基坑支护预应力锚索预埋管防堵漏施工技术

刘峥志,陈来勇,雷 斌

(1.深圳市工勘建设集团有限公司,广东 深圳 518063; 2.深圳市工勘岩土集团有限公司,广东 深圳 518063)

0 引言

桩锚支护形式是目前深基坑支护中最常用的一种,主要由一系列排桩和预应力锚索组成。随着基坑不断向下开挖,时常发生预应力锚索在张拉锁定后,在锚索锚头或冠(腰)梁处出现不同程度的渗漏水现象。长时间的锚索渗漏水,会引起基坑周边地下水位不同程度的下降,导致周边管线、建(构)筑物不同程度沉降。

为消除锚索漏水对基坑造成的安全隐患,现场往往根据锚索渗漏水的大小情况,采取针对性措施进行处理。当出现锚头处浸透或细微漏水时,采用在锚头钢垫板处钻凿数个注浆孔,并采用高压注浆机注入化学浆液,对锚头处的渗流通道进行封堵,可实现快速封堵渗漏点。而当锚头渗漏水较大时,采用上述化学注浆处理后,锚头处漏水点被封堵后,有的会转而在锚索的冠梁或腰梁部位出现绕渗,此时采用在腰梁与支护桩交界处沿锚索的角度钻斜孔,并实施水泥浆+水玻璃的双液快速固结注浆,对锚索非锚固段通道进行完全封堵。采取上述2种处理方法,均能有效处理锚索漏水,但这些堵漏处理均属于事后补救,需要重新实施钻孔、埋管、注浆或搭设脚手架,给现场施工带来较大的影响。

为更好地解决预应力锚索渗漏水问题,将事后处理转变为事先预防性控制,介绍了一种基坑支护预应力锚索预埋管防堵漏施工技术,在施工锚索处的冠(腰)梁钢筋绑扎、支模板、浇筑混凝土前,事先预埋1根PE注浆管,一端进入预应力锚索通道内,另一端伸出冠(腰)梁混凝土顶面。若在锚索张拉锁定后,随着基坑向下开挖,锚索未出现渗漏时,则无需处理;若锚索出现渗漏,则向预埋的PE注浆管灌入环氧树脂,环氧树脂与水相遇发生化学反应迅速膨胀形成固结体充满锚索渗水通道,将渗水通道阻塞,达到堵漏效果。

1 工程概况

南山区中医院建设项目地基与基础工程位于深圳市南山区同乐片区,南博二路与南博三路交叉口,深圳市艺术学校南山学校东侧,深圳市博伦职业技术学校南侧,深圳市公物仓西侧。基坑开挖面积约为10 383 m2,周长约为405 m,拟开挖4层地下室。基坑开挖深度16.00～24.50 m。东西两侧规划道路比现状标高低,先平整至规划道路标高后,采用上部放坡,下部桩锚支护。南侧平整至规划地坪标高后采用上部放坡,下部桩锚支护。锚索共902根,单根长度20～34 m,总长27 782 m。该工程现场地下水位较高,在基坑土方开挖至第1道锚索以下时(地面以下5～8 m),个别锚头开始出现渗漏现象。经过注浆堵漏准备后,通过向事先预埋在冠(腰)梁的注浆管灌入环氧树脂,将渗水通道阻塞,达到了立竿见影的堵漏效果,得到参建各方的一致好评。

2 基坑支护预应力锚索预埋管防堵漏施工工艺

2.1 适用范围

1) 适用于地下水丰富的基坑支护预应力锚索预防性堵漏。

2)适用于基坑支护冠梁、腰梁处渗漏的预应力锚索堵漏。

2.2 工艺原理

预应力锚索出现渗漏,主要是由于基坑支护锚索孔口区域地下水较丰富,或锚索成孔时钻穿承压水层,造成锚索孔内外水压差大,孔口范围内的锚固浆体难以凝固,丰富的地下水沿着非锚固段锚索孔通道从锚头渗出。此外,锚索施工非锚固段锚索波纹管受损,造成地下水进入锚索波纹管形成渗水通道,沿锚索从锚头渗出。锚索渗漏水主要原因是锚固体内存在与地下水贯通的渗水通道,在锚头和冠(腰)梁下渗出。因此,只要对该渗水通道进行完全封堵,便可解决预应力锚索渗漏水问题。

