压力型预应力抗浮锚杆施工常见问题及应对措施
湖南弘兴抗浮工程技术有限公司
总经理 高级工程师
唐振兴（13027431828微信同号）
一、绪论
2020年3月1日开始实施《建筑工程抗浮技术标准》以来，在地下室有抗浮需求的项目中，压力型预应力抗浮锚杆应用得越来越普遍，但相对于之前常用的普通钢筋锚杆，预应力抗浮锚杆也算个新事物。特别地，压力型预应力抗浮锚杆相对于基坑支护中常用的预应力支护锚杆又有所区别，压力型预应力抗浮锚杆对施工工艺、质量要求更高，但很多施工队伍（包括部分管理人员）由于对压力型预应力抗浮的理论认识不足，还是延续着这些传统锚杆的做法，从而导致施工质量达不到设计要求，反而背离了《建筑工程抗浮技术标准》的初衷。
湖南弘兴抗浮工程技术有限公司（以下简称弘兴抗浮）推广一种新型的压力型预应力抗浮锚杆以来，实施项目七十余个，其中有长沙机场改扩建工程、世界计算·长沙智谷这种超大重点项目，也有一个项目只有几十根锚杆的项目，大多数项目是提供了从施工前的技术交底、试验锚杆到工程锚杆施工过程中的技术指导等全流程的技术服务，对于预应力抗浮锚杆施工积累了一定的实际经验，今尝试进行一些施工经验的总结，供各位同行参考，希望能起到抛砖引玉的作用。
二、压力型预应力抗浮锚杆的力学模型
图1、国标图集压力型预应力锚杆大样
图2、新型压力型预应力锚杆大样
不管是国标图集中的压力型预应力锚杆的做法，还是弘兴抗浮推广的新型压力型预应力锚杆的做法，其本质上都是利用预拉力使锚杆杆身（浆体）内全长产生压应力（内力），以使其满足《建筑工程抗浮技术标准》7.5.8条的规定，区别仅是锚杆在地下室底板内的锚固方式有所区别，国标图集的做法是在浇筑底板后进行张拉（容易渗漏水，前期已有文章进行了分析），弘兴抗浮的做法是在浇筑底板前进行张拉锁定，利用预应力传递装置进行锚固。
三、压力型预应力锚杆施工中的常见问题及应对措施
基于压力型预应力锚杆的力学模型，其相比全长粘结型普通锚杆（无张拉、无预应力、杆身无内力）及拉力型预应力锚杆（有张拉、部分预应力、锚杆杆身部分段有粘结部分段无粘结、杆身有内力），压力型预应力锚杆对杆身质量要求更高，一旦杆身质量存在较大缺陷，在张拉过程中，其杆身承受不了预压力，杆身则会出现破坏，导致锚杆失效。
（一）、杆身浆体强度不够的问题及应对措施。
问题：
杆身浆体材料理论上可采用纯水泥浆、水泥砂浆、细石混凝土，且最低强度不应低于M30（C30），而实际上，水泥砂浆及细石混凝土很难灌注，实际工程应用中，大家为了施工方便，绝大数采用了现场拌制纯水泥浆。
图3、搅拌桶搅拌
图4、泥坑搅拌
对水泥浆强度影响最大的就是水灰比，一般要求水灰比在0.45左右，水灰比越低，强度越高，浆体稠度越稠，但注浆压力要越大（也就是注浆越困难）。而施工现场稍好的情况是采用了专用的搅拌桶搅拌，不忍直视的有部分工地直接在地下挖个坑在泥坑里面一边加水一边加袋装水泥搅拌一边注浆，这对水灰比的控制只能是个笑话。部分工地的管理人员也不知道怎么检测拌制好的浆体的水灰比，大部分工地都没有留存浆体试块，浆体强度是否达到了设计要求这一块近乎盲区。工人都是图方便的，实际的水灰比往往要高于设计的水灰比，目前大部分锚杆质量不好的工地其原因就是杆身浆体强度没达到设计要求。
应对措施：
1、要搞清水灰比的概念，搞清楚一立方搅拌好的浆体需要多少水泥、多少水，但水一般是没有条件过称的，所以只要搞清楚拌制一定容积搅拌桶的水泥浆需要放多少袋水泥即可（这是很明了的事情，很好跟工人交待清楚）。以水灰比0.45的水泥浆为例：水灰比0.45即1吨的水泥加0.45吨的水。
即如果使用容积为1立方米的搅拌桶拌制水灰比为0.45的水泥浆，则需要加袋装水泥25包~26包（每包水泥50kg）。用完一桶水泥浆拌制一桶，不要边注浆边拌制。
2、对水灰比要有检测手段。最方便的检测方法是通过仪器测量水泥浆的容重反算水灰比，以水灰比为0.45的水泥浆为例，其容重需要大于1.85g/㎤才算合格。
