地下室上浮原因与抗浮锚杆施工技术研究

唐利军

（广州建筑工程监理有限公司，广东广州 510030）

1 工程概况

广州市增城区某小区项目主体建筑物为11栋24～26层的高层住宅楼，设置2层地下车库连成整体，中间为无塔楼地下室，地下室总面积62 682.4 m2，工程自2018年竣工并投入使用。2020年6月建筑物负二层地下车库底板渗水。经结构检测，无塔楼负二层地下室底板面高差测量范围为0～39 mm，30个框架柱构件存在柱头水平裂缝、柱头混凝土掉角，裂缝宽度为0.08～0.86 mm。

根据原地质勘察报告，场地内主要地层为人工填土、东江冲积淤泥层、粉细砂层、中粗砂、砾砂。人工填土以黏性土为主，局部为粉细砂，厚度为0.50～4.30 m；粉细砂层以粉细粒砂为主，局部夹薄层中砂，厚度为1.50～19.10 m；淤泥以淤泥质粉质黏土为主，局部夹薄层粉砂，厚度为1.00～13.80 m；中粗砂以黄色为主，局部灰色及灰白色，饱和，中密，底部偶见砾卵石颗粒，厚度为3.70～22.70 m；砾砂饱和，中密，砾石直径一般为5～10 mm，底部偶见卵石颗粒，厚度为1.10～6.90 m；强风化泥岩风化强烈，岩芯呈土柱状，厚度为0.40～10.00 m；中风化泥岩岩石较新鲜，质地较软，属软岩类。

2 事故原因分析

工程设计对地下水位高度预估不足，场地位于东江北岸约200 m，属于河流第一阶地，场区内地下水含水量丰富，水流量大，粉细砂层、中粗砂、砾砂各含水层间存在水力联系，除接受大气降水补给外，与东江存在互补关系，地下水位的标高随着东江水面的标高变化，东江水面的最高水位与场地的最高水位相同。2020年5月连续暴雨，实测地下水水位3.720 m（珠江高程）。复核地下室底板水压达69.5 kN/m2。设计抗浮力取值小于工程场地实际是工程地下室在竣工后上浮的主要原因。

本工程非塔楼地下室桩基础设计，采用预应力高强混凝土管桩，结构柱下承台采用两根预应力高强混凝土管桩，标准柱网区域尺寸为8.4 m×5.1 m，单桩竖向抗拔承载力特征值为400 kN，地下室及其上永久荷载标准值W=2 394.34 kN，水浮力标准值F=3 158.26 kN。根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15—31—2003），地下室抗浮稳定性验算应满足W/F≥1.05，单桩需提供的抗拔力461 kN>400 kN。

基于抗浮计算水位为3.720 m（珠江高程），工程非塔楼地下室抗浮稳定性不满足规范要求。

3 处理方案比选

现阶段较成熟的建筑结构抗浮技术措施包括增加自重法、降排截水措施、抗拔桩（抗拔锚杆）。根据本工程现实情况，地下室停车场已交付使用，负二层地下室的各类管线安装造成净空高度有限，大型施工机械无法进入地下室内作业。本工程中，增加底板厚度的压载抗浮和在地下室外围施工截水帷幕的降排截水抗浮均不适用。

根据工程现况，采用φ168 mm×10 mm微型钢管桩（内灌混凝土）作为抗浮桩和新加预应力抗浮锚杆。建设单位组织相关专业的专家人员对三家公司制定的施工方案进行评比，综合参考已勘明的工程地质、水文地质条件及现场环境、作业条件。对施工方案进行比选和优化，确定在地下室底新加预应力抗浮锚杆，底板隆起部位压力注浆填充，预应力抗浮锚杆施工完成，在底板面新加150 mm的钢筋混凝土叠合板。