2.2.1预埋管堵漏原理

本技术针对锚索产生渗漏的原因,在锚索渗水通道内事先埋设注浆管,一旦出现锚索漏水,从预埋的注浆管口实施注浆即可进行有效封堵。

1)冠梁处预应力锚索预埋管

冠梁开挖时,梁背后通常会超挖一定空间进行支模,工人可在冠梁钢筋骨架背后将PE注浆管预埋进PVC保护套管中。在冠梁钢筋绑扎完成后,模板未封闭前,将1根长约2 m的φ25 PE注浆管从冠梁钢筋后方插入φ75锚索PVC保护套管内,插入长度约30～50 cm,然后使用水泥砂浆将锚索PVC保护套管与锚孔间的空隙封堵密实。PE注浆管另一端竖直露出冠梁外,作为注浆口。冠梁预应力锚索预埋注浆管过程如图1所示。

图1 冠梁锚索PE注浆管预埋过程Fig.1 PE grouting pipe pre-embedding process for prestressing anchor cable at bent cap

2)腰梁处预应力锚索预埋管

腰梁施工通常将腰梁处支护桩凿毛后直接浇筑混凝土,考虑到腰梁背后无操作空间,难以将PE注浆管插入锚索PVC保护套管中,此时采取将PE注浆管从锚孔口插入锚索孔内,插入长度约30～50 cm。注浆管插入预应力锚索孔后,使用水泥砂浆将PVC保护套与锚索孔间的间隙全部封堵密实。腰梁预应力锚索PE注浆管预埋过程如图2所示。

图2 腰梁锚索PE注浆管预埋过程Fig.2 PE grouting pipe pre-embedding process for prestressing anchor cable at wai purlin

2.2.2注浆堵漏原理

采用疏水性环氧树脂改性注浆材料,该材料具有良好的疏水性能、化学稳定性高,遇水后立即发生化学反应产生二氧化碳和不溶于水的发泡体,持续产生的二氧化碳推动发泡体向空隙深处扩散。发泡体充分反应膨胀后,最终形成具有一定强度的坚韧固结体,并将整个渗水通道完全填充,从而阻塞通道渗水,达到堵漏效果。

当出现预应力锚索渗漏后,通过往预留的PE注浆管口灌入环氧树脂,环氧树脂进入锚索渗水通道后,与地下水发生化学反应,膨胀形成发泡固结体,将渗水通道阻塞,便可完成堵漏。冠、腰梁锚索渗漏注浆封堵原理如图3,4所示。

图3 冠梁锚索渗漏注浆封堵原理Fig.3 Principle of grouting and plugging when the anchor cable at the bent cap is leaking

图4 腰梁锚索渗漏注浆封堵原理Fig.4 Principle of grouting and plugging when the anchor cable at the wai purlin is leaking

2.3 工艺流程

基坑支护预应力锚索预埋管防堵漏施工工艺流程如图5所示。

图5 施工工艺流程Fig.5 Construction process

2.4 操作要点

1) 预应力锚索二次注浆 ①预应力锚索灌注纯水泥浆,水泥浆采用P·O42.5R普通硅酸盐水泥拌制,水灰比为0.45～0.55,且保证浆体强度等级不低于C25;②注浆为两次注浆,第1次注浆为常压置换注浆,待孔口溢浆即可停止,第2次为高压注浆,注浆压力不宜小于2.0 MPa。

