砂卵石地层预应力抗浮锚杆施工技术

张立佳 姜兆恒 陈桂森

中铁建工集团有限公司北京分公司 北京 100070

1 工程概况

中国电科科技创新园工程位于北京市海淀区八里庄地区，东至北洼路，南侧紧邻经济管理学校，西至规划绿地（蓝靛厂南路），北至八里庄路，工程建设用地15 240.2 m2，A、B楼为中国电科企业总部办公楼；C楼为还建楼，普通办公楼。

本工程采用天然卵石地基，裙房区域基础范围内设压力型预应力抗浮锚杆，锚杆长9.0 m，共计658根。通过液压千斤顶对锚索进行张拉，从而对筏板产生拉力，达到抗浮作用。施工完毕后对孔口进行钢绞线切除及封锚工作。锚杆抗浮原理如图1所示。

图1 锚杆抗浮原理

2 抗浮锚杆施工技术分析

2.1 抗浮锚杆施工问题分析

2.1.1 成孔、清孔难

本工程地层为砂卵石地层，在成孔作业中，卵石很难被破碎，普通钻头在此地层中磨损尤为严重，且碎石由于相对密度大很难通过垂直钻孔清出。地层含砂量大，极易造成孔内坍塌，成孔深度及孔径难以达到设计要求。成孔质量难以保证。

2.1.2 锚杆抗压端处理

承压板与预应力钢绞线作为提供锚杆抗压力的重要组成部分，其承压端必须能提供足够的拉力，若拉力不足则易造成锚索滑动或锚固段移动，从而使其抗浮作用失效。不仅对后续张拉工作造成影响，而且极有可能造成地下基础上浮，影响结构使用安全[1-5]。

2.1.3 防水细部处理

底板防水在锚杆部位未形成封闭，且此部位为防水薄弱层，地下水很可能通过锚杆渗入结构内，造成钢筋腐蚀，对混凝土结构强度造成影响。因此，如何在此部位做好防水措施是本工程的重中之重。

2.1.4 预应力钢绞线防护

预应力钢绞线必须穿过基础筏板，并在筏板顶部进行张拉，才能对地下基础形成有效压力，防止结构上浮。预应力钢绞线筏板内均为可张拉的自由段，因此在进行筏板施工时，如何控制钢绞线垂直，并在筏板内可垂直张拉，使锚索能承受竖向位移变形为本工程施工重难点。若钢绞线固定在筏板内或者未垂直、有弯曲等现象，则会致使预应力张拉力值与位移曲线变化，钢绞线无足够的弹性变形从而发生断裂，或者张拉不充分，有部分钢绞线未张拉，只有其中几束受力。

2.1.5 桩头张拉及封锚

本工程在筏板顶位置进行预应力张拉，如何合理地安排施工顺序，实现对锚杆自由端和端头的保护，在工程中有着重要意义。对张拉完后的锚杆自由段必须填充材料进行保护，否则会影响后期铺装阶段的地面做法，造成渗水及变形，影响质量安全和结构美观。

2.2 抗浮锚杆施工技术分析

2.2.1 成孔

根据以往施工经验，锚杆施工优先选用水钻进行成孔作业，但是本地层为砂卵石特殊地基，水钻钻头对卵石破碎的效果不佳，且使用泥浆清孔，孔内大块砾石很难通过泥浆正循环清出孔口。因此为保证成孔质量，重新采用新工艺、新机械。改良锚杆钻机，改变清孔方式，使用高压气体清孔。

1）改良锚杆钻机，将原来与清水池连接部位的结构改良，使其与空气压缩机进行连接，并保证空气压缩机内高压气体能通过锚杆机械进入孔内。

2）针对钻头强度不足问题，更换直径200 mm高强合金钻头，并加大钻杆直径，钻头部位采用大小不一、圆形凸起的设计，增大与卵石接触面积，提高成孔速度并保证卵石破碎完全。钻杆内部中空，使高压气体能通过钻杆到达孔底（图2）。

图2 钻头实物

3）更换套筒，使套筒贴合钻杆，并起到护壁和保证成孔直径的作用。

4）高压气体清孔，利用空气压缩机内储存的高压气体，将孔内沉渣一次性冲出孔口（图3）。

图3 气体清孔

2.2.2 锚杆制作

1）锚固段为4束强度级别为1 860 MPa、公称直径为17.80 mm的预应力钢绞线，每束钢绞线外套PVC管，使其在张拉时受力均匀。

2）预应力钢绞线之间每隔1.5 m设对中支架，保证其在施工过程中分散，并保持垂直，钢绞线底部连接钢垫板并使用锚具固定，保证在后期张拉过程中提供足够的支撑力。锚杆截面如图4所示。

图4 锚杆截面

3）锚杆内灌浆浆液使用纯水泥浆并掺入5%防锈剂，防止锚杆在施工过程中发生锈蚀。考虑到砂卵石地层空隙较大，根据经验将超灌3倍左右。采用二次补浆方法，第1次注浆水灰比按0.5～0.6控制，以浆液注满孔且排出的浆液浓度与灌入浆液浓度相等时停止注浆。待第1次注浆初凝后进行二次注浆，水灰比按0.45～0.50配制，直至孔内浆液饱满，防止锚杆内浆液不饱满，降低其强度。

