地下室抗拔錨桿設計

馮卓

（廣東珠江建筑工程設計有限公司　廣東　廣州　510630）

地下室抗拔錨桿設計

馮卓

（廣東珠江建筑工程設計有限公司廣東廣州510630）

抗浮錨桿在地下建筑工程中的應用越來越廣。本文結合現行規范中錨桿設計的相關規定，對不同規范所闡述的設計方法進行對比分析，表明它們的設計原理和得出的結果是相一致的。并且，通過筆者的工程經驗和對相關文獻的理解，歸納總結了一些在抗浮錨桿設計中應該引起注意的問題，為抗浮錨桿設計提供參考經驗。

抗浮錨桿；設計方法；試驗

隨著城市建設的發展，地下空間得到越來越充分的利用（如地下車庫、地下商業街等）。當地下室埋深大，地下水位較高時，靠結構自重往往無法平衡水浮力，此時須采取必要的抗浮措施。抗浮設計的常用方法有：①自重平衡法，即：采用回填土、石或混凝土（或重度≥30kN/m2的鋼渣混凝土）等手段，來平衡地下水浮力；②抗力平衡法，即：設置抗拔錨桿或抗拔樁，來消除或部分消除地下水浮力對結構的影響。其中抗浮錨桿由于具有造價低、布置靈活、錨固效率高和受力合理等優點，近年在地下建筑中應用十分廣泛。

1　錨桿的設計原理

抗浮錨桿是利用錨桿與砂漿組成的錨固體與巖土層的結合力作為抗浮力的，桿體可采用鋼筋（錨桿）或鋼絞線（錨索）。目前地下建筑抗浮大多數采用錨桿（粗鋼筋），一般為全長粘結性錨固體，本文所討論的就是這種錨桿。錨桿的破壞形態主要有以下情況：錨桿破壞；沿錨桿與注漿體界面破壞；沿注漿體與巖（土）層截面破壞；錨固長度不足導致土層至錐體拔出及群錨破壞。針對這些可能產生的破壞形態，我們必須采取相應的設計和構造措施。由于現階段還沒有專門的抗浮錨桿設計規范，在設計時主要參考國家規范、行業規范或地方規范中有關錨桿部分的規定，其中在這方面有比較完整條文論述的規范有《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）[1]和《巖土錨桿（索）技術規程》（CECS22：2005）[2]，本文將主要針對這兩本規范中對錨桿的設計規定進行對比分析。

2　設計方法對比分析

（1）文獻[1]的第7.2節介紹了錨桿的設計過程，其計算過程如下：

①錨桿鋼筋截面面積計算：

②錨桿錨固體與地層的錨固長度：

③錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度：

式（1）～（3）中：ξ1、ξ2、ξ3-工作條件系數，按永久錨桿分別取1.0、0.69、0.6；Na、Nak-分別為錨桿軸向拉力設計值和標準值；frb-地層與錨固體粘結強度特征值，可查規范表7.2.3-1和表7.2.3-2取值；fb-鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度設計值，可查規范表7.2.4取值。

（2）文獻[2]專門用第七章詳細介紹了錨桿的設計過程：

①錨桿桿體的截面面積：

②錨桿錨固體與地層的錨固長度：

③錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度：

式（1）～（3）中：Kt、K-安全系數，按永久錨桿一般取1.6、2.0；Nt-錨桿軸向拉力設計值；ψ-錨固長度對粘結強度的影響系數，可查規范表7.5.2，一般也可取0.8；fmg-錨固段注漿體與地層間的粘結強度標準值，可按規范表7.5.1-1或表7.5.1-2取值；fms-錨固段注漿體與筋體間的粘結強度標準值，可按規范表7.5.1-3取值。

表1　

從表1中我們可以看出對于相同的巖土類別，fmg和1.923frb計算得到的范圍值的偏差是很小的，考慮到巖體錨固力隨巖體不同的分布情況變化、離散性大，我們可以認為兩公式是可以對等的。同理，公式（3）和公式（6）也是對等的。因此，兩本規范雖然對錨桿的設計公式表現形式是不同的，但其本質是相互統一的。這里要特別指出的是，在抗拔錨桿設計時，選用了哪本規范的設計方法就必須選取相應規范提供的巖土類別與水泥砂漿的粘結強度值。

