论预应力抗浮锚杆施工技术

论预应力抗浮锚杆施工技术

作者：何浩

中国五冶集团有限公司  

关键词：预应力  锚杆  施工技术

1、概述

     预应力锚杆技术特别适用于地下水丰富的地区，或者地震带频发的地区。是20世纪80年代以来推广应用于岩土工程的一项新技术。所谓预应力抗浮锚杆就是通过锚具将杆体与抗水板形成整体，从而提高岩体与抗水板的整体性，既是通过预应力锚杆的作用，实现岩体条件的转化与改造，锚杆的锚固力改变了滑动面上的应力状态及滑动稳定条件。一方面预应力锚杆的锚固力与岩体有机的结合为一体，靠锚杆体与孔壁之间的摩擦力起锚固作用从而提高了抗拔力，就算基础有产生倾斜的迹象，由于锚杆与岩体形成整体，产生了一种反作用力，能牢牢的地固定住基础而将损失降到最低；另一方面，由于锚杆自身的强度还可以提供一部份抗滑力，提高了基础的稳定性；

2、预应力锚杆的分类

    预应力锚杆分为：锚索与锚杆两类。预应力锚索，简称锚索，由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端锚固在坚硬的岩层中（称为内锚），然后在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加预应力对不稳定岩体进行锚固；预应力锚杆，简称锚杆，其原理与锚索基本类似，也是由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端锚固在坚硬的岩层中，然后在另一个自由端进行张拉，从而对岩层施加预应力对不稳定岩体进行锚固；

    锚索的受拉筋是用钢绞线制作，锚杆是用钢筋或者钢管。通常锚索受力较大。在国际上锚索是锚杆的一种，锚杆一般不施加预应力，因此它是被动受力。本文主要是改变了传统工艺，采用了精轧螺纹钢筋，将对锚杆施加预应力，使锚杆也像锚索一样被动受力。

3、工程简介

拟建于四川省资阳市的项目规划用地面积约 35.51 亩，总建筑面积约 6.04 万平方米，建设社区综合体，地下建筑1层，基础形式拟采用天然独立柱基础、桩基础。地下室±0.000绝对标高387.2m-391.4m；抗浮水头6.7m-9.7m，由于纯地下室结构自重不满足抗浮力的要求，须采用设置抗浮锚杆的方式以满足抗浮要求，采用预应力抗浮锚杆方案。

4、地勘及设计说明

4.1 地层岩性

经钻孔揭露，场地内地层为第四系全新统的人工填土(Q4ml)、第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)粉质黏土、侏罗系上统遂宁组（J3s）泥岩；

4.2 水文地质条件

根据拟建场地水文地质特征和抗浮设计经验，场地内地下水不发育，主要为第四系松散堆积层中的上层滞水、基岩风化裂隙水，透水性和富水性均较差，但考虑到场地整体回填以后，拟建地下建筑处地势低洼，易于汇水，即在后期地表水或大气降水易沿基坑侧壁回填土入渗至基础底形成肥槽水对地下结构抗浮的不利影响，故需对拟建地下结构进行抗浮验算并采取有效的抗浮措施。

4.3水、土的腐蚀性分析评价

（1）水的腐蚀性分析评价

依据地区经验并结合上表成果可判定，场地地下水对混凝土结构按环境类型、地层渗透性判定具中腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。 场地及其周边目前未发现污染源，土层未受污染。场地土对混凝土结构、对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。场地岩石对混凝土结构、对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。

4.4地下室抗浮问题分析

（1）能保证地表水不下渗。

（2）设置抗浮措施

可考虑采用增加配重或设置抗浮构件（如抗拔桩、抗浮锚杆等）的抗浮措施。

终上所述：本工程采用预应力抗浮锚杆设计,一是更能有效防止建筑物在极端天气环境下的上浮；二是采用预应力增加了混凝土的致密性，且能更有效保证地下中腐蚀性水不进入内部对钢筋、锚具进行腐蚀。

4.5 设计分析

(1)本工程抗浮锚杆主要遍布于地下室中，锚杆总计根数约为2932根，工程量约为26388m。本工程采用预应力锚杆作为永久抗浮构件，岩石锚杆钢筋直径32mm，锚杆有效长度7m，入岩深度7m。土层锚杆钢筋直径32mm，锚杆有效长度7.5m。