图5、泥浆比重计
3、每批次注浆要多做几组水泥浆试块，标养、同条件养护都要有，同等条件养护试块强度达到25MPa以上才能张拉。
4、采用袋装预拌干粉锚浆。预拌干粉锚浆采用42.5水泥、精制细砂、添加剂等原材料在工厂预拌好，在工地直接按要求加水搅拌即可。预拌干粉锚浆属于水泥砂浆，具有早强膨胀功能，3天强度就能达到25MPa以上，能大大缩短张拉等待时间，3天竖向膨胀率为0.12%，初始流动度达330mm，其浆体容重能达到2.2g/㎤以上，比普通水泥浆容重要大得多，容重越大，在高压注浆过程中能更好的排出残留在锚杆孔中的碎石、泥土等沉渣，因此能很好的适应各种成孔工艺及恶劣的地质条件，进而大大提高锚杆杆身的质量。
图6、预拌干粉锚浆
图7、预拌干粉锚浆检测报告
（二）、施工工序及锚杆顶标高的问题及应对措施。
问题：
《建筑工程抗浮技术标准》8.5.1条规定：锚杆宜在地下结构底板混凝土垫层完成后进行施工。
设计要求锚杆顶标高齐平垫层面标高，先施工垫层，其锚杆顶标高即平垫层面，先施工锚杆再施工垫层实际上很难做到这一点。
图8、锚杆顶标高示意图
在目前施工完毕或正在施工的项目中，有先施工垫层再施工锚杆的，也有先施工锚杆再施工垫层的，甚至还有小部分土方还没基本开挖到位就施工锚杆，再挖土方的。
图9、先施工垫层再钻孔
图10、成孔实景
图11、注浆完成后实景
图12、先施工锚杆再施工垫层
图13、先施工锚杆再开挖土方
图14、钢绞线被破坏
从上面几张工地的实际图片可以看出，先施工垫层再施工锚杆，不管是文明施工还是质量控制，都要比先施工锚杆再施工垫层好得多。目前存在大量项目，总是以工期紧、施工作业面有限为由，要提前施工锚杆，殊不知这是捡了芝麻丢了西瓜。理论上要求开挖基槽时，不应扰动土的原状结构，土方开挖后应立即施工垫层，对基坑进行封闭，防止水浸泡和暴露，这就决定了先施工锚杆再施工垫层必然存在问题。一方面如果基坑已经开挖到设计标高了，施工锚杆时，机械设备必然会扰动原状土，而且还存在原状土被浸泡暴露的风险，另一方面如果留有部分土方未开挖，施工完锚杆之后，二次开挖极有可能损坏锚杆杆体及钢绞线。再者，先施工锚杆，如果不采取措施，那锚杆顶标高即平基坑底标高，理论上还有垫层厚度那一截没伸上来，实际上就会存在锚杆顶与垫层间夹土的问题，张拉时的表现就是垫层被压坏（弘兴抗浮的方案）。国标图集在底板面张拉的做法，不会出现这种情况，但并不是说就没问题，只是问题被掩盖了而已，夹土导致锚杆筋体耐久性降低的问题依然存在。
图15、张拉时垫层破坏
应对措施：
1、合理安排工期，优化作业面，采用先施工垫层再施工锚杆的施工工序。
2、如果要先施工锚杆，那也得土方基本开挖到位后才能成孔注浆，成孔后在孔口增加比设计孔径略大的PVC套管，测量好套管顶标高平垫层面标高，注浆完成面要平垫层面标高。锚杆顶标高也可先高于垫层面标高，垫层完成后，再对锚杆顶进行剔槽找平。土方二次开挖需人工开挖，不得破坏锚杆体及钢绞线。
图16、PVC护管设置示意
（三）、孔底沉渣的问题及应对措施。
问题：
根据不同的地质情况，孔底成渣或多或少都会存在。孔底沉渣的存在会影响承载体区域的浆体强度，导致张拉时承载体区域出现局压破坏，表现特征为张拉不到设计要求的预拉力或钢绞线实际伸长量大大超过理论伸长量。
图17、孔底沉渣影响杆身强度示意图
应对措施：
1、清孔要尽量干净，干成孔的可采用空压机高压空气清孔，湿成孔的可采用清水反复冲洗。
2、锚杆筋体置入孔内后，需用短钢筋条将锚杆筋体悬空，悬空高度根据地质情况确定，至少悬空20公分以上，地质情况不好，沉渣厚的要加高悬空高度，使锚杆底部承载体脱离沉渣区，并确保筋体居中布置。
3、不稳定地层中施工锚杆，应采用套管护壁钻进。
4、采用容重更高的预拌干粉锚浆，能更好的排出残留在锚杆孔中的碎石、泥土等沉渣，能很好的适应各种成孔工艺及恶劣的地质条件。
