抗浮錨桿承載性能研究進展

白曉宇， 王海剛， 張明義*， 鄭 晨

(1.青島理工大學土木工程學院，青島 266033；2.山東省高等學校藍色經濟區工程建設與安全協同創新中心，青島 266033)

時代發展、社會進步，超高層建筑、城市地下交通、大型商業中心等建(構)筑物使得地下空間得到充分開發利用，但在工程中帶來的抗浮問題越來越引起人們的重視[1-3]。目前，解決建(構)筑物抗浮問題的主要措施有降排水法、壓重法、抗拔樁、抗浮錨桿等，和其他方法相比，抗浮錨桿以其特有的優勢在工程中的應用越來越廣泛[4-7]。現從抗浮錨桿的發展歷史、錨固性能、荷載傳遞特性3個方面對抗浮錨桿研究現狀歸納總結并對抗浮錨桿的未來研究方向提出建議。

1 抗浮錨桿工作原理

根據匡政[8]的研究，將抗浮錨桿工作原理總結為如圖1所示。

圖1 文獻[8]中抗浮錨桿工作原理Fig.1 Working principle of anti-floating anchor in[8]

當水的浮力作用于結構的鋼筋混凝土基礎底板時，基礎底板因受力會產生向上移動的趨勢，由于錨固體的上表面和基礎底板緊密相連、錨桿桿體部分也錨固于基礎底板，由此錨固體和錨桿桿體也會產生上移的趨勢，但是周圍的巖土層和基礎底板對錨固體具有約束作用，致使錨固體無法上移；同時，錨固體對錨桿桿體也具有相同的約束作用，導致錨桿無法有效上移。這種情況下錨固體和錨桿桿體受到均勻向上的荷載作用，其合力可視為抗浮錨桿所受的拉拔力。

抗浮錨桿桿體受到向上拉拔力作用后，荷載先是通過第一界面，傳遞至與錨桿桿體相連的錨固體，同理，錨固體再通過第二界面將該部分荷載傳遞給周圍巖土體[5]。但這目前還沒有研究能完全明確抗浮錨桿與錨固體、周圍土層中的力學傳遞機制。

2 抗浮錨桿的類型

目前，根據中外對抗浮錨桿的研究，可將抗浮錨桿按以下方法分類。

(1)按照是否對錨桿桿體施加預應力可將其劃分為預應力抗浮錨桿和非預應力抗浮錨桿[9]。預應力抗浮錨桿通常先將桿體錨固在地層中，然后對自由段施加預拉力，使錨固體與巖土體之間(第二界面)產生摩阻力；非預應力抗浮錨桿錨固體與巖土層之間無應力，要發揮錨桿的作用，錨頭處需要限制其變形。非預應力錨桿與預應力錨桿相比，控制地層與結構物變形能力差，但施工工序簡單。

(2)根據錨桿桿體材料的性質可將其主要劃分為鋼筋錨桿和纖維增強復合材料(fiber reinforced polymer，FRP)錨桿。FRP錨桿是在普通鋼筋錨桿的基礎上發展形成的，目前FRP錨桿主要有芳綸纖維增強聚合物(aramid fiber reinforced polymer，AFRP)錨桿、碳纖維增強型聚合物(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)錨桿、玻璃纖維增強型聚合物 (glass fiber reinforced polymer，GFRP)錨桿以及玄武巖纖維增強型聚合物(basalt fiber reinforced polymer，BFRP)錨桿，其中張明義團隊對GFPR抗浮錨桿的黏結強度、錨桿與錨固體間黏結滑移、桿體蠕變等特性進行了大量研究，證實了使用GFRP抗浮錨桿能夠克服普通鋼筋抗浮錨桿容易銹蝕、耐久性差的難題[10-14]。中國從20世紀90年代才開始對纖維增強復合材料錨桿進行研究，雖然起步較晚，但是在不足30年間取得了很多喜人的成就[15-22]。

3 抗浮錨桿的試驗方法

為了解抗浮錨桿各個部位的受力情況、抗浮錨桿受力隨深度變化的規律以及鋼筋應力與循環荷載的變化關系，目前抗浮錨桿的現場拉拔試驗測試方法中用的應力采集傳感器主要有鋼筋應力計、電阻應變片及光纖光柵應變傳感器3種。

曾國機等[23]在3根鋼筋抗浮錨桿沿長度方向以一定的間距布置鋼筋應力計，來測試該部位的受力大小，如圖2所示。

圖2 文獻[23]中鋼筋應力計試驗裝置Fig.2 Reinforced stress meter test device in ref.[23]

