地下室底板抗浮锚索设计与施工研究

张力

城市的快速发展使城市用地日益紧张，因此，提高城市土地利用率尤为重要。在城市中建设建筑工程时，不仅要适当提高建筑工程高度，而且还要适当开放地下空间，需要注意的是，在一些地下水含量丰富的地方，带有地下室的高层建筑，经常会出现高层建筑物荷载无法抵抗地下室承受的浮力，或者出现地下室局部受力单位垂直荷载无法抵抗浮力而开裂、凸起、倾斜、错位、断裂等现象，严重影响结构的安全，针对这一情况，必须采取抗浮加固技术进行处理。本文依据工程实例，针对抗浮锚索设计与施工内容进行探究，希望文中内容对相关从业人员有所启发，并对建筑行业发展有所帮助。

一、工程概况

本项目主要由门诊楼、医技楼、住院楼、污水处理站、垃圾收集站、门卫室等建筑组成，通过对整个建筑工程的整体结构进行分析可以发现，除了住院楼为超过 24m 的高层外，其余建筑都是多层公共建筑；总体为组团式群体性建筑，各个楼栋独立为一个建筑单元，依次紧靠相连但设抗震缝隔开。项目一期总建筑面积为73755 ㎡，其中地上建筑面积：54846.38 ㎡、地下建筑面积：18908.62 ㎡，门诊楼室内±0.000、医技楼室内±0.000、住院楼室内±0.000，均相当于1985国家高程基准高程 154.450m。 门急诊综合楼地上建筑面积：17179.09 ㎡、基底面积：5509.98㎡、地上5层、地下1层、建筑高度：23.10m；医技楼地上建筑面积：10666.49 ㎡、基底面积：2274.65㎡、地上5层、地下1层、建筑高度：23.10m；住院楼地上建筑面积：27813.12㎡、基底面积：439.61 ㎡、地上17层、地下1层、建筑高度：69.60m。建筑地下室采用独立基础及局部筏板基础，住院楼采用旋挖桩基础，地基基础设计等级甲级，地下室部分为人防地下室。

建筑工程的北侧为水塘，西层为预留发展用地，而建筑工程的地下室南侧和东侧都为市政道路，通过对该区域市政工程的具体情况进行分析可以发现，市政道路所在区域内分布着大量管线，建设的地下室与南侧与市政公路相距约25m，与东侧市政路相距17～27m距离，而且周围存在居民区，具体施工作业开展时，为了保证后续施工顺利进行，提高工程最终质量，开展施工前，必须要考虑施工现场周围环境，保证后续施工顺利进行，提高工程竣工后的质量。

在抗浮设计过程中往往容易出现抗浮设防水位选取不恰当，或者在不了解抗浮检测试验情况下开展设计作业，这容易产生非常严重的隐患。在一定的地下水压力差作用下，建筑物基础底板往往受到基底下游水深产生的上浮力和上、下游水头差产生的渗流压力的综合作用，地下水水位应选择静水水位。地震作用也可能导致砂土液化现象，这种砂土瞬间丧失强度和支撑力并与水混合形成高密度液态流体，也会使地下水的浮力倍增。

在设计上需要考虑多种因素可能带来的不良影响。抗浮锚索对基础底板的作用比较均匀，造价相对较低，工艺难度不大，工期短，提高了地基土的密实度。国内外许多项目优先选用抗浮锚索。本工程使用了前期井点降水、坡顶截水、排水加抗浮锚索组合化解地下水的浮力给建筑物带来的影响。为了避免发生群锚效应，锚索间距设计不宜过密。

