壓力型預應力抗浮錨桿施工常見問題及應對措施
湖南弘興抗浮工程技術有限公司
總經理 高級工程師
唐振興(13027431828微信同號)
一、緒論
2020年3月1日開始實施《建筑工程抗浮技術標準》以來,在地下室有抗浮需求的項目中,壓力型預應力抗浮錨桿應用得越來越普遍,但相對于之前常用的普通鋼筋錨桿,預應力抗浮錨桿也算個新事物。特別地,壓力型預應力抗浮錨桿相對于基坑支護中常用的預應力支護錨桿又有所區別,壓力型預應力抗浮錨桿對施工工藝、質量要求更高,但很多施工隊伍(包括部分管理人員)由于對壓力型預應力抗浮的理論認識不足,還是延續著這些傳統錨桿的做法,從而導致施工質量達不到設計要求,反而背離了《建筑工程抗浮技術標準》的初衷。
湖南弘興抗浮工程技術有限公司(以下簡稱弘興抗?。┩茝V一種新型的壓力型預應力抗浮錨桿以來,實施項目七十余個,其中有長沙機場改擴建工程、世界計算·長沙智谷這種超大重點項目,也有一個項目只有幾十根錨桿的項目,大多數項目是提供了從施工前的技術交底、試驗錨桿到工程錨桿施工過程中的技術指導等全流程的技術服務,對于預應力抗浮錨桿施工積累了一定的實際經驗,今嘗試進行一些施工經驗的總結,供各位同行參考,希望能起到拋磚引玉的作用。
二、壓力型預應力抗浮錨桿的力學模型
圖1、國標圖集壓力型預應力錨桿大樣
圖2、新型壓力型預應力錨桿大樣
不管是國標圖集中的壓力型預應力錨桿的做法,還是弘興抗浮推廣的新型壓力型預應力錨桿的做法,其本質上都是利用預拉力使錨桿桿身(漿體)內全長產生壓應力(內力),以使其滿足《建筑工程抗浮技術標準》7.5.8條的規定,區別僅是錨桿在地下室底板內的錨固方式有所區別,國標圖集的做法是在澆筑底板后進行張拉(容易滲漏水,前期已有文章進行了分析),弘興抗浮的做法是在澆筑底板前進行張拉鎖定,利用預應力傳遞裝置進行錨固。
三、壓力型預應力錨桿施工中的常見問題及應對措施
基于壓力型預應力錨桿的力學模型,其相比全長粘結型普通錨桿(無張拉、無預應力、桿身無內力)及拉力型預應力錨桿(有張拉、部分預應力、錨桿桿身部分段有粘結部分段無粘結、桿身有內力),壓力型預應力錨桿對桿身質量要求更高,一旦桿身質量存在較大缺陷,在張拉過程中,其桿身承受不了預壓力,桿身則會出現破壞,導致錨桿失效。
(一)、桿身漿體強度不夠的問題及應對措施。
問題:
桿身漿體材料理論上可采用純水泥漿、水泥砂漿、細石混凝土,且最低強度不應低于M30(C30),而實際上,水泥砂漿及細石混凝土很難灌注,實際工程應用中,大家為了施工方便,絕大數采用了現場拌制純水泥漿。
圖3、攪拌桶攪拌
圖4、泥坑攪拌
對水泥漿強度影響最大的就是水灰比,一般要求水灰比在0.45左右,水灰比越低,強度越高,漿體稠度越稠,但注漿壓力要越大(也就是注漿越困難)。而施工現場稍好的情況是采用了專用的攪拌桶攪拌,不忍直視的有部分工地直接在地下挖個坑在泥坑里面一邊加水一邊加袋裝水泥攪拌一邊注漿,這對水灰比的控制只能是個笑話。部分工地的管理人員也不知道怎么檢測拌制好的漿體的水灰比,大部分工地都沒有留存漿體試塊,漿體強度是否達到了設計要求這一塊近乎盲區。工人都是圖方便的,實際的水灰比往往要高于設計的水灰比,目前大部分錨桿質量不好的工地其原因就是桿身漿體強度沒達到設計要求。
應對措施:
1、要搞清水灰比的概念,搞清楚一立方攪拌好的漿體需要多少水泥、多少水,但水一般是沒有條件過稱的,所以只要搞清楚拌制一定容積攪拌桶的水泥漿需要放多少袋水泥即可(這是很明了的事情,很好跟工人交待清楚)。以水灰比0.45的水泥漿為例:水灰比0.45即1噸的水泥加0.45噸的水。
即如果使用容積為1立方米的攪拌桶拌制水灰比為0.45的水泥漿,則需要加袋裝水泥25包~26包(每包水泥50kg)。用完一桶水泥漿拌制一桶,不要邊注漿邊拌制。
2、對水灰比要有檢測手段。最方便的檢測方法是通過儀器測量水泥漿的容重反算水灰比,以水灰比為0.45的水泥漿為例,其容重需要大于1.85g/?才算合格。