（四）钢绞线偏心的问题及应对措施。
问题：
钢绞线没居中布置、锚杆钻孔不垂直、钢绞线没垂直悬挂是钢绞线偏心的三个主要原因。
图18、钢绞线偏心原因示意图
钢绞线的偏心会导致预拉力产生附加弯矩（大偏压或小偏压），附加弯矩超过一定的限值，会破坏锚杆杆身，特别对于地质条件较差（地层对锚杆的侧向约束较差）的情况，这种情况会更加严重。
应对措施：
1、保证钻孔垂直度，允许偏差小于1%。
2、锚杆筋体置入孔内后，需用短钢筋条将锚杆筋体悬空，并确保筋体居中。
图19、锚杆筋体悬空居中
3、采用专业对中支架或定位架，对中支架或定位架直径比钻孔直径略小，这样能较好地控制锚杆筋体在锚杆孔中间位置。
图20、专业对中支架、定位架
（五）、二次注浆的问题及应对措施。
问题：
对于二次注浆，大部分施工管理人员和施工队伍并不理解其原理和要求。二次注浆的目的是为了补偿水泥浆的硬化收缩，增强锚杆浆体与土层的粘结力。有二次注浆要求的锚杆需要两根注浆管，很多队伍在一次注浆完成后没多久，就开始使用第二根注浆管进行注浆，就把这样的操作当成了二次注浆，这样是肯定达不到二次注浆的设计要求的。
应对措施：
1、首先要搞清楚二次注浆的概念。二次注浆分为简易二次高压注浆和二次高压劈裂注浆。简易二次注浆要求在浆体初凝后终凝前进行，一般在一次注浆4h~8h后进行，二次高压劈裂注浆要求浆体强度达到5MPa后进行，一般需要24h以上，需要根据试块强度决定二次注浆时间。
2、二次注浆管需要设置止逆功能。目前大部分工地一次注浆管、二次注浆管都是一样的，一次注浆时，二次注浆管并没采取止逆措施，一次注浆的反浆都把二次注浆管灌满了，初凝后，二次注浆根本注不进，注得进的实际也不叫二次注浆了，顶多是算一次注浆的补浆。
3、采用预拌干粉锚浆。采用预拌干粉锚浆，自带膨胀功能，3天竖向膨胀率为0.12%，8天竖向膨胀率能达0.26%，因此不需要二次注浆，一次注浆成功。
（六）、张拉时间及张拉速度的问题及应对措施。
问题：
规范对张拉时锚杆浆体强度及加载速率是有具体要求的，目前大部分施工队伍不能严格按规范执行，对浆体的强度没有检测，张拉一次性拉到设计荷载，没有预张拉，也没进行持荷稳定。
应对措施：
1、每批次的注浆浆体必须做试块，根据同等条件养护的试块强度确定张拉时间。
2、正式张拉前取10%~15%的拉力设计值进行预张拉，加载速率控制在50~100kN/min，加至拉力目标值后持荷5~10min。
四、结论
不管对于何种压力型预应力锚杆，其对施工要求都比普通锚杆要高，要求提高了，施工麻烦些了，施工不能再弄虚作假了，这并不是不对，更不是技术退步了，适应性差了。根据《建筑工程抗浮技术标准》编制组的主要问题释义，正是针对普通锚杆施工过程中质量控制不严的问题，通过对裂缝控制的要求，引导大家采用预应力锚杆，通过预应力的施加对锚杆进行全数的检验，倒逼大家增强质量意识，提高锚杆施工质量。
对于压力型预应力锚杆，其力学理论对于设计人员来说是很容易理解的，但对于现场施工经验、注意事项，设计人员是很欠缺的。对于班组作业人员，他们的现场经验可能很丰富，但他们又缺乏理论认识，总是一厢情愿的去按他们的经验搞，往往达不到设计的目的。这个矛盾是极普遍的，怎么解决这个矛盾，设计人员和施工管理人员（包括监理人员）非常重要。设计人员、施工管理人员学习能力明显要强于班组作业人员，要班组作业人员去掌握理论知识难度很大，但要设计人员、施工管理人员去掌握施工的关键技术，只要抽点时间多学习一下就可以了，掌握施工关键点之后，在作业前进行施工技术交底、制定作业指导细则，作业中加强监管落实、旁站指导，作业完成后加强检查检验，这样全过程监管下来，我相信没有做不好的预应力锚杆！
这是一篇长文，也可以说是本人的心血之作，希望能对大家对预应力锚杆施工的了解有所帮助，也欢迎同行多交流指导。
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