巖石錨桿抗浮設計與施工

摘要：主要介紹錨桿作為巖石地基水池抗浮措施的工程實踐，采用錨桿抗浮替代管樁抗拔，即減少可大型設備進退場費用，又解決巖石地基無法施工管樁的的困境。相對于采用沖孔灌注樁作為抗拔樁，以及采用澆筑大量混凝土增加自重抗浮更為經濟，是工程中水池抗拔設計的一種不錯選擇。

關鍵詞：巖石錨桿;抗浮設計;錨固長度;耐久性

隨著我國綜合國力的增強，城市的不斷發展擴大，人們生活、工業生產和環境保護的需要，污水處理水池類構筑物工程的建設逐年增多。水池一般都是現澆鋼筋混凝土結構，抗浮是設計的基本要求之一，當構筑物自身重量不能滿足整體或局部抗浮要求時，就必須對構筑物采取一定的抗浮措施。

在傳統的抗浮設計中，不外乎采用抗拔樁（管樁）或增加壓重以達到滿足抗浮要求。在具體工程實踐中，對于巖石地基上水池抗浮而言，采用錨桿抗浮為上上策。

1.工程及的質概況

1.1工程概況

梅州市江南污水處理廠二期工程總規模：15萬m3/d;近期：5.0萬m3/d。污水處理廠中的主要構筑物SBR池埋深較深，需要采取抗浮措施。

1.2場地地質概況

本場地原始地貌屬低山丘陵地貌，地貌單元屬丘陵坡腳及沖積區，經人工開挖填土平整，場地平坦。根據鉆孔揭露，場地在勘探深度內的土層為①人工填土層、②沖積土層，③坡積土層、④殘積土層及⑤白堊系基巖，SBR池底板以下為白堊系基巖：中風化砂巖。

中風化砂巖：褐黃、褐灰、灰青色，巖石砂質結構，厚層狀構造，裂隙發育，巖芯破碎，以塊狀為主，夾碎塊狀或短柱狀，錘擊聲較脆，巖質較軟巖，巖體基本質量等級分類為Ⅴ類。

2.方案選擇及確定

2.1抗浮設計水位的確定

根據地質報告，基巖裂隙發育，富含一定裂隙水，其含水透水性較好。補給來源主要接受梅江河側向及大氣降水補給，其動態受季節性影響。

勘察期間適逢春雨季節，測得各孔內地下水位埋深為0.20～12.00m，標高為68.87～84.01m，綜合考慮，將抗浮設計水位取82.75"m（設計地坪標高）。

2.2抗浮措施的比較

水池構筑物抗浮措施常見的有：1、自重抗浮;2、配重抗浮;3、錨固（錨桿和抗拔樁）抗浮;4、通過肓溝排水降水等達到抗浮目的。

本工程場地緊鄰河道，地下水和河道發生水力聯系，并受大氣降水的補給影響，水位和水量的強度季節性較為明顯。河道水位較高，因此，欲通過降地下水位來滿足抗浮要求時不可行的。

配重抗浮一般適用于于小型池體或結構自重與浮力相差不大的池體，而SBR池面積尺寸大，埋深較深，結構自重抗浮嚴重不足，若采用大量低標號混凝土壓載抗浮，池壁計算高度增加，板厚和配筋相應加大。經技術經濟比較，加大結構自重或配重抗浮均不經濟。

抗浮錨桿具有良好的地層適應性，斷面尺寸小，布置靈活，錨固效率高，由于其單向受力的特點，有利于建筑結構的應力與變形協調，可減少結構造價。本場地水池底板座落在強（中）風化砂巖上，可以充分利用錨桿與巖層間的摩擦力。因此，SBR池采用錨桿抗浮。

3.錨桿的設計

本工程中的錨桿為永久性抗浮錨桿，它通過桿體和注漿體形成的錨固體與巖（土）層之間的摩擦作用傳遞摩阻力【1】。錨桿的類型的選擇同錨桿錨固段所處的巖土層類型、工程特性、錨桿的承載力、錨桿的材料和長度、施工工藝等有關，而其中選擇預應力鋼筋錨桿或普通鋼筋錨桿的在抗浮設計中是一個關鍵內容。在水浮力作用下錨桿受拉，各種因素引起的錨桿變形可能是水池底板產生豎向位移，水浮力越大位移越大，位移可能會造成底板開裂而發生滲漏。可見應該從控制底板位移和裂縫的角度出發來設計錨桿。本工程從使用要求、工期以及造價等方面綜合考慮，抗浮錨桿選用普通鋼筋巖石錨桿，桿體采用螺紋鋼，用一定的構筑措施，將錨桿頂端預留部分直接澆入混凝土底板。避免預應力錨桿復雜的錨下構造、預應力張拉及封錨等程序，施工簡單，工期短。

3.1確定設計荷載

錨桿布置時，為避免應力集中，最小間距不小于1.50m，以免群錨效應發生而降低錨固力。SBR池按2.5"m"X2.5"m矩形格網布置。

底板厚400"mm處，抗浮力設計值（未考慮池壁自重）：50.17KN/"m2，抗浮力特征值（未考慮池壁自重）：37.275KN/"m2，

底板厚850"mm處，抗浮力設計值（未考慮池壁自重）：42.25KN/"m2;抗浮力特征值（未考慮池壁自重）：30.19KN/"m2，

底板厚400"mm處，錨桿布置：2.5m"X2.5"m，單根錨桿設計值最大荷載為Nt"=314KN;單根錨桿抗拔特征值最大荷載為Nt"=233KN;

底板厚850"mm處，錨桿布置：2.5"m"X2.5"m，單根錨桿設計值最大荷載為Nt"=264KN;單根錨桿抗拔特征值最大荷載為Nt"=189KN;