圖5、泥漿比重計
3、每批次注漿要多做幾組水泥漿試塊,標養、同條件養護都要有,同等條件養護試塊強度達到25MPa以上才能張拉。
4、采用袋裝預拌干粉錨漿。預拌干粉錨漿采用42.5水泥、精制細砂、添加劑等原材料在工廠預拌好,在工地直接按要求加水攪拌即可。預拌干粉錨漿屬于水泥砂漿,具有早強膨脹功能,3天強度就能達到25MPa以上,能大大縮短張拉等待時間,3天豎向膨脹率為0.12%,初始流動度達330mm,其漿體容重能達到2.2g/?以上,比普通水泥漿容重要大得多,容重越大,在高壓注漿過程中能更好的排出殘留在錨桿孔中的碎石、泥土等沉渣,因此能很好的適應各種成孔工藝及惡劣的地質條件,進而大大提高錨桿桿身的質量。
圖6、預拌干粉錨漿
圖7、預拌干粉錨漿檢測報告
(二)、施工工序及錨桿頂標高的問題及應對措施。
問題:
《建筑工程抗浮技術標準》8.5.1條規定:錨桿宜在地下結構底板混凝土墊層完成后進行施工。
設計要求錨桿頂標高齊平墊層面標高,先施工墊層,其錨桿頂標高即平墊層面,先施工錨桿再施工墊層實際上很難做到這一點。
圖8、錨桿頂標高示意圖
在目前施工完畢或正在施工的項目中,有先施工墊層再施工錨桿的,也有先施工錨桿再施工墊層的,甚至還有小部分土方還沒基本開挖到位就施工錨桿,再挖土方的。
圖9、先施工墊層再鉆孔
圖10、成孔實景
圖11、注漿完成后實景
圖12、先施工錨桿再施工墊層
圖13、先施工錨桿再開挖土方
圖14、鋼絞線被破壞
從上面幾張工地的實際圖片可以看出,先施工墊層再施工錨桿,不管是文明施工還是質量控制,都要比先施工錨桿再施工墊層好得多。目前存在大量項目,總是以工期緊、施工作業面有限為由,要提前施工錨桿,殊不知這是撿了芝麻丟了西瓜。理論上要求開挖基槽時,不應擾動土的原狀結構,土方開挖后應立即施工墊層,對基坑進行封閉,防止水浸泡和暴露,這就決定了先施工錨桿再施工墊層必然存在問題。一方面如果基坑已經開挖到設計標高了,施工錨桿時,機械設備必然會擾動原狀土,而且還存在原狀土被浸泡暴露的風險,另一方面如果留有部分土方未開挖,施工完錨桿之后,二次開挖極有可能損壞錨桿桿體及鋼絞線。再者,先施工錨桿,如果不采取措施,那錨桿頂標高即平基坑底標高,理論上還有墊層厚度那一截沒伸上來,實際上就會存在錨桿頂與墊層間夾土的問題,張拉時的表現就是墊層被壓壞(弘興抗浮的方案)。國標圖集在底板面張拉的做法,不會出現這種情況,但并不是說就沒問題,只是問題被掩蓋了而已,夾土導致錨桿筋體耐久性降低的問題依然存在。
圖15、張拉時墊層破壞
應對措施:
1、合理安排工期,優化作業面,采用先施工墊層再施工錨桿的施工工序。
2、如果要先施工錨桿,那也得土方基本開挖到位后才能成孔注漿,成孔后在孔口增加比設計孔徑略大的PVC套管,測量好套管頂標高平墊層面標高,注漿完成面要平墊層面標高。錨桿頂標高也可先高于墊層面標高,墊層完成后,再對錨桿頂進行剔槽找平。土方二次開挖需人工開挖,不得破壞錨桿體及鋼絞線。
圖16、PVC護管設置示意
(三)、孔底沉渣的問題及應對措施。
問題:
根據不同的地質情況,孔底成渣或多或少都會存在??椎壮猎拇嬖跁绊懗休d體區域的漿體強度,導致張拉時承載體區域出現局壓破壞,表現特征為張拉不到設計要求的預拉力或鋼絞線實際伸長量大大超過理論伸長量。
圖17、孔底沉渣影響桿身強度示意圖
應對措施:
1、清孔要盡量干凈,干成孔的可采用空壓機高壓空氣清孔,濕成孔的可采用清水反復沖洗。
2、錨桿筋體置入孔內后,需用短鋼筋條將錨桿筋體懸空,懸空高度根據地質情況確定,至少懸空20公分以上,地質情況不好,沉渣厚的要加高懸空高度,使錨桿底部承載體脫離沉渣區,并確保筋體居中布置。
3、不穩定地層中施工錨桿,應采用套管護壁鉆進。
4、采用容重更高的預拌干粉錨漿,能更好的排出殘留在錨桿孔中的碎石、泥土等沉渣,能很好的適應各種成孔工藝及惡劣的地質條件。