2) 冠(腰)梁钢筋绑扎 ①根据设计图纸要求绑扎冠(腰)梁的主筋、箍筋,并仔细检查钢筋间距是否符合相关规范、设计要求;②主筋采用直螺纹套筒连接。

3) 预应力锚索穿PVC保护套管 ①准备好1段φ75 PVC保护套管,并将一端切割成坡口,角度与锚索倾斜角度相符;②将同孔所有锚索全部穿入PVC保护套管,然后将PVC保护套管插入冠(腰)梁底部,保证浇筑冠(腰)梁混凝土时不将锚索包裹。

4) PE注浆管材料准备 ①将成捆的φ25PE注浆管使用台锯或手持切割机切割成小段,每段长约2 m;②PE注浆管不允许出现压扁、折痕、刺穿等损坏,否则废弃。

5) 冠梁PE注浆管预埋至PVC保护套管内 ①冠梁钢筋绑扎完成后,锚索穿PVC保护套管时,同时进行PE注浆管预埋;②工人在冠梁钢筋骨架背后,将PE注浆管从锚索PVC保护套管根部插入,插入套管的长度控制在30～50 cm。③PE注浆管一端插入PVC保护套管后,调整另一端的角度,使其尽可能竖直朝上,并使用扎丝将其位置固定,并保证伸出冠梁混凝土顶面以上长度≥20 cm。④PE注浆管完成预埋后,露出混凝土面的一端用透明胶带包封,避免浇筑混凝土时混凝土进入PE注浆管发生堵塞。

6) 腰梁PE注浆管预埋至锚索孔道内 ①腰梁预埋PE注浆管时,将PE注浆管从腰梁钢筋前方插入预应力锚索孔内,插入长度控制在30～50 cm;②PE注浆管一端插入预应力锚索孔口后,调整另一端的角度,并固定其位置。伸出腰梁混凝土顶面的PE注浆管长度≥20 cm,露出部分使用透明胶带包封,避免混凝土进入PE注浆管。

7) 冠梁锚索PVC保护套管头封堵 ①配备干硬性水泥砂浆,按水泥∶砂=1∶(2～3)进行配制;②人工将砂浆封堵在锚索PVC保护套管管头与地面的空隙处,并手压密实形成土包状。锚索PVC保护套管头封堵如图6所示。

图6 冠梁PVC套管头封堵Fig.6 Seal the gap between the PVC casing at the bent cap and the ground

8) 腰梁锚索孔口封堵 ①使用与冠梁锚索PVC保护套管头封堵相同的干硬性水泥砂浆进行锚索孔口封堵;②人工将砂浆封堵在腰梁锚索孔口,PVC保护套管、注浆管之间的空隙处,并密实。腰梁锚索孔口封堵如图7所示。

图7 腰梁锚索孔口封堵Fig.7 Plugging of anchor cable holes at wai purlin

9) 冠(腰)梁混凝土浇筑及养护 ①冠梁PVC保护套管(腰梁锚索孔口)封堵完成,安装冠(腰)梁模板,开始浇筑冠(腰)梁混凝土;②浇筑混凝土时,注意振捣密实,特别是锚索PVC保护套管周边,混凝土采用泵送混凝土,强度等级为C30;③混凝土浇筑完成,根据施工环境、气候条件和使用的水泥品牌及时进行养护,养护时间不少于14天。

10) 预应力锚索张拉锁定 ①锚索锚固体强度达到设计强度80%后方可进行张拉锁定;②每根锚索均应按设计拉力的1.0倍进行预张拉,然后卸荷至锁定荷载进行锁定。

11) 注浆堵漏准备 ①锚索完成张拉、锁定后,若出现锚头渗漏现象,便开始注浆准备,若无渗漏则无需处理。②提前采购足够的注浆材料环氧树脂,仔细阅读材料使用说明,环氧树脂为铁桶包装,每桶10 kg。③准备一个塑料矿泉水瓶,将底部裁剪掉,形成漏斗状。④将露出冠(腰)梁顶面PE注浆管过长的部分使用手持切割机将其切除,长度以插入矿泉水瓶注浆时不发生倾倒即可。

