刍议预应力抗浮锚杆的施工工艺改进

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摘要：作者结合的工程案例，属临水建筑，采用筏形基础，且地下水位较高，设计有预应力抗浮锚杆。为解决提高锚杆抗拔承载力、保证节点防水施工质量两个相互关联的施工难题，从施工工艺改进、多专业施工配合、全过程技术控制角度，介绍了预应力抗浮锚杆成套施工新技术，保证了抗浮锚杆抗拔承载力和节点防水效果。

关键词：建筑工程；抗浮锚杆;施工工艺流程；改进措施

在当前建筑工程施工过程中，应用比较广泛的抗浮技术有抗拔桩和抗拔锚杆两种，其中抗拔桩的抗拔承载力较高，但成本也较高;抗拔锚杆承载力相对低一些，成本也低得多，但其施工技术并不是很成熟。本文研究在不大幅度增加成本的前提下，通过改进抗浮锚杆的施工工艺，加强各专业工序协调配合，既要将抗拔锚杆的抗拔承载力提高到一个新的水平，又要解决地下水位较高情况下锚杆处基础节点防水施工难题。

1 工程简介

该工程建筑总面积63 314. 39m2 ，其中地上47 868. 66m2 ，地下15 445. 73m2。主体建筑4 层，地下1 层，屋顶为椭球状钢网架结构，外墙多为玻璃幕墙，局部为干挂石材，为威海市标志性建筑。地下室设有文物仓库等重要场所，防水等级为I 级，采用4mm 厚聚氨酯防水涂料。由于工程邻近海边，地下水位较高，设计有898 根预应力抗浮锚杆，锚杆孔径110mm，预应力筋采用s 12. 7mm 钢绞线，每束3 根，锚杆全长13 ～ 14m，锚杆下段锚入花岗岩层≥8. 2m，先灌浆成锚固体，上部自由段长度约5m，待基础筏板混凝土施工完成并达到一定强度后进行张拉，然后对自由段灌浆完成锚杆施工，最后锚具处要进行防水和封锚处理。应确保锚杆抗拔承载力280kN，锚杆试验桩抗拔承载力440kN，同时确保其节点和地下室的防水质量达到I 级。

2 施工难点及影响因素分析

1) 抗浮锚杆抗拔承载力保证通过分析试验数据和锚杆的破坏情况，锚杆的破坏形式主要有锚固体破碎、钢绞线从锚固体中拉出以及部分锚固体从土体中拉出3 种。应通过对施工工艺的改善，有效提高抗浮锚杆的抗拔承载力性能。

2) 节点防水施工

抗浮锚杆防水是整个地下室防水的关键。从地下承压水渗流路径分析，需要解决的问题有:①穿越基础筏板的锚杆套管外侧防水处理;②套管内注浆密实;③锚杆顶部封锚预留坑内防水处理。

3 改进的施工工艺流程

多专业施工穿插配合直接影响抗拔承载力和防水质量，其改进的施工工艺流程:钻机钻孔清孔返渣灌锚固浆体锚索制作及防腐蚀下放锚索下放自由段套管接波纹管基础垫层施工垫层及波纹管外侧防水基础筏板钢筋绑扎锚垫板安装封锚坑模板安装筏板混凝土浇筑养护锚索张拉锚固孔道灌浆封锚坑内防水处理封锚坑混凝土浇筑。

4 施工工艺及改进措施

4. 1 钻孔影响因素及改进

1) 保证钻孔垂直度采用回旋钻机配金刚石钻头钻孔。在每个孔位施工前，钻机底座应垫平，钻杆角度应采用罗盘校核。钻进过程中遇孤石等有可能使钻孔出现偏差，将直接影响锚索受力，必须随时观测钻杆垂直度，将其偏差控制在1% 内。

2) 保证锚固端入持力层深度为保证钢绞线锚固端嵌入中风化花岗岩深度满足设计要求，应结合地质勘察情况，随时取样观察。当发觉钻机钻进困难时，及时捞渣取样进行辨别，经甲方和监理单位共同鉴定，确定已进入持力层以后，可继续进行成孔施工，直至嵌入深度满足设计要求。在岩层段施工过程中，应根据岩层硬度和钻进情况及时调整气压及钻进速度，气压一般控制在8 ～ 10MPa，确保锚固段深度符合设计要求，避免因锚固深度不足而影响锚固段的锚固效果。

4. 2 清孔返渣影响因素及改进

1) 护壁浆液相对密度清孔返渣时，必须随时注意调整护壁浆液的相对密度，一般控制在1. 15 ～ 1. 20，现场应配备泥浆密度计随时检测。浆液通过中空钻杆与外部的泥浆池进行反复循环，直至翻浆均匀，以确保浆液密度达到最好的清孔返渣效果。

2) 去除锚固体与周围土体或岩体之间的泥皮原工艺采用黏土泥浆护壁，这样在灌注水泥净浆时不能有效去除黏附于孔壁上的泥皮，造成锚固体与周围土体或岩体之间形成一层黏土隔离层，降低了锚固体与周围土体或岩体之间的摩擦力，从而降低了锚索的抗拔承载力。为去除这层隔离泥皮，对施工工艺进行了改进，在原来护壁使用的黏土泥浆中掺加水泥浆，在钻孔过程中随着进尺深度的不断增加而添加，保证钻孔水泥用量≥50kg /m，并随时根据进尺深度和护壁浆液的密度对水泥浆添加量进行调整，降低泥浆用量，有效去除了锚固体与周围土体或岩体之间的泥皮。

