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浅析工程抗浮与抗浮锚杆桩施工陈哲懿屠斌赵建国

发表时间：2021/7/28 来源：《基层建设》2021年第14期作者：陈哲懿屠斌赵建国

[导读] 随着城市地下空间的不断开发与利用，工程的抗浮问题愈发凸显。如抗浮措施不足，水浮力将大于自重和抗浮承载力之和

        浙江三丰建设集团有限公司浙江杭州 310024
        摘要：随着城市地下空间的不断开发与利用，工程的抗浮问题愈发凸显。如抗浮措施不足，水浮力将大于自重和抗浮承载力之和，导致整体抗浮稳定失效，地库上浮所产生的破损案例也屡见不鲜。为了保证结构的稳定性和正常使用，地下室抗浮问题应该越来越受到工程人员的关注。
        关键词：工程抗浮；抗浮锚杆

        引言
        地下空间的开发与利用，是伴随着城市建设的高速发展而来的，且近年来越来越受到政府与市场的高度重视。随之而来，地下工程的抗浮问题愈发凸显。当建筑物结构自重较轻，埋置较深，且地下水位较高时，如抗浮措施不足，水浮力将大于自重和抗浮承载力之和，导致整体抗浮稳定失效，地库上浮所产生的破损案例也屡见不鲜。为了保证结构的稳定性和正常使用，地下室抗浮问题应该越来越受到工程人员的关注。江南地区每年都有长达20余天梅雨季，因连续阴雨或者阶段性暴雨引起的工程抗浮事故屡有发生。笔者现结合实际工程案例，就工程抗浮问题及其工程抗浮超前预防作一简要剖析，目的是使设计与施工能更好的融合。
        工程抗浮问题往往容易被忽视
        地下水位的升高不无外乎有两个原因：一是周边场地地下水的渗入，二是地表水的流入。设计单位一般认为抗浮的关键在于地勘报告中的抗浮设计水位的确定，而对地表水的流入却容易忽视，原因不外乎以下几点：
        1、地勘人员：基坑开挖后地下水位受地表水流入难以监测，所以一般不会提及施工期间的抗浮设防水位。
        2、设计和审图人员：认为施工抗浮措施属于临时措施，应由施工单位考虑。设计仅考虑正常使用下的抗浮设计即可。
        3、施工人员：对地表水作用认识不足，当地下室地基为不透水的岩层且基坑四周有严密的支护时，认为既然图纸有抗浮设计，不用采取额外抗浮措施（后浇带及管井提前封堵）。
        4、建设方：一般室外工程都是最后实施，结构顶板的覆土也是最后进行的（其实覆土是抗浮配重不可或缺的），覆土滞后留下抗浮隐患。
        抗浮超前预防工程实施案例
        一、工程概况
        某地块商业商务用房项目位于杭州城西留下单元，西北沿报先路，东南侧沿将军山、美女山。建筑占地面积为16694㎡，由地上3层的1#~3#楼办公写字楼；地上5层的4#~5#办公写字楼；地下一层的机动车库及设备用房和人防地下室组成，总建筑面积32223 ㎡，其中地上建筑面积18363 ㎡；地下总建筑面积13860 ㎡。基础类型为筏板基础，抗震设防等级为7度。
        由于项目位置处于小山体坡地，考虑四周山体地表水的汇流侵入，为保证地下车库部分的结构满足抗浮要求，在柱下独立基础内设置抗浮锚杆。工程抗浮锚杆47根，其中试验锚杆6根，柱下独立基础内抗浮锚杆顶标高为-8.37m（绝对标高28.63m）。根据图纸设计要求为：
        1、锚杆设计参数：
        （1）锚杆成孔直径200mm，锚杆钢筋3Φ20；
        （2）锚杆伸入底板厚度加水平弯折30d，伸入柱墩时为15d；
        （3）采用强度30MPa的普通水泥砂浆。拟采用干钻孔一次成型；