本工程抗浮锚杆选用预应力抗浮锚杆，具体工程情况如下：

(2)本工程所用水泥均为P.O.42.5,其质量应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175的规定。锚杆杆体为不低于C40等级的细石混凝土，骨料粒径控制在5~20mm。锚杆混凝土采用抗硫酸盐水泥，抗硫酸盐等级KS90&0.85，最大水胶比0.5，桩身抗渗等级P8, 最大氯离子含量(%) ≤0.08%，最大碱含量(kg/m')≤3。

(3)本工程所用预应力混凝土锚杆主要钢材为PSB1080级精轧螺纹钢筋,fpyk=1080MPa,fptk=1230MPa,fpy=770MPa，预应力混凝土锚杆用螺纹钢筋的最大力下总伸长率不小于3.5%,断后伸长率不小于6%。

(4)本工程的地下水对砼具有中腐蚀性，抗拔锚杆防腐等级为

Ⅰ级。锚杆杆体采用套有塑料波纹管套管的高强钢筋制作，套管与杆体的间隙应填充防腐油脂，必要时可采用双重套管密封保护，杆体套管应延伸至钢筋笼上端。

(5)锚具、夹具和连接器的基本性能和使用要求应符合现行国家标准《钢筋锚固板应用技术规程》(JGJ 256-2011)及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2015的规定。

5、施工方案

5.1施工工艺流程

施工流程:定位→套管护壁钻机钻进至设计深度→成孔→成孔质量检测→下放杆体→下放导管浇筑混凝土→锚杆验收试验→安装上部锚固配件→浇筑砼垫层（土建施工单位承担）→筏板施工同时预留后浇槽（土建施工单位承担）→筏板混凝土强度达到设计强度的90％实施预应力张拉并锁定→拧紧高强螺母。

5.2钻机成孔

1）本工程采用HDJ-200A型全液压履带钻机钻孔（边加钻杆边加套管），钻头直径为300㎜。钻孔直径为300m，钻孔位置纵横向偏差均不得大于±50mm，钻孔垂直度≤1％。达到设计深度后，不得立即停钻，稳钻1～2min，防止底端头达不到设计的锚固直径以及后来的灌浆充分，长度误差在﹢100/-30mm。

2）成孔后用高压空气吹净残渣。废渣安排专人清理至基坑边缘，并及时清运。

3）根据成孔工艺流程要求，成孔结束后，由质检员和监理单位对成孔质量进行检查验收，检查的主要内容有：孔深、孔径、孔斜、沉渣厚度等是否达到设计或规范要求，并作详细、完整的钻孔记录。

5.3清孔提钻

1）锚杆孔终孔后，利用高压空气将沉渣排出，直至孔内沉渣厚度小于20mm，为了保证施工质量，必要时要进行二次清孔，将孔内沉渣和积水清理干净。但需注意清孔时间不宜过长，以防塌孔影响拔管。

2）清孔完毕后及时做好孔口维护，防止渣土流入孔内。

5.4 锚杆杆体制作

（1）锚杆制作

本工程锚杆杆体主筋采用132，钢材都为PSB1080级精轧螺纹钢筋。锚杆体制作时，杆体的下料长度应考虑锚杆的设计长度、锚入底板长度的尺寸。

2）锚杆的钢筋长度是根据孔深度加上砼底板锚筋的长度，根据设计图纸，钢筋长8.95m，锚杆顶低于筏板顶50mm。

3）锚杆筋体制作前应清除表面油污及锈膜。

4）制作及质量要求

A.钢筋在制作前必须平直，不得有局部弯曲；

B.钢筋外套塑料波纹管，填满防腐油脂。

经现场质检员和甲方现场代表或监理工程师检查验收后方，将锚杆主筋放入钻孔。依据主筋型号及杆体长度，本项目划分的2种类型锚杆可采用人工配合钻机配套的卷扬机安放锚杆，锚杆安放过程匀速缓慢，严禁急速直放。