本工程采用有限元计算方法，利用有限元计算模拟基础、锚索和地基在上部荷载和地下水浮力共同作用下的受力情况，细化锚索部分，减少不必要浪费，降低安全隐患。

本次工程的抗浮锚索设计如下：

（1）钢绞线采用 S15.2。

（2）水泥浆强度等级为 M30，普通钢筋采用 HRB400 螺纹钢筋，垫板采用 250mm×250 mm×25mm的Q235B 碳素结构钢。

（3）预应力锚索自由段外套塑料波纹管，内填充防腐油脂并密封，外灌注M30水泥浆。锚孔在地下室底板垫层面用防水油膏封堵后安装遇水膨胀止水条。

（4）锚索张拉在锚固体强度大于 20MPa。

二、地下水对地下室底板的危害与施工准备

1.地下水对地下室底板的危害

（1）导致地下室结构出现裂缝，外防水层由于拉断裂作用影响，导致柔性防水层被破坏。

（2）在地下水浮力作用影响，致使地下室底板混凝土出现裂缝，发生漏水现象。

（3）地下水底板浮力超过底板自身重量，地下室底板发生变形；地下室底板刚度不足，底板局部发生弯曲。

2.施工技术准备

具体施工开展前，为了确保后续施工顺利进行，应当以下几方面入手，做好施工技术准备：

（1）相应项目负责人必须详细审阅施工图纸，依据施工图纸中的内容，建筑工程具体情况，最终编制出一套与实际情况相符，且符合施工要求施工方案。

（2）施工作业是一项对技术和安全要求较高的工作，技术人员开展施工作业时，应当做好施工安全、技术交底工作，对于安全施工方案要加以明确。

（3）施工作业正式开展前，需要进行试施工，而且要开展抗拔试验，从而明确制定的施工方案是否可行，一般来说，开展抗拔试验时，锚索试验点不得少数3根，抗拔实验值应当取抗拔承载力特质值的2倍进行试验，完成试验作业后，需要提供相应试验结果，以供后续设计复核。

3.施工现场准备作业

为了确保施工进度，抗浮锚索施工应当从广场地下室东侧部分开展，依次从广场、门诊楼、医技楼、住院楼的顺序进行，垫层施工结束后，需要检查垫层混凝土强度，通过检查确定混凝土垫层强度超过5MPa后，开展该部抗浮施工作业，同时，要同步在下一区域开展基础垫层、土石方施工作业，形成流水段施工。

三、建筑工程中的抗浮锚索设计与施工要求

针对本次建筑工程来说，依据建筑工程具体规模，以及工程所在区域情况，最终确定抗浮锚索设计与施工作业开展应当满足下列要求：

（1）针对本建筑工程建设中的预应力锚索来说，为了保证施工顺利进行，避免发生安全事故，需要采用S15.2的钢绞线，钢绞线极限抗拉强度标准值fptk=1860MPa，抗拉强度设计值fptk=1320MPa。

（2）对于施工作业采用的水泥来说，为了确保其质量和强度都能够达到要求标准，采用的水泥强度等级为M30，普通钢筋则采用的为HRB400螺纹钢筋，而对于施工采用的钢板，避免其出现质量问题，采用Q235B碳素结构钢。

（3）预应力锚索自由段外套塑料波纹管，采用防腐油脂对其内部进行填充，完成填充作业后，做好密封作业，施工期间采用M30水泥浆进行外灌注。

（4）锚索MS1钻孔直径为φ200，同时，在其内部放置4S15.2预应力钢绞线，将φ50塑料波纹管套在锚索自由端。对于施工现场的预应力锚索，在施工开展时，为了提高工程质量，要开展二次注浆作业，采用的水泥浆的水灰比在0.45～0.5之间，一次常压注浆时，压力控制在0.3～0.5MPa。二次高压注浆作业时采用的水泥浆的水灰比在0.45～0.55之间，注浆时应当将压力控制2.5～3.0MPa 之间，具体注浆时间，可以依据注浆工艺试验进行确定，或在一次注浆锚固达到5MPa后开展。

（5）当锚固体强度超过设计强度的90%且超过20MPa后，开展锚索张拉作业，进行锚索张拉时，应当避免相近锚索相互影响；张拉锚索达到预应力值后，应当持荷180s后锁定。正式试拉作业开展前，施工人员需利用采10%预拉力进行锚索预拉。