        2、锚杆进入3-3中风化凝灰岩不小于2m，单根锚杆竖向抗拔承载力特征值1000KN。
        3、本工程锚杆为永久锚杆，设计使用年限为50年。
        二、场地工程地质及水文地质特征
        基坑开挖影响范围内的土层分布依次为：
        第1层：杂填土（mlQ）
        第2层：含砾粉质粘土（al-plQ42）
        第3-2层：强风化凝灰岩（J3）
        第3-3层：中风化凝灰岩（J3）
        本工程建筑物正负零37.00m（85国家高程，下同），场地现状标高约33.60～38.10m，基坑底标高为29.00～30.40m，室外场地整平标高约36.10m，场地主出口处报先路标高约32.40m。根据周边汇水情况及场地地形等条件，对于2幢2～5层办公用房、3幢2～3层商业商服用房及纯地下室部位，抗浮设防水位按32.50m（85国家高程）采用。
        三、施工总体安排
        1、技术准备
        与业主、监理、勘察、设计就施工安排中可能遇到的问题充分交换意见，在充分理解设计意图和施工要点的基础上作好内部质量技术与安全交底工作。
        2、工期安排
        首先是试验锚杆施工，试验锚杆位置经建设、设计、监理单位签字确认。在试验锚杆完成28天后，安排试验锚杆的载荷试验。
        地下室基础土方开挖后，立即进行基础垫层施工，在垫层砼强度达到5MPa后，施工地下室基础底板下的47根抗浮锚杆。施工工期安排20天，为保证工期，将配置1套钻孔设备，并相应配足劳动力和及时供应合格材料进行锚杆施工。
        3、劳动力安排计划
        根据本工程特点，遵循合理分工与密切协作的原则配置工程劳动力。
        四、施工操作工艺流程
        （一）、施工流程