2.2.3 筏板底防水

锚杆伸入底板内，在基础垫层施工时进行第1道防水施工。采用多道防水施工工序，即聚脲+渗透结晶+硅酮密封胶，防止地下水渗入筏板内，造成结构隐患。

1）先对垫层部位的锚杆进行修补，将锚杆剔凿至肥槽往下150 mm，并在此部位使用高强无收缩灌浆料将锚杆修补为直径300 mm、高度150 mm的桩头，并进行表面压实抹光。

2）桩头涂刷1 mm厚水泥基渗透结晶，涂抹范围为整个桩身，待渗透结晶凝固后涂抹厚2 mm的聚脲，要求涂抹整个桩头平面并下翻5 mm。

3）PVC管于桩头100 mm位置处截止，内部塞入遇水膨胀密封条，为防止后期拉拔过程中被钢绞线带出，需向下嵌入100 mm。

4）桩头位置安装内径200 mm、厚度4 mm的钢套管，作为筏板内锚杆自由段保护使用，底部磨钝，以防戳破防水卷材。套管与桩头连接位置使用硅酮密封胶进行密封，防止地下水通过钢套管与桩头之间缝隙进入套筒内，并通过套筒从筏板顶部渗出，造成结构质量安全隐患。

5）底板防水卷材在此部位包裹住桩头，并沿套筒上返合适距离，保证第2层卷材上返高度大于第1层卷材100 mm距离。卷材上返位置使用金属管箍固定，并涂刷硅酮密封胶密封。

2.2.4 筏板内锚杆保护

由于锚杆自由段伸入1～2 m的筏板内，在筏板施工过程中钢绞线为柔性材料，很难在筏板内保持顺直且竖直向上，如何防止其在筏板内弯曲开散，对后续进行张拉封锚有着极为重要的作用。

1）锚杆在基础底板中使用钢套筒进行保护，钢套筒放置于桩头位置，顶部距筏板顶300 mm。

2）钢套管外安装2道止水钢环，第1道止水钢环距桩头420 mm，第2道止水钢环距第1道250 mm。止水钢环半径比钢套管大100 mm，厚度4 mm，作为筏板内防水措施。在筏板浇筑过程中，为保证筏板附近混凝土密实性，需单独振捣。

3）为保证在基础底板施工过程中套筒保持垂直，在套筒与套筒之间底部、顶部点焊2层角钢，使套筒之间连接成一个整体，增加其稳定性。底部角钢埋置于垫层内。垫层施工完毕后即可拆除上层角钢。

4）筏板顶预留张拉洞口，使用挤塑聚苯板填充成300 mm×300 mm×300 mm空间大小。防止在基础浇筑过程中混凝土污染钢绞线或进入套筒内影响后期张拉。待基础底板强度达到设计标准后，即可拆除挤塑聚苯板，进行后期张拉封锚施工。

2.2.5 锚杆张拉及桩头防水处理

待筏板强度达到25 MPa后，即可开始进行锚杆张拉工作，张拉之前清理预留洞口内的挤塑聚苯板，坑壁凿毛并清理干净垃圾。

1）锚杆张拉使用三级张拉，每次张拉停留10 min，张拉之前进行预张拉，保证锚杆顺直。

2）采用6孔锚具，预留2个锚具孔作为后期张拉完成后套筒内灌浆使用，拉力检测完成后从剩余的其中一个锚具孔内灌入高强无收缩灌浆料，另一个锚具孔作为排气孔。

3）为防止地下水突破桩头伸入套筒内，在封锚位置设置第2道防水措施。对张拉完多余钢绞线进行切除，并涂刷2 mm厚聚脲，要求包裹住锚具、钢绞线及垫板等外露材料，侧壁涂刷1 mm厚水泥基渗透结晶防水材料。防水工序施工完成后，使用C50 P10混凝土封填至板顶高度，与结构面平齐。

锚杆桩头处理及封锚大样如图5所示。

图5 锚杆桩头处理及封锚大样

3 结语

本文打破传统思维，改变水钻结构，与空气压缩机组合形成气旋式锚杆钻机，并应用于砂卵石地层中，工程实例证明，其成孔速度、机动性、成桩质量都优于传统水钻。采用高压气体清孔，沉渣厚度大幅度减少，有效节省了使用清水池清孔所占用的空间及时间，使用套筒护壁，通过套筒的长度测量，保证了成孔的孔径及孔深，有效解决了二次坍孔及清孔问题。

本工程采用多层防水工艺，渗透结晶+聚脲+硅酮密封胶的工艺有效解决了地下水渗漏问题，防止地下水通过锚杆孔渗入结构内造成渗水现象，有利于节省工期，提高经济效益，对砂卵石地层内抗浮锚杆的成孔、清孔、张拉、封锚等均具有良好的指导意义。