（6）由于终孔时孔有沉渣，因此，锚索钻孔深度应当超过设计孔深5.0cm，本建筑工程一共设计锚索798根。

四、具体施工方法与工艺要求

1.放线定位

（1）放线定孔位需依据的施工孔位平面布置图放线进行，在这一过程中需做好标记与预检工作。

（2）控制好桩位误差，不得超出规范要求。

2.钻孔作业

（1）锚孔孔径200mm，孔径偏差需控制在2cm以内，因为终孔时孔内存在沉渣，锚索钻孔与设计孔深相比，应当深5.0cm。

（2）严格依据设计图要求开展钻孔作业，控制好钻孔孔径、位置、方向、长度等各项内容，钻孔应当保持直线，设定钻孔方位。

（3）掌握锚孔中心度，避免施工中锚孔出现偏斜，一旦发生跑斜现象，需立即采取措施，重新成孔。若土层不稳定，需采用套管护壁钻孔。

3.洗孔作业

锚孔成孔后，利用空压机连接洗井管置入孔内，多次冲洗，并且在这一期间需不断补充，直到沉渣不超过5.0cm，泥浆比重不大于1.05为止。

维护好孔口，避免泥浆进入孔内，影响施工。

4.制作锚索，孔内安装

（1）采用4 根 S15.2 极限抗拉强度标准值fptk=1860MPa钢绞线作为锚索，切断后的钢绞线须捆扎牢固，同一孔的钢绞线必须等长。

（2）定中心支架安装需依据锚索间距1.5m进行。确保采用的钢绞线保持平行，确保锚索在锚孔中心区域。

（3）采用锥形防护装置保护锚索底端，确保锚索底部不会被破坏，孔壁不会被锚索破坏。

（4）同步安装注浆管与钢绞线作业，安装的注浆管内径2.0cm，长度与钢绞线相比应当超出约2.0m。

（5）采取人工方式安放钢绞线，若情况特殊无法直接采取人工方式安放，需借助手动葫芦开展下放作业，注浆管要插入距孔底30～50cm处。

（6）组装锚索需严格依据设计与规范开展。

5.注浆作业

本次建筑工程中的抗浮锚索工程采用二次注浆工艺，采取一次常压注浆和二次高压注浆。

（1）一次常压注浆与二次高压注浆作业都采用0.45～0.5水灰比的水泥浆，P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，前者采用 0.3～0.5MPa压力，后者采用 2.5～3.0MPa。

（2）施工中采用的水泥必须搅拌均匀，而且要具有低泌浆性、可靠性。

（3）注浆前，应先疏通管路，采用常压泵送方法注浆，注浆前不得拔出导管。灌注浆液要由上向下进行，灌注必须保持连续，不得发生中断，保证孔内气体、水都可以被顺利排出。

（4）施工中采用的注浆设备，应当以可以产生施工作业需要的额定压力和生产能力为基础要求。

（5）充分搅拌注浆浆液，搅拌后的浆液需保持均匀，一边搅拌一边应用，浆液需要在初凝前全部用完，并且在施工期间要做好控制，以免杂物、石块混入浆液，影响浆液质量。

（6）孔内素浆初凝后，启动注浆泵，利用清水完成对孔内泥浆的清洗，然后开展注浆作业，直到孔内浆液饱满后，结束注浆作业。锚孔内的水泥浆在养护期内不得对锚索移动。

6.张拉与锁定

（1）清理锚头，完成清理作业后，安装锚头装置。

（2）锚索张拉依据建筑工程中的抗浮锚索设计与施工要求中的要求进行。

（3）锚座承压面必须保持平整，而且需要与锚索轴线保持垂直，这是保证施工顺利开展与工程质量的关键。

（4）张拉锚索前，要标定施工作业中采用的张拉设备。

（5）锚索张拉作业应当分两次开展，第一次张拉作业时，应当将张拉值控制在总张拉值的10%～20%之间。第二次张拉作业要在每根锚索完成第一次张拉后才能开展。

7.封锚作业

对于施工中多余钢绞线，施工人员可以采用砂轮进行切割，在锚具外应当预留10cm，同时，要采用保护套加涂抹黄油方式实现对外漏钢绞线的保护。封闭锚头作业应当采用C40混凝土进行，为了做好封闭锚头作业，需要将混凝土厚度控制在10cm以上。

8.防水与防腐

做好锚桩头清理作业，同时与建筑工程基础防水施工作业一同开展抗浮锚索防水作业。

采用防腐树脂保护锚头外漏钢绞线，而且要封闭砂浆，采取涂刷防锈漆方式处理承压板，从而达到防腐目的。

五、结语

总而言之，地下室底板抗浮锚索设计与施工是一项对技术要求较高的工作，而且具体施工情况会对地下室以及建筑工程质量造成直接影响，因此，实际施工中，要加强对技术的分析，不断总结施工经验。