分段反彎抗浮錨桿設計與試驗研究

張 洪 濤

(中鐵(貴州)市政工程有限公司,貴州 貴陽 550025)

隨著地下空間的大規模開發，地下停車場、地鐵站等地下結構不斷出現，基坑開挖深度變深。當上部結構自重較小時，必須采取抗浮措施。同時也可以采用增加地下室底板、頂板等方法加大配重。對于抗浮措施，可以采用抗拔樁或者抗浮錨桿等措施，抗拔樁受到施工造價的限制，在部分地區施工難度較大，這時，抗浮錨桿也可以滿足抗浮設計要求[1-3]。但傳統錨桿在富水地層中受限于地下水等因素，需要密集布置才能滿足要求，且變形較大，對基坑底部結構安全性造成一定影響。本文結合百馬立交基坑項目為背景，提出了一種可以提高抗浮錨桿承載力，并減小基坑底板變形的分段反彎抗浮錨桿，通過理論分析和現場試驗方法，對新型錨桿的性能進行了研究，所提出的新型錨桿可供類似項目參考。

1 依托工程概況

路貴安新區中心大道—百馬大道立交工程施工第一合同段(土建)，包含中心大道、百馬大道兩條主干路。其中，中心大道西起新民村橋以東樁號K3+520處，主線以地道形式下穿交叉口，東至地下過街通道以西樁號K4+220處，路線全長700 m。百馬大道北起樁號K14+550處，經改建的楊梅寨中橋后，以高架形式跨越交叉口后，于樁號范圍K15+450處與地面道路接順，路線全長900 m。百馬大道—中心大道立交項目基坑地質條件軟弱，地層中含有大厚度淤泥質，周圍地下水位高，且周圍存在不斷的地下水補給通道，因此基坑的抗浮錨桿是保證地下結構的關鍵所在，傳統抗浮錨桿的應用存在潛在風險。

2 分段反彎抗浮錨桿設計

錨桿由錨固體、拉桿及錨頭三部分組成，其承載力由錨桿與周圍土體之間的摩擦力提供，承載力的大小取決于摩擦面積、摩擦系數、砂漿強度及砂漿與地層的摩擦系數。外部荷載通過摩擦作用傳遞至穩固土體，從而達到將上部結構錨固在地層中的效果。一般可以通過控制配筋率來保證錨桿桿體的強度，一般不會發生錨桿桿體斷裂的情況。因此，錨桿工程研究的重點通常是漿體與錨桿桿體以及漿體與巖上體之間的粘結作用[4-7]。

抗拔力由錨桿與周圍砂漿之間的剪切力提供，一般情況下可以通過增加錨桿長度，增加錨桿直徑及提高界面剪切力來提高抗拔力。值得注意的是，在錨桿與砂漿界面出現破壞時，砂漿被認為是基本上保持了完整，基于這一基本認識，目前的抗浮錨桿的材料強度，特別是砂漿的材料強度并未得到充分利用。為解決這一問題，本文提出了一種分段反彎錨桿，其具體結構形式見圖1。

錨桿本體、砂漿、地層保持完整，反彎段剪切破壞，此時的錨桿極限承載力主要由錨桿本體與砂漿之間的剪切作用和反彎段的剪切強度提供，考慮砂漿—錨桿本體之間剪切作用提供約300 kN抗浮力，錨桿整體的抗浮力可由式(1)表示。

Tu=πDLτ+nτsA

(1)

其中，n為反彎的數量；τs為反彎鋼材的抗剪強度;A為每個反彎的鋼材截面面積，對于長度10 m的錨桿，設置三組共計9個反彎，Q235鋼材的抗剪強度取140 MPa，Φ16鋼筋截面面積200 mm2，則總抗浮力為553.2 kN，可以提高84.4%的極限承載力，效果非常顯著。

3 分段反彎錨桿力學試驗

本次試驗由于現場實際條件有限，僅選取了兩根錨桿進行，一種為傳統結構錨桿，另一種為分段反彎錨桿。本文受限于項目施工，僅對兩根錨桿進行了測試分析，傳統型和反彎型分別命名為KF3，KF4，試驗設備包括千斤頂、振弦式表面應變計、振弦式頻率測定儀和油泵，儀器設備具體安裝見圖2，主要試驗步驟如下：

1)首先對所有設備儀器進行校核，在錨桿注漿7 d后進行試驗。2)錨桿測試時，選取地層完整且位置相近的兩根錨桿，安裝相應設備。3)采用逐級加載的方式進行試驗，分別施加荷載為5 t,15 t,22 t,31 t,35 t,41 t和46 t，所有荷載均小于設計值。4)張拉試驗過程中，若錨桿發生破壞，應立即停止試驗，錨桿破壞標準為：a.后一級荷載產生的錨頭位移增量達到或超過前一級荷載產生位移增量的2倍；b.錨頭位移不收斂；c.錨頭總位移超過設計允許位移值。通過記錄試驗過程中的承載力數據，繪制出兩種錨桿的P—S曲線如圖3所示。由圖3可知，錨桿在荷載逐漸增加時，位移均出現緩慢增長，沒有出現突變，說明新型反彎錨桿能夠達到普通錨桿的效果。但值得注意的是，反彎錨桿后期的位移存在明顯緩慢增長態勢，而常規錨桿的位移在試驗荷載范圍內基本為線型增加。由于錨桿破壞前具有明顯的位移突變，而反彎型錨桿在較大荷載下具有更小的位移。由此可以明確，反彎錨桿有助于減小錨桿的位移量，對控制筏板基礎的局部變形具有明顯的優勢。

4 結語

抗浮錨桿是深基坑地下結構工程中重要的一環，對于保證地下結構在浮力作用下的穩定性和結構的安全性意義重大。本文提出了一種分段反彎抗浮錨桿結構，并總結了相應的施工工藝。通過理論分析與現場測試，證明了新提出的抗浮分段反彎抗浮錨桿在技術上具有非常明顯的優勢，可供今后類似工程參考。

參考文獻：

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