锚杆主筋应对正钻孔中心，正确计算钢筋长度，确保底板内锚固长度；锚杆放入钻孔之前，根据检查沉渣厚度情况，可向孔内投入砾石或卵石，使主筋就位后其底部与孔底之间有250mm的距离，确保锚杆有效长度。

5.5 置入杆体

1）锚杆制作好后，下锚杆钢筋前应检查塑料管有无破裂。

2）利用塔吊、汽车吊等吊装设备将锚杆吊放入孔中，安放时应避免锚杆扭曲、弯折及各部件的松脱。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。由于锚杆较重，在下锚过程中必须要有管理人员在场，绝对要注意安全，防止隐患事故发生，并有专门测量员用水准仪对锚杆顶部标高进行校核，使锚杆顶部基本处于同一水平面。

5.6 下放导管灌注混凝土

1）本工程所用混凝土为C40细石自密实P8抗硫酸盐混凝土，抗琉酸盐等级KS90≥0.85，最大水胶比0.5,桩身抗渗等级P8，最大氯离子含量(%)≤0.08%,最大碱含量(kg/m3)≤3。

2）导管直径300mm，每节长3000mm，并配几节1000～1500mm的调节长度用的短管，节间采用丝扣连接，连接处架设“O”型密封圈。接头处用厚4～5mm橡胶垫圈密封防水，接头部位应光滑，使之在钢筋笼内上下时不挂钢筋；

3）导管下放至孔底以上40cm位置，使锚杆钢筋置于导管中；

4）开导管方法采用盖板混凝土隔塞，盖板预先盖在混凝土漏斗口内，漏斗直径1.1m，高1m，体积约0.7方，混凝土一次下放到漏斗下0.2m处即一次性放入约0.6方的混凝土，吊起盖板，从导管下口压出泥浆，整个浇筑过程中，混凝土导管应埋入混凝土中2000～4000mm，最小埋深不得小于2000mm，否则会把混凝土上升面附近的浮浆卷入砼内，不宜大于6000mm，埋入太深，将会影响混凝土充分的流动，导管随浇筑随提升，避免提升过快造成混凝土脱空现象，或提升过晚而造成埋管拔不出的事故，浇筑时利用不停浇筑及导管出口混凝土的压力差，使混凝土不断从导管内挤出，使混凝土面逐渐均匀上升，孔内的泥浆逐渐被混凝土置换而排出孔外，流入临时泥浆池内。

5）混凝土浇筑要一气呵成，不得中断，以保证砼的均匀性，间歇时间一般应控制在15min内，任何情况下不得超过30min。

5.7 混凝土试块

杆体强度检验用试块的数量每30根锚杆不应少于一组，每组试块不应少于3个。

5.8 施加预应力

1）锚杆完全达到设计强度后，进行抗拔验收试验，验收通过方可进行下步工序。

2）抗拔验收合格后，安装200*20mm的钢垫板、上部钢套管、350*350*25mm的钢垫板及上部高强螺母，安装完成后由总包单位进行垫层及防水施工，浇筑筏板同时预留锚杆张拉后浇槽。

3）待筏板混凝土达到设计强度的90%实施预应力张拉并锁定。

4）张拉完成后在钢套管内灌入50Mpa水泥灌浆料。

5）上部钢罩与垫板满焊，以防水渗出，钢罩内满填黄油防腐防水。

6）钢罩安装后由总包单位在后浇槽内后浇高抗渗、填充性膨胀混凝土。

5.9锚杆防水防腐

1）防腐：①底部高强螺母及钢质承载板涂上防腐油漆；②锚杆钢筋套pvc管，中间填充防腐油脂，下部用胶布与高强螺母缠紧；③张拉锁定后用钢罩将上部高强螺母盖住，钢罩与垫板满焊，钢罩内填满黄油；