4 抗浮锚杆施工

4.1 锚杆类型选择

地下室底板通过预应力锚杆张拉固定在原位，较合理经济。预应力锚杆作为建筑结构抗浮措施的永久性构件时，锚杆在张拉后的蠕变及其材料的应力松弛特性不容忽视，其抗拔力可能随着使用年限的增加而不足[1]。地下室地板下水含水量丰富，水流量大，地下水浮力作用随东江水面的标高变化，预应力锚杆长期在此循环动荷载作用下可能发生抗拔承载力变化或不足[2]。因此，本工程选用由杆体、锚固段、自由段和锚头组成的注浆型预应力锚杆。锚杆体材料采用φ15.2 mm的预应力钢绞线，抗拉强度标准值为1 860 MPa。

4.2 设计参数

抗浮锚杆局部平面布置如图1所示。锚头防水样式如图2所示。

图1 抗浮锚杆局部平面布置（单位：mm）

图2 锚头防水（单位：mm）

本工程设计的抗浮桩为永久性预应力锚杆，在标准柱网区域8.4 m×5.1 m内设置4根抗浮锚杆。抗浮锚杆总数为1 396根。完整的抗浮锚杆在基础底板下土层内形成有效直径180 mm，锚杆有效长度不小于35 m，入中风化岩层的深度不小于7 m，锚杆自由段长度为5 m。

5 抗浮锚杆施工技术

5.1 地下室降水

抗浮锚杆施工时，需对地下室进行降水处理，防止施工期间发生排水不畅造成安全事故，防止锚杆施工时出现涌沙现象。在地下室底板开孔泄压，过滤引导至现有集水井，利用原有集水井抽排，现场储备4台大功率潜水泵作为备用水泵，在原有集水井一圈砌筑高为350 mm的砖，围挡预留进水口并安装隔砂网，防止流沙流入集水井堵塞水泵，泄压水过滤后引流至集水井抽排。

随着地下室底板逐步开孔施工，大量的地下水涌出，原地下室排水系统未必能够满足现场施工要求，需实行分区泄压排水，砌筑高30 cm的挡墙，将地下室负二层分为6块分区，靠塔楼两侧砌筑300 mm×500 mm排水明沟，增加水泵，从分区内集水井抽至水池，抽排至市政管道。降排水工作安排专人每天24 h值班抽排水，直至抗浮锚杆张拉锁定及锚头封堵完成。

5.2 钻孔与成孔

根据地质报告显示，场地内存在较厚的砂层，抗浮锚杆施工方法采用履带复合钻机MDL-150H型进行套管护壁钻孔，钻进过程中，泥浆性能会随着钻孔情况变化。随着钻入砂层深度逐步增加，大量砂粒和地下水加入使水泥浆的密度和黏度降低、含砂量增加，对护壁套管起不到有效的润滑作用，严重时可能造成护壁套管抱死，无法拔管。护壁套管钻进时应采用中速、慢钻及高泥浆密度、大泵量循环的原则，保障顺利地钻进和拔出。综合参考地质报告、钻进深度、孔口返出的岩样、机械钻进的压力变化等，判断是否达到设计要求的深度[3]。护壁套管应钻入中风化岩层0.2～0.5 m，防止砂粒进入套管内。目标孔深应按抗浮锚杆设计长度及入岩深度的双控标准进行，判断钻孔深度达到锚杆设计长度及入岩深度时，为保障套管的顺利拔出和锚杆的有效抗拔承载力，实际钻孔深度比抗拔锚杆所需长度深0.7 m以上。钻至目的深度后，在钻杆回转状态下进行初次清孔，将砂粒及小泥块清理干净，拔出钻杆，快速进行锚杆体安放。施工员在钻孔施工过程应及时认真填写钻孔原始记录表。

5.3 锚杆制安

使用钢丝刷除去钢绞线表面的浮锈。对锚索钢绞线自由段进行防锈处理，涂抹防锈剂，在锚索自由段套装聚乙烯软管，两端与钢绞线利用细钢丝绑扎牢固，使自由段不与水泥浆及孔壁间发生粘连，保证钢绞线自由段能自由伸缩。锚索使用钢绞线下料，每隔2.0 m设置一个对中支架（φ2 mm的细钢丝捆扎4道），每隔2.0 m设置一个紧固件与对中支架交错布置，使锚索体处于钻孔中心位置。锚索体在不同束钢绞线间相互张开无粘连，保证锚索的抗拔效果。注浆管应绑扎在杆体中心，随杆体放入孔中，注浆管端部距杆体端部距离为50～100 mm。二次注浆管的出浆孔及端头应具有密封措施，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内。