3　設計中需注意的一些問題

（1）抗浮錨桿的設計尚還沒有專門的現行規范可循，文獻[1]、[2]中有關錨桿部分可作為參考設計，不過最好只用于估算，錨桿抗拔承載力應通過現場試驗取得相應的數據后再進行符合現場實際的設計，精心施工，嚴格管理，及時發現和解決問題，不斷總結經驗教訓，只有這樣，抗浮錨固技術的設計和施工才能得到發展和提高。文獻[1]、[2]都有相應的規范條文強調通過現場抗拔試驗確定錨桿抗拔力的重要性。錨桿抗拔試驗包括基本試驗和驗收試驗，錨桿基本試驗目的是確定錨固體與巖土間粘結強度、錨桿設計參數和施工工藝，而驗收試驗用于檢驗錨桿的施工質量是否達到設計要求，二者缺一不可。錨桿基本試驗和驗收試驗的數量、試驗方法、試驗終止條件與極限承載力的確定，建議按文獻[2]的規定執行。

（2）抗浮錨桿的布置

①抗浮錨桿平面布置主要有沿地下室底板梁布置和底板均勻布置兩種形式。前一種布置方法錨桿相對集中，對地下室底板下的外防水比較方便，對于個別錨桿承載力不足的情況，由于有較多的錨桿分擔，有較強的抵抗力。后一種布置方法有效的減少了地下水浮力對底板的作用，從而減少了底板的厚度和梁板的配筋。考慮到經濟效益的原因，建議優先采用底板均勻布置，且宜采用小噸位的錨桿適當減小錨桿的間距，這樣除了可以降低底板的鋼筋費用外，還可以減少因個別錨桿失效而造成的局部破壞。

②巖石錨桿的水平間距可按文獻[5]8.6.1條的要求，應避免錨桿之間由于距離過小而產生整體破壞。理論上當單根錨桿影響范圍內的土體自重大于錨桿拉力時，可以不考慮錨桿間距的影響，土層錨桿的水平間距可參考文獻[6]11.9.3條規定：間距不宜小于2m，此時可不考慮“群錨效應”的折減系數。

（3）抗浮錨桿的構造

在浮力的作用下，底板和地基巖層界面處將會形成微小的縫隙，此處的錨桿由于長期受到地下水的侵蝕。因此，對在底板和巖層界面上下各250mm范圍內的抗浮錨桿采取了涂環氧樹脂的辦法來解決錨桿的腐蝕問題。文獻[4]更嚴格的指出考慮到抗腐蝕的要求，抗拔錨桿的截面直徑應比計算要求加大一個級別。

（4）錨桿桿體的制作與安裝

①根據設計要求下料，定位器采用φ6.5鋼筋焊接制作，定位器間距不大于2000m。

②錨桿放入鉆孔前應檢查桿體的質量，確保組裝后桿體滿足設計要求。安裝桿體時應防止桿體扭壓、彎曲。在鉆孔鉆至設計要求深度并經驗收后進行下錨，錨桿體插入孔內深度為距孔底不超過0.10m，錨桿安裝后不得隨意提拔，并在錨桿鋼筋距孔口約400mm處設置100×100的止水鋼板。

（5）錨桿的注漿

①為使錨固體強度高，提高錨固力，注漿的材料選用不小于42.5R普通硅酸鹽水泥，拌制成M30水泥砂漿，漿液中宜加入適量的早強劑和膨脹劑，水灰比為0.4～0.5。注漿過程中，嚴格控制注漿的配合比、注漿壓力和注漿量。漿體在凝固過程中，錨孔頂部水泥漿會下沉，應及時補漿，確保錨固體的質量。

②在灌漿前必須用泥漿泵將孔內泥漿清洗干凈，孔壁不允許有殘留的泥皮存在，清孔時孔內返濾水稍變淡即可，不得長時間清孔，錨孔內殘留的粗顆粒對錨桿底部錨固體的質量有利。

4　結語

（1）在進行抗拔錨桿設計時，可應用相關規范提到的設計方法來預估錨桿的抗拔承載力，同時，考慮到抗浮錨桿是一種豎向錨固，而規范所提到的一般為近水平錨桿，兩者在作用機制上是有一定差別的，其摩阻力值也應有區別，再加上地質條件的復雜和多樣性，因此，我們必須用現場試驗結果來指導我們的設計。

（2）抗浮錨桿的布置、構造措施、錨孔洗孔程度、注漿工藝等是影響抗浮錨桿發揮作用的重要因素，在設計中必須引起足夠重視。

[1]《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）[S].中國建筑工業出版社，2002.

[2]《巖土錨桿（索）技術規程》（CECS22：2005）[S].中國計劃出版社，2005.

[3]高大釗.巖土工程勘察與設計——巖土工程疑難問題答疑筆記整理之二[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]《廣東省建筑地基基礎設計規范》（DBJ15-31-2003）[S].中國建筑工業出版社，2003.

[5]《建筑地基基礎設計規范》（GB5007-2002）[S].中國建筑工業出版社，2002.

[6]《上海市建筑地基基礎設計規范》（DGJ08-11-1999）[S].中國建筑工業出版社，1999.

TD353.8

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2015-6-21