賈金青等[24]通過現場錨桿拉拔試驗，沿錨固長度方向對抗浮錨桿桿體粘貼電阻應變片，研究發現了錨固體和巖土體間剪應力變化趨勢。榮冠等[25]分別通過在螺紋鋼錨桿桿體和圓鋼錨桿表面粘貼應變片，在錨固體內部安裝三向應力磚得出錨桿桿體及周圍錨固體的應力應變變化曲線。張明義等[26]在桿體上粘貼電阻應變片，用來測試錨桿桿體的軸力和桿體與注漿體之間剪應力的分布變化規律。劉穎浩等[27]在GFRP錨桿錨固段外表面每隔10 cm粘貼應變片，測試錨桿各部分的應力大小，通過拉拔試驗，經采集系統得到的數據，進一步得到砂漿強度、錨固長度、錨桿直徑等因素對全螺紋GFRP錨桿錨固力的影響及 GFRP 錨桿桿體黏結應力分布，試驗設備如圖3所示。

光纖光柵應變傳感器是光纖傳感器的一種，它的工作原理是通過外界物理參量利用反射特定波長的特性來獲取傳感信息。植入式裸光纖光柵傳感器是在 GFRP 抗浮錨桿制備過程中，先將多個裸露的光纖光柵傳感器沿 GFRP 桿體方向鋪設并使其位于桿體材料中央，然后將纖維、樹脂和裸光纖光柵傳感器一起澆筑成型。白曉宇[5]基于 3 根全螺紋 GFRP 抗浮錨桿現場拉拔試驗，將裸光纖光柵傳感技術成功應用于抗浮錨桿拉拔試驗中，對全長黏結玻璃纖維增強聚合物抗浮錨桿在各級荷載作用下的力學特性及破壞機制進行探究，如圖4所示。

圖3 文獻[27]中GFRP錨桿拉拔試驗設備Fig.3 GFRP anchor drawing test equipment in[27]

圖4 文獻[5]中光纖光柵傳感器試驗裝置Fig.4 Fiber grating sensor test device in[5]

在錨桿拉拔試驗中，測試錨桿桿體的應力、應變，一般使用的是電阻應變片和光纖光柵傳感器，鋼筋應力計體積要比電阻應變片、光柵光纖傳感器大且重，在拉拔試驗中使用鋼筋應力計受到許多限制，再有鋼筋應力計安裝的要求比較嚴格，目前在錨桿拉拔試驗中運用較少。與之相比，電阻應變片和光纖光柵傳感器靈敏度更高，測量誤差較小，但電阻應變片粘貼、布線復雜，在準備階段耗時較長，另外電阻值會隨導線長度增加而增大，影響應變片靈敏度系數；在光纖光柵傳感器測試方法中，有的需要在錨桿桿體表面機械開槽植入傳感器，對材料產生一定程度的損壞。3種傳感器各有其優點，但也存在一定的缺陷，在未來抗浮錨桿的拉拔試驗中，需要開發研制新型傳感器和掌握新的測試技術，來克服當前試驗中的不足。

4 抗浮錨桿的錨固性能

4.1 抗浮錨桿的破壞形式

通過曾國機等[23]、Kumar等[28]、付文光等[29]、陳明昌[30]、蔣繼寶[31]、白曉宇等[32-36]、唐孟華等[37]、朱磊[38]、白曉宇等[39]、張明義等[40]、匡政等[41-42]對抗浮錨桿拉拔試驗的研究，歸納總結出抗浮錨桿單體及群體在巖土層錨固(內錨固)和底板混凝土錨固(外錨固)的破壞模式有8種：①抗浮錨桿桿體破壞；②抗浮錨桿桿體與錨固體之間(第一界面)的剪切破壞，錨桿桿體被拔出而錨固體本身沒有破壞；③第一界面錨固體發生拉裂、拉碎破壞；④錨固體錨頭處或錨桿固定端發生強度破壞，包括錨座斷裂、錨具發生松脫現象等；⑤錨固體與巖土體界面(第二界面)間的強度破壞，脫離巖土體，錨固體被拔出，而錨固體與桿體之間無破壞；⑥當抗浮錨桿錨固深度太淺，會發生單錨穩定性破壞，單根抗浮錨桿錨固體和周邊巖土體可能會同時隆起甚至拔出；⑦群錨破壞，即發生整體性穩定破壞，即抗浮錨桿群之間大面積的巖土體被破壞，發生隆起現象，嚴重的甚至錨桿被拔出；⑧群錨導致建(構)筑物上浮開裂，發生較大變形破壞。8中破壞模式當中，①～⑤可認為屬于材料的強度破壞，⑥、⑦可看作單錨及群錨的穩定性破壞，⑧為變形破壞。然而，在實際工程當中，錨桿的破壞形式主要是②和⑤兩種，從而將錨桿桿體和錨固體(第一界面)、錨固體和巖土體(第二界面)之間的相互作用作為研究重點。抗浮錨桿的主要破壞形成如圖5所示。