锚杆制作应符合设计及规范要求，锚杆体安放前，报监理工程师检查验收合格。安放钢绞线锚杆时应顺着钻孔方向、弯度不宜太大，防止扭压、弯曲。杆体安装时应防止注浆管拔出，注浆管被拔出长度超过0.5 m时，应将锚杆体拔出，重新修正后安放。钢绞线伸出底板约0.8 m，利于安装锚具和锚垫板及千斤顶张拉锁定。

5.4 清孔注浆

连接注浆管，利用注浆泵向孔内泵送大泵量清水，将孔内的泥浆及沉渣冲出孔外，直至孔口返出清水。注浆材料及配合比应按设计要求确定，需要时可以掺入外加剂及掺合料，使用自来水进行水泥砂浆或水泥净浆的拌制，不使用地下水、污水及含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，以免对锚杆体造成不良影响。工程选用42.5号普通硅酸盐水泥，采用二次注浆，第一次为M20水泥砂浆，砂的粒径≤2 mm，含泥量≤3%；第二次为水泥净浆，水灰比为0.45～0.50，注浆压力不小于2.0 MPa。

浆液现场搅拌均匀，随搅随用。注浆机械的工作压力应满足设计值要求，考虑输浆过程中管路损失对注浆压力的影响，实际注浆机械的压力表显示压力应大于设计值。一次注浆时，浆液从孔口溢出后停止注浆。一次注浆浆体初凝后，进行二次注浆。灌注要连续，不得中断，每次注浆至孔口冒出锚固体。注浆过程应作详细、完整的施工记录。

5.5 张拉锁定

锚杆张拉前应对张拉设备进行检测标定。锚固体施工时间大于28 d或锚固体试件强度大于设计强度的80%时，进行张拉锁定。地下室底面打凿平整并清理干净，钢垫板与锚索的轴线方向垂直。锚索的张拉顺序考虑邻近锚索的相互影响，采用锚杆间隔张拉锁定。锚杆张拉锁定的控制应力和过程按单根锚杆抗拔承载力特征值的设计值和《岩土锚杆（索）技术规程》的荷载分级和位移观测时间要求进行。锚杆锁定后，有明显应力损失时及时补偿张拉。

锚索张拉验收试验时，检测数量不少于总锚杆数的5%，且不少于6根，总计70根。最大试验荷载取锚杆轴向拉力设计值的1.2倍。验收试验的初始荷载取轴向拉力的0.1倍，分级加荷值宜取锚杆轴向拉力设计值的0.50、0.75、1.00、1.20倍。验收试验中，每级荷载稳定5～10 min，记录位移增量，最后一级试验荷载维持10 min，待位移稳定后，卸荷至锁定荷载进行锁定。

5.6 封锚头及锚头防水

锚杆注浆强度满足张拉要求后在锚头顶利用环氧胶泥填实找平，锚头安装钢板作为锁具垫板，钢板边缘一圈设置遇水膨胀止水条。

锚杆张拉完成利用锚具锁定，剪除突出的锚杆，采用环氧胶泥进行锚头封闭，封闭前预埋灌浆嘴，环氧胶泥达到强度后采用二次灌改性环氧进行防水处理。

6 结语

综上所述，对桩基础地下室的建筑工程结构设计不应忽视地下水对建筑物的浮托作用。建筑物抗浮设计中，除了考虑勘察报告表明水文地质条件，还应综合考虑建筑工程地质、水文地质条件、周边水系及特殊情况的相互作用和影响。设计初期需要重视有关工程基础抗浮设计，严格按照设计要求施工。在预应力锚杆施工项目中，施工单位应明确整个施工项目的流程，结合施工项目的特殊情况，采取适当的控制措施；对可预见的施工工艺问题提前采取预防和处理措施，从而顺利完成施工任务，确保施工质量。