        （二）、施工工艺
        1、制作锚杆
        （1）锚杆钢筋设计为3Φ20，试验锚杆钢筋设计与工程锚杆相同，根据锚固长度以及设计要求，并考虑基础承台的锚固段长度下料加工。
        （2）锚杆顶部与底部设定位支架，中间沿锚杆长度方向均匀布置，间距1米。钢筋定位支架制作应平顺，焊接牢固。
        （3）锚杆头部（按设计尺寸）出垫层40mm高处设置防水橡胶套环和成品不锈钢箍。
        2、放线定位
        锚杆按设计统一编号，根据施工桩位平面布置图用全站仪测放出各施工区抗浮锚杆的孔位，用红油漆做出标记，技术人员进行复核；
        3、潜孔钻机锚孔钻进施工
        （1）潜孔钻机、调平、调直、稳固；
        （2）锚孔孔径偏差不大于2cm，深度偏差不大于设计深度1%，成孔深度达到设计要求；
        （3）根据本工程地质情况，选用潜孔钻机配合空压缩机进行干作业成孔，钻头直径应符合设计要求；
        （4）锚孔钻进经常检查钻头尺寸，保证钻孔孔径不小于设计钻孔直径3mm；
        （5）掌握锚孔中心度，防止锚孔偏斜，钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的2%。跑斜后应采取措施，重新成孔。
        （6）每根锚杆都必须详细做好整个成孔的原始记录。
        4、清孔
        （1）锚孔成孔后，将联接空压机的高压风管置入孔内底部，用高压空气浮渣，清孔时间不小于3分钟；
        （2）做好孔口维护，及时清理渣土，防止孔口渣土落入孔内。
        5、下锚杆
        （1）锚杆制作完成后，下锚前检查注浆管有无破裂或堵塞，接口处是否牢固。
        （2）结合设计的杆体长度和现场实际，本工程采用塔吊将锚杆吊入孔中，安放时避免锚杆扭曲、弯折及部件松脱。下锚过程中若遇杆体无法下至孔底时，应将杆体拔出并用钻机重新扫孔后再下锚。
        （3）杆体下至孔位后，应测量顶部标高，并做记录，保证整体平整，以防杆体在混凝土底板中的锚固长度不够或影响混凝土底板受力钢筋的安放。
        6、注浆
        （1）浆液配制：注浆体设计强度为30MPa，注浆体为微膨胀纯水泥浆，水灰比：0.4~0.5，水泥使用普通硅酸盐水泥P.O.42.5。
        （2）水泥浆搅拌均匀，具有可靠性，低泌浆性；
        （3）注浆采用孔底返浆法，导管一端与杆体注浆管连接，另一端与压浆泵连接，导管采用Φ30mm的胶管。采用常压泵送方法注浆，注浆前不得拔出注浆管，以保证锚杆底端注浆充实。
        （4）首次注浆量以注满孔为准，充盈系数达1.2以上；
        （5）注浆作业应连续进行，注浆管要边注边拔，拔管高度不超出孔内浆液面；
        7、二次注浆
        （1）待一次注浆4小时后，即可进行二次压力注浆。
        （2）本工程锚杆采用简易二次注浆，一次注浆压力参考值可为0.5MPa，二次注浆压力参考值可为0.5～1MPa。注浆时，当见到浆液从孔口外溢时，即可将注浆管逐步外拔，但应保持浆液外溢孔口直至拔出。
        8、清理作业面
        注浆完成后及时清理作业面周边残留的渣土、溢出的水泥浆体。
        9、锚杆养护、检测
        锚杆施工完成后应养护15天，养护期内严禁外力触碰外露锚头钢筋。养护期后及时进行锚杆拉拔验收，验收拉拔力为2倍锚杆抗拔承载力设计值。
        10、水泥浆体试块制作。按规范要求制作试块，规格70.7mm×70.7mm×70.7mm，取28d抗压强度值；基本试验则取同条件养护下试块强度。
        11、施工注意事项：
        （1）锚杆应无损伤，并应调直、除锈。同一孔的锚杆必须等长，切断后的锚杆两端应用铁丝捆扎牢固。
        （2）锚杆的试验，质量的要求以及锚杆的拉拔力检测等，应严格按有关规范、规程进行，禁止盲目操作，以免发生危险。
        （3）锚孔内的水泥砂浆应有足够的养护时间，在养护期内不得移动锚杆。
        （4）锚杆施工完后，外露锚头用防锈漆涂封。
        五、施工质量管理
        1、工程材料质量控制。
        2．设置工程质量控制点，包括工序管理点。
        （1）锚杆钢筋的焊接加工、除锈去污、钢筋锚杆体的方向性安装就位与隐蔽验收；
        （2）注浆浆液的科学配置及规范控制；
        3．按需配备相关试验与检测仪器，并按技术要求进行试验与检测，及时为工程施工提供并反馈有关质量信息。
        4．对下列试验与检测要重点控制，并在监理工程师的指导与旁站下进行，所提交的试验成果要得到监理工程师的批准（或指令）后方可用于工程施工：
        （1）钢筋、水泥、砂的质量核检；
        （2）监理工程师要求的其它项目。
        5．确保机械设备的先进性、完好性。
        6．作好关键工序点的质量控制工作
        根据场区地层条件、设计要求，结合设备性能及现行规范和已有施工经验，确定各工序施工参数，并报监理工程师审核后确定最终的施工参数；
        1）控制好锚杆制作质量，包括锚杆长度、角度、直径和焊接质量；
        2）严格控制成孔质量，包括地质情况是否与勘察报告相符；
        3）严格控制注浆浆液加工质量。
        结束语
        工程实践表明，对地下水的渗入与地表水的流入而产生的抗浮问题必须引起高度重视，仅仅停留在满足纯理论设计是不够的，需要结合工程各种边界条件提出切实可行的预控方案。建设管理者应做好设计与施工的结合，杜绝设计与施工盲区，深度思考结构抗浮安全问题，确保建设工程的安全可靠、经济合理。