抗浮锚杆设计与施工质量控制
摘要:由于施工便捷且造价低廉，建筑物抗浮普遍采用抗浮锚杆进行处理。本文阐述了如何从设计和施工方面来控制抗浮锚杆的质量，以满足规范和工程要求，并结合工程实例进行分析和探讨。
关键词:抗浮锚杆,抗拔承载力
1引言
随着城市高楼大厦的兴建，埋置于地下的车库、人防工程逐渐增多，建筑物的基础采用抗浮设计普遍存在。建筑物抗浮一般有三种方法：第一种是配重法；第二种是“排”的方法；第三种是“抗”的方法。由于抗浮锚杆施工便捷且造价低廉，目前普遍采用抗浮锚杆进行抗浮处理。抗浮锚杆工作原理是利用其所能承受或提供的拉拔力大小，以满足建（构）筑物的抗拔荷载要求。
2抗浮锚杆设计
2.1适用的规范
抗浮锚杆的设计没有相应的规范条文，可参考《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》中“岩石锚杆基础”部分以及《建筑边坡工程技术规范GB50330-2002》。
2.2抗浮锚杆设计顺序和内容
首先根据岩土勘察报告和建筑物形式，按阿基米德定律(荷载-浮力)×抗浮稳定安全系数(一般取1.3)÷单根锚杆的抗拨承载力=n(锚杆根数)。锚杆抗拨承载力按GB50330-2002相关条文进行估算和设计（锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定），具体顺序和内容为：①计算锚筋（或预应力钢铰线）截面面积（m2），式中—工程重要性系数；—锚杆轴向拉力设计值；—锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69；—锚筋或预应力钢铰线拉力强度设计值（kPa）；②确定锚杆锚固段长度（m），式中—锚杆轴向拉力标准值；—锚固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1.00；D—锚固体直径（m）；—锚固体与地层粘结强度特征值（kPa），应通过试验确定；注浆材料和工艺；③确定锚杆自由段长度和锚杆总长；④土体或者岩体的强度验算；⑤外锚头及防腐等构造设计，以及预应力锚杆张拉值和锁定值确定。
2.3抗浮锚杆的布置方式
通常，抗浮锚杆的布置方式有集中点状、集中线状、面状均匀布置三种形式，其中集中点状布置推荐用于坚硬岩，集中线状布置推荐用于坚硬岩与较硬岩，面状均匀布置推荐用于所有情况。
2.4关键性技术要求
2.4.1抗浮设计水位
抗浮设计水位的确定应合理可靠，准确的确定场地的地下水位是抗浮设计是否成功的前提。一般做法是，按施工期间的进度来考虑，如果在一年内上部结构能做起来，荷载>浮力，这时仅考虑近5年来，一个水文年的最高水位；若荷载<浮力，是一个永久作用，按1/50年一遇水位设计，特殊的建筑物按1/100一遇水位。
2.4.2群锚作用
锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响。按《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ71-2004第8.6节规定，如果抗浮锚杆间距不满足《建筑桩基技术规范》的规定，要考虑群锚作用的影响，一般按0.8折减。
2.4.3抗浮锚杆防水
抗浮锚杆防水更是一个大问题，要锚入坚硬岩土层为好。灌浆强度最好与地下室砼强度在一个等级上，并且应加入微膨胀剂，防止形成地下水的通道。锚杆钢筋会穿过底板外防水，锚杆钢筋应有防水措施。
3施工质量控制
3.1钻孔施工工艺
根据锚杆设计、成孔地质条件和以往成功的工程经验，基本可确定锚杆钻孔成孔工艺。
(1)地质钻机泥浆护壁成孔工艺
利用地质钻机，通过泵送人工配置的优质泥浆，利用组合的正反循环系统，使所造的钻孔壁在相当长的时间内不坍塌。但施工的难点是在砂层、卵（砾）石层等复杂土层中成孔，由于砂层和卵（砾）石层无胶结性，在回转钻机的搅动下产生动水压力而形成流砂，砂层部位垮孔严重。同时卵（砾）石层钻进时不是被钻碎，而是被钻头挤裂或挤开，当钻孔达到设计孔深起钻后，钻孔空间又被垮坍的流砂及滚动的卵（砾）石回填，采用浓泥浆和水泥浆也无法护孔。这时可采用套管护壁，如先用三翼合金尖钻头泥浆钻穿砂层后，井口下入套管，再改用小二级三翼合金尖钻头钻穿圆砾层后，换用活门合金钻头干钻捞取圆砾石。活门捞碴钻头为下部钻孔的顺利成孔起到了保证作用。