4.2 抗浮錨桿的抗拔承載力

由于抗浮錨桿的受力機理還未明確，關于抗浮錨桿極限抗拔承載力的計算，中外相關研究都是基于大量的先前相似地質條件下的施工經驗和有關現場試驗所測數據而得到的。

曾國機[43]分析出土體中錨桿的極限抗拔力的計算表達式為

Fu=πDLτ+qA

(1)

式(1)中：qA這部分所提供的抗拔力只有當錨桿存在擴大部分并足夠大時才計算；Fu為巖土體中抗浮錨桿極限抗拔承載力，kN；D為錨固體直徑，m；L為抗浮錨桿有效錨固段長度，m；τ為錨固體與巖土體間的抗剪強度，kN/m2；q為均布荷載，kN/m2；A為土壓力作用的面積，m2。

趙洪福[44]研究得出的巖土層中抗浮錨桿的極限抗拔承載力為

Fu=πDLτ

(2)

式(2)中：Fu為巖土體中抗浮錨桿極限抗拔承載力，kN；D為錨固體直徑，m；L為抗浮錨桿有效錨固段長度，m；τ為錨固體與巖土體間的抗剪強度，kN/m2。

蔣繼保[31]根據中外行業規范對抗浮錨桿承載力計算的規定，提出了以下兩種計算方式。

(1)根據《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)[45]中的8.6.3條規定，對等級較高的甲級建筑物，單根抗浮錨桿的抗拔承載力特征值Ft應通過現場試驗確定；對于其他建筑物應符合式(3)規定，即

Ft≤0.8πdlf

(3)

式(3)中：f為巖石與砂漿錨固體的黏結強度特征值，可按表1選用；d為錨桿桿體直徑，m；l為錨桿有效錨固長度，m。

表1 砂漿與巖石間的黏結強度特征值Table 1 Characteristic values of bond strength between mortar and rock

《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)9.6.5條規定，預應力抗浮錨桿鋼筋的截面面積應按式(4)確定，即

(4)

式(4)中：Nt為錨桿承受的荷載，kN(相應于標準組合)；yp為錨桿張拉施工工藝控制系數；fpt為鋼絞線、鋼筋強度設計值，kN/m2。

《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)9.6.6條規定，抗浮錨桿的錨固段長度可按式(5)確定，即

(5)

式(5)中：K為安全系數；D為抗浮錨桿錨固體的直徑，m；qs為巖土體與錨固體之間的黏結應力，kN/m2，該應力值的大小由抗拔試驗分析所得。

(2)根據美國《預應力錨桿巖土的建議》中規定，得出錨桿極限抗拔力的計算表達式為

p=2rπlτw

(6)

式(6)中：τw為有效黏結強度，kN/m2，一般可取極限黏結強度的0.25～0.5；r為錨固體半徑，m；l為錨桿有效錨固長度，m。

目前，由于各相關規范多沒有明確規定，Benmokrane等[46]通過蠕變拉拔試驗，研究得出了錨固在水泥漿中的FRP錨桿蠕變變化規律和長期抗拔承載力，認為FRP錨桿極限抗拉強度的40%～50%可作為長期工作荷載。賈金青等[25]研究指出在鋼筋抗浮錨桿荷載-位移(Q-S)曲線中，認為位移較大的拐點相對應的荷載可作為鋼筋抗浮錨桿的極限抗拔承載力。王賢能等[47]根據試驗分析得出當錨桿錨頭處位移達到20～30 mm時，將該位移處所對應的拉拔荷載值可作為抗浮錨桿的極限抗拔承載力，巖石抗浮錨桿與土層抗浮錨桿先比較，前者拉拔荷載取大值，后者可取小值。

另外，抗浮錨桿體系中的外錨固部分，在各類規范、規程及行業標注中，均未對錨桿與混凝土的允許形變量作出規定。張明義等[48]通過現場試驗，研究建議鋼筋抗浮錨桿以累計形變量5 mm時的承載力作為抗浮錨桿的極限抗拔承載力；朱磊等[49]通過室外實驗比較錨桿、樁上拔量確定承載力的方法，建議用錨頭位移10～20 mm范圍內所對應的最低值來確定錨桿極限承載力，這樣有利于樁與錨桿變形協調共同工作。