2）防水节点：①中部圆形钢垫板与下部锚杆之间刷1mm厚水泥基渗透结晶型防水材料且≥1.5kg/m2；②锚杆穿中部圆形钢垫板处设腻子型遇水膨胀密封条（10*20）；③聚氨酯遇套管上翻50mm，周圈距离锚杆外缘40mm；④钢套管安装后，聚氨酯遇套管上翻50mm；⑤垫层遇锚杆的防水细部做法由防水单位实施：刷1.5mm厚立面型非固化沥青材料，一层玻纤网格布，再刷1.5mm立面型非固化，平面和钢管包裹长度各不少150;卷材两层错开铺设，在放角区域必须满粘（包括卷材与底板满粘、互相之间满粘）；垫层与锚杆接触处上下面均设置20*30遇水膨胀橡胶止水条；⑥pvc管截止处塞入遇水膨胀密封条，并向下嵌入30mm以上；⑦方形钢垫板周圈设腻子型遇水膨胀密封条（10*20）；⑧钢套管与方形钢垫板之间满焊。

5.10 抗浮锚杆施工关键点控制

1）锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于50mm。钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm。

2）钻孔垂直度偏差≤1％，发现偏差时立即校正。

3）长度误差+100/-30mm。

4）在土质较差的土层中施工中可采用套管跟进护壁成孔。

5）锚杆的制作严格按照施工图的有关直径、长度的要求进行，锚杆杆体每隔2m设置对中支架，杆体保护层厚度不小于20mm。

6）锚杆的制作材料、半成品、成品应挂牌标明，防止下错锚的现象出现,锚杆施工应于基础混凝土垫层施工完成后进行，注意对锚杆成品保护。

7）锚杆制作好后应由质安员及监理、甲方人员验收后方可下入锚孔内。

8）杆体不宜采用接长方式。

9）本工程所用水泥均为P.0.42.5，锚杆杆体为不低于C4O等级的细石混凝土，骨料粒径控制在5~2Omm，必要时可根据施工工艺调整为同等强度的水泥砂浆或灌浆料。锚杆混凝土采用抗硫酸盐水泥，抗硫酸盐等级KS0>0.85，最大水胶比0.5，桩身抗渗等级P8，最大氯离子含量(%)≤0.08%，最大碱含量(kg/m')<3。

10）锚杆钻孔施工不得扰动周围地层。

11）向孔内安放锚杆前，应将孔内土屑清洗干净。

6、验收试验

6.1 基本试验要求

在正式施工前，应选择最不利地层进行基本试验，以确定单根锚杆的抗拔力极限值，并根据试验结果调整设计参数、锚杆长度和抗浮形式（抗浮锚杆改为抗拔桩）。每种类型的抗浮锚杆基本试验数不少于3根，试验点由现场决定。

（1）试验目的

为保证抗浮锚杆施工质量，依据《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019），本工程在抗浮锚杆正式施工前需进行基本实验以确定单根锚杆抗拔力是否满足设计要求。

（2）技术依据

基本试验及验收试验严格按《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）、《四川省建筑地下结构抗浮锚杆技术规程》（DBJ51/T102-2018）、《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》的通知（成建委〔2018〕573号）及其他规范和施工相关要求实施。

抗浮锚杆基本试验的地层条件、锚杆杆体和参数、施工工艺应与工程锚杆相同，两种类型锚杆各选取4根，依据大面标高位置分划基本试验选点区域并经各责任单位确认。当通过基本试验确定锚杆抗拔力承载力特征值时，单根锚杆抗拔承载力特征值可取试验极限承载力的0.5倍，并应考虑试验时地下水位与抗浮设防水位差异的影响。

（3）试验要求

基本试验锚杆长度、配筋等与工程锚杆相同。

基本试验采用的地层条件、杆体材料和施工工艺必须与工程锚杆相同，待基坑开挖完成后，由现场甲方及监理工程师监督选点的代表性。

基本试验完成后及时报各相关单位，以便必要时及时修正锚杆设计，确保满足设计抗浮力的要求。锚杆混凝土应严格按照设计参数执行，在4根基本试验锚杆施工同时应对混凝土取样，制作试块，标准养护，达到28天养护期后，送到总包单位委托的第三方具备资质等级的检测部门进行检验，试块抗压试验结果满足设计强度要求的同时锚杆基本试验满足设计抗拔要求后，方可大面积施工。