(2)泥浆配比设计
成孔工艺中最重要的是泥浆的配比，根据实际情况，在钻孔前在实验室内要做好配比试验。根据以往的工程经验，采用类似工程使用的钻孔泥浆配比。泥浆配比设计是确定泥浆各组分在泥浆中所占比例的过程，目的在于使所配泥浆的性能符合钻进的需要。因此，泥浆的性能设计须经初选—应用—改性—再应用，直至基本达到要求这样一个过程。
3.2注浆
3.2.1配合比实验
为了提高浆体的早期强度，可以考虑加入适量的外掺剂，起到早强和膨胀的作用。在做配合比实验时，同时做掺加外加剂和不掺加外加剂的两组水泥浆的配合比。根据实验结果进行比较之后，根据实际需要再决定水泥浆是否掺加外加剂。
3.3.2埋入式注浆
在砂、卵（砾）石层注浆，考虑到起拔套管将引起砂砾层垮坍回填钻孔而无法下入注浆管，只有将插入式注浆改为埋入式注浆，即将注浆管绑扎钢筋杆体上，成孔后，将绑扎注浆杆体事先插入钻孔内，为防止起拔套管后，坍垮的砂砾堵塞注浆管底口。绑扎前，要在注浆管的底管下部(约1m长左右)的周侧用电钻钻入30@300的出浆孔，以保证被砂、卵（砾）石层埋住的注浆管能顺利出浆。
3.3.3二次注浆
为了提高注浆效果和质量，待一次注浆体初凝强度达5.0MPa后，即可用高压注浆管进行二次高压注浆，注浆材料采用纯水泥浆(水灰比为0.45～0.5)。锚固段注浆采用孔底返浆法，将注浆管插入到距孔底50cm处，用压浆泵将水泥浆通入注浆管注入孔底，水泥浆则由孔眼处挤出并冲破第一次注浆体。二次注浆时间、压力、注浆量等工艺参数可通过试验确定。
3.3锚杆基本试验
(1)基本试验锚杆，用作基本试验的锚杆参数、材料及施工工艺和工程锚杆相同。
(2)加力总量为0.8fptk或破坏。
(3)加载要求：加载宜按设计荷载的：初级加载0.1Afptk，以后为1/10～1/15Afptk，循
环加载依次进行，直至达到0.8fptk或破坏。
(4)根据试验中得出的荷载、位移值绘制P～S曲线，并对设计参数及施工质量进行评价。
4工程案例分析
4.1案例1
1.工程概况
拟建某酒店主楼11层，附楼5层，设置二层地下室。该建筑物地基基础采用桩基础，桩型采用φ500PHC静压管桩。现因建筑物北侧地下车库部分的抗浮设计不能满足地下室抗浮的要求，导致该侧地下室底板、基础等出现不同程度的破坏。
2.地下室抗浮设计方案
设计拟采用加设抗浮锚索的方法对已有地下室进行加固以满足地下室抗浮的要求。
①为了增加基础的抗浮能力，在地下室承台周边及底板布置预应力抗浮锚索。
②在地下室周边与原基坑支护桩之间浇捣素混凝土，对地下室外墙与原基坑支护桩作有效连接（采用设置拉结钢筋等方法），以利用支护桩的抗拔力，达到增强地下室抗浮能力的目的。
3.质量控制
①锚钻孔式预应力锚索孔径为φ168；
②锚索注浆采用两次注浆工艺；
③锚杆注浆采用纯水泥浆，水灰比0.4:1，水泥采用P.o42.5R硅酸盐水泥；
④锚索抗拔力检验，应由设计单位和监理单位选定锚索总数的10%进行锚索验收试验。
4.2案例2
以某已建游泳池为例，该游泳池是一个50m×25m的长方形结构，最深处离地面2.5米，最浅处离地面1.1m，游泳池底板厚度为0.3m。由于当时水文资料不全，加上没有作好基坑的排水措施。施工期间，地表水渗入基坑内，致使地下水位高度超过设计的地下水位高度，游泳池的过渡区及深水区的底板有上浮的可能。
游泳池抗浮分整体抗浮稳定及局部抗浮稳定。该工程为局部抗浮控制，即池中部抗浮稳定控制。游泳池中部抗浮稳定力为底板自重，即（以单位面积进行计算）0.3×2.5+0.1×2.3=0.98（t/m2）。抗浮水位按照常规方法应为池外地面，考虑池外地面已硬化，且设有排水沟，故建议抗浮水位设于-0.20米标高。浅水区最小浮力为1.1t/m2，最大浮力为1.4+0.4-0.2=1.6（t/m2）；深水区最大浮力为2.5+0.4-0.2=2.7（t/m2），浮力均大于底板自重（0.98t/m2），故全池范围均应采取抗浮措施。 参考文献
[1]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S]
[2]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S]