4.3 抗浮錨桿抗拔承載力的影響因素

通過中外學者對抗浮錨桿抗拔承載力的大量研究，分析總結出影響抗拔承載力的主要因素有錨筋形態特征、錨固體性質、外錨固長度、巖土體性質等。

4.3.1 錨筋形態特征

Hanson[50]和Goto[51]探究鋼筋錨桿的表面形狀是否對其承載力的大小有影響，通過試驗得出錨桿表面形狀對承載力有一定的影響。白曉宇等[32-33]通過螺紋GFRP抗浮錨桿與螺紋鋼筋抗浮錨桿的現場拉拔對比試驗研究得出：GFRP抗浮錨桿的極限抗拔承載力高于鋼筋抗浮錨桿。白曉宇等[34-35]研究表明抗浮錨桿隨直徑的增大，錨桿的極限抗拔承載力有所提高。Arias等[52]發現在GFRP錨桿表面噴涂粗砂能夠提高錨固性能。由此可以看出錨桿的直徑、錨桿表面的形狀以及構成錨桿桿體的材料都對抗浮錨桿的極限抗拔承載力有一定的影響。

4.3.2 錨固體性質

黃生文等[21]通過GFRP與水泥砂漿黏結強度黏結試驗，探討了GFRP錨桿的錨固體的性能，發現當增加砂漿錨固體的強度，相應的GFRP錨桿與砂漿錨固體的黏結應力也增加，因此提高了承載力；陳明昌[30]研究發現抗浮錨桿的抗拔承載力和注漿體的彈性模量呈同趨勢變化，注漿體材料性質對抗拔承載力的影響主要是通過注漿體與巖土體之間的摩阻力體現的。另外，錨固體直徑和截面大小對抗浮錨桿的抗拔承載力也有一定的影響。陳明昌[30]研究表明，當注漿體直徑增大，錨桿的抗拔承載力也隨之增大，注漿體直徑增大，實質上就是砂漿體與巖土體接觸面積增大，從而使錨桿的摩阻力增大。

4.3.3 外錨固長度

在人們的感官認識中，錨桿在巖土層的錨固長度越長，其相應的抗拔承載力越大，然而這是一個誤區，實際情況遠沒有那么簡單。

Vilanova等[53]在不同強度等級的鋼筋混凝土中研究錨桿錨固長度對黏結強度的影響，通過持續荷載的拉拔試驗發現GFRP錨桿與混凝土之間的黏結強度隨錨固長度的增加而增大，但超過一定的錨固長度范圍，黏結強度不再增加。唐孟華等[37]通過現場試驗得出：在有效錨固長度范圍內，增加鋼筋抗浮錨桿自由端的長度，抗浮錨桿的抗拔承載力能適當增大，然而超出有效范圍，再增加錨桿自由段長度，抗拔承載力不會增加，甚至會降低抗拔承載力。朱磊等[49]研究了風化巖中玻璃纖維增強材料(GFRP)抗浮錨桿和鋼筋抗浮錨桿的承載性能和變形特性，由破壞荷載可知兩種材質抗浮錨桿的承載力，得出GFRP和鋼筋抗浮錨桿的最佳錨固長度為4～5 m。

4.3.4 巖土體性質

陳明昌[30]表明在抗浮錨桿注漿中，巖土體的孔隙越大，即孔隙率越大，滲透性越好，使得注漿液越容易滲入，注漿半徑愈大，從而所形成的注漿體直徑也就愈大，抗浮錨桿的極限抗拔承載力也就愈大；唐孟華等[37]研究發現巖土體和注漿體的極限剪切強度是影響抗浮錨桿抗拔承載力的兩個重要因素，根據極限剪切強度的理論公式，不難看出抗浮錨桿的極限抗拔承載力隨巖土體的黏聚力、有效內摩擦角的增大而提高。孫濤等[54]運用不同的施工工藝得到了具有不同錨土界面特性和幾何形狀的抗浮錨桿，通過現場拉拔試驗，研究發現改善錨土界面特性和采用變截面工藝改變幾何形狀均可顯著提高錨桿的抗拔承載力，究其原因為改善錨土界面特性提高了錨桿的側摩阻力，而采用變截面工藝則增加了錨桿的端承力。從這些研究中不難看出，巖土體的黏聚力、內摩擦角、孔隙率等特性對錨桿的抗拔承載力也有一定程度的影響。