（4）试验方法

本次试验采用地基土为锚杆提供抗拔反力；用经系统标定过的油压千斤顶、高压油管，0.4级精密压力表及手动油泵进行加荷；用50mm大量程精密百分表配合基准梁观测锚索位移变形量。试验方法按国家行业规范《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）要点进行。

图6.7 抗拔承载力检测示意图

8.1.2 验收试验要求

抗浮锚杆必须进行验收试验，锚固体灌浆强度达到设计强度的90%后，方可进行锚杆试验。验收试验数量不得低于锚杆总数的5%且不少于5根，并应进行多循环张拉验收试验。最大试验荷载：永久性锚杆应取锚杆抗拔承载力特征值的2倍。

8.1.3 抗浮锚杆质量验收标准

抗浮锚杆应严格按照《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）、《四川省建筑地下结构抗浮锚杆技术规程》（DBJ51/T102-2018）、《建筑地基基础施工质量验收标准》（GB/T50202-2018）、《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》的通知（成建委〔2018〕573号）等相关要求完成验收工作。

表 抗浮锚杆质量检验与验收标准

注：抗浮锚杆应严格按照《建筑边坡工程技术规范》GB50330、《岩土锚杆（索）技术规程》CECS22、《岩土锚杆与喷射混凝土支护技术规范》GB50086和《建筑地基基础设计规范》GB50007和《建筑地基基础施工质量验收规范》GB/T50202相关要求完成验收工作。

7、结束语

7.1本工程的质量通病与预防措施

（1）孔位误差大

产生原因：1、测量放线误差；2、放线后未对测量成果保护；3、钻孔施工未对准测放点 。产生后果：锚杆间距超过规范要求，不能通过验收 。

防治措施：放线后，对测量成果进行复核；成孔前，对测放点通过与周边点距离进行复核。

（2）施工工作面标高低于设计标高

产生原因：土方开挖时，未严格控制标高，至使超挖

产生后果：锚杆锚固段内地层被挠动，不能提供设计要求的锚固力

防治措施：土方开挖时严格控制标高

（3）锚孔深度与设计有出入

产生原因：1、锚杆施工场地高低不平，未对锚杆位置进行标高测量；2、成孔施工随意，终孔时未进行测量

产生后果：锚杆锚固段长度不足或锚杆锚入筏板长度不足

防治措施：1、锚杆放孔时，同时测量孔位标高；2、计算成孔深度，终孔时，测量钻孔深度。

（4）地层与地勘报告不符时调整锚孔深度

产生原因：钻孔时，未对实际地层进行编录，未发现与地勘报告不符的软弱层，或出现后，未对锚杆长度进行调整

产生后果：锚杆锚固力不满足设计要求，锚杆验收试验不合格

防治措施：成孔时进行编录，发现与地勘报告不符的软弱层，及时对锚杆长度进行调整。

（5）独立柱墩、集水坑、塔吊基础、条形基础位置锚孔深度未考虑独立柱深度

产生后果：锚杆锚固段长度不足

防治措施：施工前，统计独立柱及条形基础厚度，锚孔深度相应加深，对应至每根锚杆。

（6）锚杆杆体不居中

产生原因：灌注混凝土完成时未对锚杆位置调整 。

产生后果：锚杆间距不满足设计要求，锚杆保护层不满足设计要求 。

（7）下锚杆钢筋时候，锚杆钢筋下沉困难及锚杆钢筋下沉较多

产生原因：钻孔深度不够或钻孔时底部沉渣过厚，导致锚杆钢筋无法下沉至设计位置。

产生后果：钢筋锚固段长度不足

防治措施：现场钢筋下料复核，钻孔后需进行孔深测量（根据钻头长度或套管长度初测，同时采用钢尺量测）无误后方可拔出套管下发钢筋，若孔深较深时，填入砾石或卵石，控制锚杆钢筋标高。

7.2不合格锚杆处理

施工过程中若发现锚杆主控项目不合格（锚杆杆体长度、锚杆抗拔承载力特征值）不符合设计要求时需上报监理甲方并会同勘察、设计单位进行协商确定处理方案；若施工过程中发现异常情况不能进行锚杆施工时候，应立即停止施工上报监理甲方并会同设计、勘察单位进行协调确定处理方案。

参考：《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50208-2018

《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008

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