12) PE注浆管口灌入环氧树脂 ①将漏斗状矿泉水瓶插入PE注浆管头;②一个工人扶稳PE注浆管,另一工人缓慢向矿泉水瓶内灌入环氧树脂。

13) 环氧树脂混合液从锚头渗出 ①边灌入环氧树脂,边观察锚头渗水情况;灌入后约3～5 min,锚头渗水量开始增大,显示环氧树脂在锚索通道内与水之间开始发生反应,产生出CO2气体,同时环氧树脂浆液体积膨胀,沿锚索渗漏通道挤出。②持续往PE注浆管内灌入环氧树脂,直至锚头渗出黄色环氧树脂与地下水的混合液即可停止灌入。根据锚头渗水量大小,灌入环氧树脂灌入量约为1/3～1/2桶。

14) 混合液从PE注浆管口排出 ①环氧树脂混合液从锚头渗出后,随着反应时间加长,发泡体在锚头凝结,阻碍通道水渗出,通道水渗出开始减少,开始转从上方PE注浆管口冒出;②通道水从PE注浆管排出约1～2 min后,黄色环氧树脂混合液及发泡体开始从注浆管口排出,并随后排出部分环氧树脂发泡体。通道水及环氧树脂发泡体从注浆管口排出。

15) 封闭PE注浆管口 ①当锚头与PE注浆管持续排出环氧树脂发泡体时,及时将PE注浆管口封闭;②封闭PE注浆管时将注浆管对折,并用铁丝绑牢。

16) 环氧树脂停止渗出、堵漏完成 ①PE注浆管口封闭,锚索通道内的水完全排出后,环氧树脂在渗水通道内充分反应、膨胀,锚头持续渗出环氧树脂反应膨胀后的发泡体;②静置约5 min,环氧树脂发泡体渗出量开始减缓,并逐渐反应形成具有一定强度的固结体;③发泡体充分反应成固结体后,停止从锚头渗出,锚索渗漏水完成封堵,锚头排出发泡固结体。

2.5 施工工艺特点

1) 堵漏效果显著

本技术采用将预埋注浆管进入预应力锚索通道内,选用LC疏水性环氧树脂作为注浆材料,该材料遇水立即反应产生CO2气体并推动浆液向裂缝扩散,形成坚韧的固结体,将锚索的渗水通道阻塞,堵漏效果显著。

2) 堵漏操作便捷

本技术无需使用机具,仅在施工冠(腰)梁钢筋、模板时事先预埋1根PE注浆管,当锚索张拉锁定出现渗漏后,通过人工向PE注浆管内灌入注浆材料,注浆材料与锚固体中的渗漏水发生反应,迅速阻塞渗水通道实现完成堵漏,现场操作便捷。

3) 施工绿色环保

本技术使用的注浆材料为绿色环保材料,对环境无害、无污染且耐酸、碱,耐化学腐蚀性好;将注浆材料灌入预埋的注浆管中,在与渗漏的地下水反应过程中仅释放出少量CO2,孔口溢出的反应物成块状,清理方便,对土壤和大气均无污染。

4) 综合成本低

本技术所用材料均为成品材料,采购方便、使用量少;操作过程便捷,仅使用常规小型器具,无需钻孔、压浆设备,1～2个人便可完成堵漏施工;堵漏过程对现场其他工序无任何影响,可同步进行,综合成本低。

3 结语

通过事先预埋1根PE注浆管进入预应力锚索通道内,在锚索出现渗漏时,向预埋的PE注浆管灌入环氧树脂,环氧树脂与水相遇发生化学反应迅速膨胀形成固结体充满锚索渗水通道,将渗水通道阻塞,达到堵漏效果。经数个项目基坑支护锚索堵漏应用,该技术达到了操作便捷、快速堵漏、成本经济的效果,取得了显著的社会和经济效益。