3.2確定錨桿鋼筋截面面積

目前在現行《建筑地基基礎設計規范》（GB"50007-2011）、《建筑邊坡工程技術規范》（GB5030-2002）、《巖石錨桿（索）技術規程》CECS22：2005【2】、《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）、《土層錨桿設計與施工》（CECS22：90）以及《錨桿噴射混凝土支護技術規程》（GB50086-2001）等規范與規程中都有關于錨桿計算的條文。

由【3】可知，在錨桿抗浮計算中，一般宜采用《巖石錨桿（索）技術規程》進行計算。

根據《巖石錨桿（索）技術規程》CECS22：2005，第7.4.1條。

由于本工程抗浮錨桿屬于永久錨桿，考慮永久破壞后，對池體危害較大，因此抗拔安全系數取K=2.0，桿體截面設計時鋼筋抗拉安全系數Kt=1.6。

鉆孔直徑取D=150mm，選用HRB400級鋼筋作為桿體，

As≥Kt.Nt/fyk=1.6x314（或264）/（400）=1256（或1056）mm2，設計選用3根φ25抗拔主筋。

3.3確定錨桿錨固長度

根據《巖石錨桿（索）技術規程》CECS22：2005中，

式7.5.1-1，有錨桿錨固長度La≥K.NtX1.4/π.D.fmg.φ=2.0x314（或264）/（3.14X150X0.7X1.0）=1905mm（或1601mm）;

式7.5.1-1，有錨桿錨固長度La≥K.NtX1.4/nπd.ζ.fms.φ=2.0x314（或264）/（3X3.14X25X0.70X2.5X1.0）=1524mm（或1281"mm）;

通過計算，錨桿錨固段長度較小，但考慮實際施工諸多不確定因素后，確定定錨桿進入中風化砂巖（層號⑤2）層大于2.0"m，且最小樁長為4.0m。

3.4錨桿耐久性問題

在巖石錨桿工程中，錨桿的耐久性問題越來越受到人們的重視，為保證永久錨桿錨固段鋼筋保護層不小于20"mm，應設置對中支架（圖1）。

在浮力作用下，底板于地基界面處將形成微小的縫隙，此處的錨桿由于長期受到地下水的侵蝕容易產生銹蝕。因此，對在底板和地基界面上下各250"mm范圍內的錨桿涂上環氧樹脂防止鋼筋銹蝕。對于場地環境為氯化物或化學腐蝕環境，不宜設計永久錨桿，否則，應采取特別費防腐措施，本工程場地不存在腐蝕環境。

4.錨桿的施工

4.1施工順序

測量放線—→鉆機就位—→鉆孔—→按放錨桿—→一次注漿—→二次注漿—→成錨。

4.2施工有關要求

錨桿工程施工前，應根據錨固工程的設計條件、現場地層條件和環境條件編制施工組織設計。為確保錨桿施工質量，對施工技術的要求如下。

1）、鉆孔前，根據設計要求和地層條件，定出孔位、做出標記;錨桿水平、垂直方向的孔距誤差不應大于100mm，成孔直徑不小于180mm;鉆孔軸線的偏斜率不應大于錨桿長度的1%;錨桿鉆孔深度不應小于設計長度，應不宜大于設計長度500mm。

2）、錨桿放入鉆孔前，應將孔道內的土屑清理干凈，并檢查桿體的制作加工質量及存儲方式，桿體居中支架應符合設計要求（見圖1）。安放桿體時，應防止扭曲、彎曲，注漿管宜隨桿體一同放入鉆孔。安放桿體時，不得損壞防腐層，不得影響正常的注漿作業。

3）、錨桿注漿采用兩次注漿，一次注漿時，注漿材料選用灰砂比為1：0.5的水泥砂漿（砂子粒徑不大于2mm），注漿壓力取1.0MPa，注漿前應進行洗孔，至孔內流出清水時放可進行注漿。注漿作業從孔底開始，自上而下的連續澆注，當孔口溢出漿液時，可停止注漿。二次注漿應在一次注漿形成的注漿體強度達到5.0MPa后進行，注漿材料采用水灰比0.45的純水泥漿，注漿壓力取2.0MPa，注漿材料中必要時可添加適量早強劑。

5.錨桿的驗收試驗

根據《巖石錨桿（索）技術規程》CECS22：2005規定，驗收試驗的錨桿數取錨桿總數的5%，且不得小于3根。最大試驗荷載為設計荷載的1.50倍，即Pmax=1.50X314=471kN。根據本工程驗收試驗曲線：錨頭位移相對穩定，滿足設計及規范要求。

6.抗浮效果

目前，該水池已投入使用并經過多次汛期的考驗，通過沉降觀測，池體上測點高程基本沒有變化，達到了預期效果。

7.結論

1）、在水池類抗浮設計中，當地基承載力滿足要求，而自重抗浮嚴重不足時，采用土（巖）層錨桿抗浮是可行的。

2）、另外，當底板下有堅硬土層且深度不大時，特別是巖石地基的情況。，設錨桿抗浮與配重抗浮相比，錨桿抗浮效果好，造價低，且有施工簡便、快捷。經造價分析比較，本工程錨桿抗浮設計較配重抗浮節約造價50%。

參考文獻：

[1]、陳棠菌，王賢能.抗浮錨桿應力——應變狀態的線彈性理論分析[J].巖土力學，2006，27（11）：2033-2036

[2]、CECS22：2005""巖石錨桿（索）技術規程[S]

[3]、冷利浩.抗浮錨桿在結構設計中計算方法的合理選擇[J].四川建筑.第30卷2期""2010.04