4. 3 锚固浆体灌注影响因素及改进

1) 提高锚固浆体强度原工艺中采用纯水泥浆灌注，致使水泥浆固化效果不够理想。经分析论证，决定在水泥净浆中掺加早强剂(NC-4) 和膨胀剂( UEA) ，掺加比例分别为水泥用量的3% 和7% ，使锚固浆体强度能尽快增长，并且使其在孔洞中产生适量的膨胀，这样增加了锚固体与周围土体之间的摩阻力，在提高浆体强度的同时，增强浆体与土体的黏结性能，在一定程度上改善了抗拔锚索的受力性能。

2) 灌浆压力及补浆高度控制灌浆时宜将水灰比控制在0. 4 ～ 0. 5，灌浆压力一般≥0. 4MPa，也不宜>2MPa。整个灌浆过程应连续进行，中间不应有停顿，采用测锤及计算方法控制灌浆体高度，预留出锚杆自由段高度，因此二次补浆应及时。

4. 4 下放锚索中影响因素及改进

为避免钢绞线在孔洞中因自重而呈“S”形弯曲，保证钢绞线固定在锚固浆体的中心轴，应从钢绞线的制作和安放两个方面进行改进。

1) 锚索制作及防腐蚀成孔并经各方共同验收后，根据实际孔深制作锚索，为防止下料过程中钢绞线紊乱并弹出伤人，将钢绞线放在用钢管搭设起的井字形安全架内，下料时将钢绞线成盘卷装在安全架内，从盘中央抽出，并采用环氧树脂漆进行防腐蚀处理，钢绞线应提前编扎成锚索，每束3 根。

2) 锚索安放灌浆完毕应尽快安设锚索，以防浆液沉淀无法顺利下索或无法下放到位。为保证锚索在孔洞中的位置，先在孔口处校直后下放，采用定制对中支架，将锚索的上端吊起，使其缓慢地下放到孔底而始终处于直立的悬挂状态，防止锚索端部插入土层段孔壁内影响下索工作及扰动的土颗粒滑落至锚固段内，以免影响水泥浆的纯度。下索后应随时观察孔口浆液的下沉情况，当浆液下沉明显( 下沉量≥1. 50m) 时，应及时补浆，以免浆液沉淀后影响到二次灌浆液间的黏结效果。锚索顶端可临时固定在对中支架上。

4. 5 下放自由段套管改进

安设锚索完毕随即下放自由段套管，采用100mm PVC 套管，底端伸入锚固浆体内500mm，顶端标高为混凝土垫层底，由于波纹管具备一定的弹性，张拉过程中不易损坏，内壁凹凸不平，灌浆后不易渗水，在基础垫层和筏板内套管改用波纹管。

4. 6 基础垫层及套管外侧防水作法改进

基础及主体施工阶段，基坑周边以及基坑内设置降水井，保证地下水位在基础垫层以下50cm。施工基础垫层时，先将波纹管安装好，与垫层混凝土浇筑成整体;施工筏板防水层时，首先进行波纹管根部的防水处理，增做一遍防水附加层，然后将筏板防水层上返至波纹管上≥10cm 高。

4. 7 基础筏板钢筋绑扎及锚垫板埋设改进

由于波纹管强度较低，为避免碰撞造成套管外防水层损坏，筏板钢筋绑扎时，波纹管中间改用8 钢筋设井字架，使波纹管和其内的钢绞线固定在筏板钢筋和加强网片上，然后套入锚垫板，并按尺寸要求把锚垫板焊在钢筋上。锚垫板标高应按设计要求低于筏板顶200mm，为了预留四棱台形锚杆坑，改用安放棱台形木盒模板，其底模夹紧锚垫板，然后用棉花塞紧灌浆孔，塞紧锚垫板和波纹管之间的缝隙，防止浇筑混凝土时漏浆。

4. 8 锚杆张拉及锚具改进

在筏板混凝土达到100% 设计强度后方可进行锚杆预应力筋张拉。每束3 根s12. 7mm 低松弛有黏结钢绞线，张拉端改用932 套WDM-4 型锚具，锚垫板上原有一出气孔，采用四孔锚环，以便留一孔当灌浆孔。整束预应力设计张拉力:Pj = σcon Ap = 280kN，施工张拉应力0 ～ 1. 03σcon，即: Pj ′ = 1. 03σcon Ap = 288. 4kN。采用200kN 千斤顶单根张拉。

4. 9 孔道灌浆改进

锚杆张拉完成后进行锚杆内注浆，采用42. 5 级普通硅酸盐水泥，水灰比< 0. 40，流动度为200mm 的水泥浆，水泥浆掺10% UEA 膨胀剂和2. 5% 高性能外加剂，抗压强度≥30MPa;由于灌浆口与出气孔处于同一标高，改用1. 5m 长漏斗注浆，第一次注浆完成，待注浆料泌水后进行二次注浆，确保套管内注浆饱满密实。封锚前应用手持砂轮切割机切除外露多余长度，剩余长度≥30mm。

4. 10 锚杆坑防水改进

锚杆坑侧壁必须进行凿毛处理，锚杆坑防水改用水泥基渗透结晶涂料配合聚氨酯防水涂膜。施工时水泥基渗透结晶涂料应没过锚具1cm，且施工后表面干燥，便于进行钢绞线端头的聚氨酯防水涂膜处理，从而充分发挥两种防水材料的性能。防水处理完毕后即可采用膨胀混凝土灌注锚杆坑并振捣密实。

结束语

抗浮锚杆施工后，经抗拔试验检测，锚杆试验桩抗拔承载力均>440kN，采用整束预应力张拉力280kN进行张拉施工过程中，未见异常现象，表明预应力抗浮锚杆抗拔承载力均大于设计要求的280kN；地下室和锚杆节点无渗水、结构表面无湿渍，防水质量同时也达到了I级。该工艺的应用成功地解决了沿海地区预应力抗浮锚杆的施工难题，取得了显著效果。