(四)鋼絞線偏心的問題及應對措施。
問題:
鋼絞線沒居中布置、錨桿鉆孔不垂直、鋼絞線沒垂直懸掛是鋼絞線偏心的三個主要原因。
圖18、鋼絞線偏心原因示意圖
鋼絞線的偏心會導致預拉力產生附加彎矩(大偏壓或小偏壓),附加彎矩超過一定的限值,會破壞錨桿桿身,特別對于地質條件較差(地層對錨桿的側向約束較差)的情況,這種情況會更加嚴重。
應對措施:
1、保證鉆孔垂直度,允許偏差小于1%。
2、錨桿筋體置入孔內后,需用短鋼筋條將錨桿筋體懸空,并確保筋體居中。
圖19、錨桿筋體懸空居中
3、采用專業對中支架或定位架,對中支架或定位架直徑比鉆孔直徑略小,這樣能較好地控制錨桿筋體在錨桿孔中間位置。
圖20、專業對中支架、定位架
(五)、二次注漿的問題及應對措施。
問題:
對于二次注漿,大部分施工管理人員和施工隊伍并不理解其原理和要求。二次注漿的目的是為了補償水泥漿的硬化收縮,增強錨桿漿體與土層的粘結力。有二次注漿要求的錨桿需要兩根注漿管,很多隊伍在一次注漿完成后沒多久,就開始使用第二根注漿管進行注漿,就把這樣的操作當成了二次注漿,這樣是肯定達不到二次注漿的設計要求的。
應對措施:
1、首先要搞清楚二次注漿的概念。二次注漿分為簡易二次高壓注漿和二次高壓劈裂注漿。簡易二次注漿要求在漿體初凝后終凝前進行,一般在一次注漿4h~8h后進行,二次高壓劈裂注漿要求漿體強度達到5MPa后進行,一般需要24h以上,需要根據試塊強度決定二次注漿時間。
2、二次注漿管需要設置止逆功能。目前大部分工地一次注漿管、二次注漿管都是一樣的,一次注漿時,二次注漿管并沒采取止逆措施,一次注漿的反漿都把二次注漿管灌滿了,初凝后,二次注漿根本注不進,注得進的實際也不叫二次注漿了,頂多是算一次注漿的補漿。
3、采用預拌干粉錨漿。采用預拌干粉錨漿,自帶膨脹功能,3天豎向膨脹率為0.12%,8天豎向膨脹率能達0.26%,因此不需要二次注漿,一次注漿成功。
(六)、張拉時間及張拉速度的問題及應對措施。
問題:
規范對張拉時錨桿漿體強度及加載速率是有具體要求的,目前大部分施工隊伍不能嚴格按規范執行,對漿體的強度沒有檢測,張拉一次性拉到設計荷載,沒有預張拉,也沒進行持荷穩定。
應對措施:
1、每批次的注漿漿體必須做試塊,根據同等條件養護的試塊強度確定張拉時間。
2、正式張拉前取10%~15%的拉力設計值進行預張拉,加載速率控制在50~100kN/min,加至拉力目標值后持荷5~10min。
四、結論
不管對于何種壓力型預應力錨桿,其對施工要求都比普通錨桿要高,要求提高了,施工麻煩些了,施工不能再弄虛作假了,這并不是不對,更不是技術退步了,適應性差了。根據《建筑工程抗浮技術標準》編制組的主要問題釋義,正是針對普通錨桿施工過程中質量控制不嚴的問題,通過對裂縫控制的要求,引導大家采用預應力錨桿,通過預應力的施加對錨桿進行全數的檢驗,倒逼大家增強質量意識,提高錨桿施工質量。
對于壓力型預應力錨桿,其力學理論對于設計人員來說是很容易理解的,但對于現場施工經驗、注意事項,設計人員是很欠缺的。對于班組作業人員,他們的現場經驗可能很豐富,但他們又缺乏理論認識,總是一廂情愿的去按他們的經驗搞,往往達不到設計的目的。這個矛盾是極普遍的,怎么解決這個矛盾,設計人員和施工管理人員(包括監理人員)非常重要。設計人員、施工管理人員學習能力明顯要強于班組作業人員,要班組作業人員去掌握理論知識難度很大,但要設計人員、施工管理人員去掌握施工的關鍵技術,只要抽點時間多學習一下就可以了,掌握施工關鍵點之后,在作業前進行施工技術交底、制定作業指導細則,作業中加強監管落實、旁站指導,作業完成后加強檢查檢驗,這樣全過程監管下來,我相信沒有做不好的預應力錨桿!
這是一篇長文,也可以說是本人的心血之作,希望能對大家對預應力錨桿施工的了解有所幫助,也歡迎同行多交流指導。
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