度是否符合相关要求。

3.2 二次注浆

第1次压力注浆通过一次注浆管注入强度等级为M30的水泥砂浆，注浆压力为0.8～1.0 MPa，一次注浆管的出浆孔在其下端，浆液由下而上充满浆囊袋，束腰部位（反竹节处）通过注浆短管出浆；第2次压力注浆通过二次注浆管注入强度等级为M30的纯水泥浆，注浆压力为1.5～2.0 MPa。第2次注浆应待第1次的注浆体强度达到5 MPa后进行。二次注浆管的侧壁开置φ10 mm出浆孔，孔距500 mm，应用胶带纸封孔防止第1次注浆时堵住孔眼，在第2次的高压浆液作用下自动破孔出浆。

通过2次压力注浆（浆液掺微膨胀剂），不但形成了扩径式反竹节形的注浆体，而且与周围土层紧密接触，从而提高了与土层间的黏结强度。

3 施工工艺流程

施工准备→测量放线→钻锚杆孔→筋体和注浆管及浆囊袋置入锚杆孔内→一次压力注浆→二次压力注浆→施工底板→张拉预应力筋→锁定、焊接→继续施工锚杆→检查验收→封闭张拉孔

3.1 施工准备

施工准备工作主要包括熟悉工程地质勘察报告和抗浮注浆锚杆设计图纸，编制专项施工方案，材料和施工机具进场等。

3.2 测量放线和筋体、注浆管、浆囊袋的制作

根据设计的抗浮锚杆平面布置图进行测量放线，采用竹签或木桩标识出锚杆位置，对于既有地下结构抗浮加固的锚杆则用红漆标识于底板面。锚杆筋采用HRB400镀锌粗钢筋或钢绞线（fptk＝1 720～1 860 MPa），钢绞线应选用有保护套的无黏结钢绞线及其承载头，粗钢筋采用约3 m长一节，每隔2 m焊上φ6 mm对中的定位架。筋体采用直螺纹套筒连接，当地下结构层高限制时，应缩短节长，如图2所示。

图2 加工制作锚杆筋

注浆管常用PVC塑料软管，直径20～25 mm，制作出浆孔。浆囊袋采用土工织物制作，对应成孔直径为150 mm的袋径为250 mm。

3.3 钻锚杆孔

根据设计的抗浮锚杆孔径和长度以及工程地质条件选择钻机型号及配套的钻杆，对于既有地下结构抗浮加固时，宜先用空气压缩机带动风镐凿出楔形棱锥锚杆孔，当遇到既有的底板筋时应切断上弯。

在淤泥质黏土等软弱土层中应采用慢转速钻进成孔。由于抗浮锚杆的孔径较小，钻孔时一般土层可采用注水护壁，当遇到易坍孔的松散状砂土或锚杆孔径较大时应采用泥浆护壁，如图3所示。

图3 钻机钻锚杆孔

3.4 安放筋体、注浆管及浆囊袋组合体

锚杆成孔后移掉钻机，将事先制作好的筋体、一次与二次注浆管组合置入锚杆孔中。

由于锚杆筋体自重大，应用简易吊架吊住下段筋体，再用直螺纹套筒连接好依次置入孔中，同时将筋体、一次与二次注浆管及束腰部位（反竹节处）的注浆短管与浆囊袋用铁丝按设计的间距绑扎后沉放入孔中，沉放时应将筋体置于孔中心，插入孔内的深度不应小于锚杆设计长度的98%，插入组合体如图4所示。

图4 插入锚杆筋、注浆管及浆囊袋组合体

3.5 压力注浆

1）第1次注浆浆液为M 3 0（或按设计等级）水泥砂浆，水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，灰砂比1∶（0.5～0.8），细骨料采用中砂；或采用M30纯水泥浆，水灰比0.45～0.50。水泥砂浆或水泥浆应搅拌均匀，随拌随用，一次拌料应在初凝前用完，注浆压力为0.8～1.0 MPa。注浆需连续慢速进行，浆液从一次注浆管的下端往上注出扩径式充满浆囊袋全长。

2）第2次注浆浆液为M 3 0的纯水泥浆，水灰比0.45～0.50，注浆压力为1.5～2.0 MPa。应待第1次注浆体强度达5 MPa后进行第2次注浆（高压劈裂注浆），第2次注浆管出浆口的竖向间距为500 mm。

3）应稳定注浆持续2 min以上，2次注浆总量应按浆囊袋直径大小和长度控制，且孔口应溢出浆液，注浆后的锚杆注浆体呈反竹节形，见图1。压力注浆一般采用挤压式注浆泵。

3.6 施工底板并安放承压板

底板施工按常规方法进行，此处不再赘述。

施工前应将锚杆注浆体凿平至底板底，保留筋体，套入承压板，承压板下设置支撑筋，将承压板与底板顶层钢筋焊接，浇筑混凝土时务必将承压板下振捣密实，并保护好承压板上的楔形棱锥孔，锚杆筋拧入螺帽，但不拧死，以便张拉预应力后锁定。

当既有地下结构采用抗浮锚杆加固处理时，见图1。

3.7 锚杆筋预应力张拉、锁定

1）当锚杆注浆体强度大于15 MPa后，方可采用液压千斤顶张拉锚杆筋，当同一根锚杆中有多根锚杆筋时应同时张拉。

2）考虑节约锚杆筋伸出底板的长度，宜在锚杆筋顶焊接工具式螺杆，以便安装穿心式千斤顶，张拉锁定后切割下工具式螺杆以周转使用。

3）锚杆在正式张拉之前，应取0.1～0.2轴向拉力设计值Nt对锚杆筋预张拉一次，使杆体完全平直，各部件接触紧密。

4）锚杆筋张拉应分级进行，每级加荷速率不大于100 kN/min，超过轴向拉力设计值Nt后，超张拉速率不大于50 kN/min。

5）锚杆张拉至设计值后稳定10～15 min，再卸荷至设计的卸载值锁定，即拧紧螺帽并与承压板焊接，然后卸出千斤顶，并切割掉工具式螺杆（图5）。

图5 液压千斤顶张拉锚杆筋

3.8 检查验收

锚杆施工完毕后应按相关的国家、行业标准和设计图纸进行验收，包括锚杆筋体、锚具及承压板的Ⅰ级防腐保护要求。

抗拔试验荷载不宜超过锚杆筋体极限承载力的0.8倍，以验证锚杆注浆体和岩土之间的摩阻力、锚杆的设计参数及施工工艺的合理性。

3.9 封闭锚杆张拉孔

锚杆张拉锁定后，应用强度等级高一级的混凝土封闭填平棱锥形张拉孔，并振捣混凝土密实，保护层厚度应符合设计要求。对既有地下结构抗浮加固处理时，封闭张拉孔前应将底板钢筋整理复原，采用帮条焊连接好底板上层钢筋。

4 结语

本项目反竹节形抗浮锚杆施工完毕且注浆体达到设计强度后，做了45根抗拔试验，均在2倍抗拔承载力特征值以上，均合格。

该工程加固处理后已经过连续台风暴雨的考验，实践证明安全、可靠，可为同类原有地下室抗浮加固施工提供借鉴。