5 抗浮錨桿應力傳遞機制

5.1 軸力分布規律

抗浮錨桿的軸力沿錨桿深度方向分布是不均勻的，軸力大多集中在錨頭處，錨桿軸力沿桿體長度逐漸減少，在錨桿底端一定范圍內軸力基本為0；同時鋼筋抗浮錨桿和GFRP抗浮錨桿的軸力分布也存在差別。

陳棠茵等[55]運用抗浮實例進行分析表明：在外荷載作用下，軸力在錨頭處呈集中狀態，大小沿錨桿長度逐漸衰減，在錨桿底端某處衰減至0。張明義等[26]在青島大劇院工程場地上，通過對桿體貼有電阻應變片的鋼筋抗浮錨桿進行破壞性拉拔試驗，研究發現當抗浮錨桿處于受拉狀態時，錨桿軸力分布不均勻，沿錨桿長度向下荷載由大變小，軸力大都分布在地面以下錨桿長度2 m范圍內，在底端一定的范圍內基本不受力。白曉宇[5]通過對3根GFRP抗浮錨桿進行拉拔試驗，研究得出錨桿在孔口處產生高度應力集中，在孔口處，錨桿軸力隨荷載的增加達到最大值，但隨著錨桿長度向下增大軸力卻逐漸減小，由此可見，GFRP抗浮錨桿桿體軸力沿錨桿長度分布不均勻。李偉偉等[56]將光纖光柵傳感器植入GFRP錨桿當中，通過現場拉拔試驗，研究對比分析GFRP抗浮錨桿與鋼筋錨桿破壞形態以及桿體軸力的分布規律的異同，其研究認為：GFRP抗浮錨桿與鋼筋錨桿的破壞形態有差別，雖然二者的軸力分布規律總體相似，但是在相同外荷載條件下，深度相同處的鋼筋抗浮錨桿的軸力比GFRP抗浮錨桿小，鋼筋錨桿軸力沿深度方向的衰減速率比GFRP錨桿快。匡政等[57]在風化巖地基上，通過全長黏結抗浮錨桿的現場原位測試及有限元分析，得出桿體軸力隨深度的變化規律與張明義等[20]研究結論基本一致。匡政等[41]通過利用光纖光柵傳感技術，在風化巖地基中對10根GFRP抗浮錨桿進行現場拉拔破壞試驗，數據分析研究得出GFRP抗浮錨桿桿體的軸力沿錨固深度呈“倒S型”分布，在孔口處下降速率大，在錨桿臨界錨固長度附近軸力基本為0。

5.2 剪應力分布規律

抗浮錨桿的剪應力也存在分布不均勻的現象。Ostermayer等[58]和Evangelista等[59]通過試驗得到了錨桿在兩種不同黏性土中的應力，提出了在錨固體表面剪應力分布并非均勻的觀點。針對大連濱海大型地下工程，賈金青等[24]對工程抗浮錨桿進行破壞試驗，研究發現沿錨桿長度方向，在外荷載作用下，錨固體與巖土體間的剪應力分布規律是不均勻的，剪應力在孔口處附近最大，而沿錨桿長度方向剪應力逐漸減小。唐孟華等[37]通過一系列的現場試驗，得出的結論和賈金青等[24]基本一致。另外，Zhang等[60]、蔣田勇[61]通過現場試驗，在不同灌漿體中探究FRP錨桿剪應力的分布規律，將錨固巖土層看作剛體，研究提出了蔣田勇模型和Burong Zhang模型，但兩者模型存在邊界效應，適用范圍受到限制；而尤春安[62]根據Mindlin位移解把錨固體系周圍巖土層看作半無限大固體，研究計算得出GFRP錨桿剪應力彈性解，克服了蔣田勇模型和Burong Zhang模型的缺陷，得到了學術界的認可。尤春安模型GFRP錨桿剪應力沿桿體分布計算公式如下：

(7)

(8)

式中：τ為錨桿桿體處應力，kN/m2；P為t時刻錨頭處的拉拔力，kN；t為時間，s；μ為泊松比；d為錨桿直徑，m；z為錨固體位移，mm；E為錨固體的彈性模量，MPa；Eα為錨桿桿體的彈性模量，MPa。

根據鄭晨等[63]研究表明，3種剪應力模型如圖6所示。

圖6 3種剪應力模型對比[63]Fig.6 Comparison of three kinds of shear stress models[63]

張建超等[64]在kelvin解的基礎上，通過錨桿拉拔試驗對錨固段進行受力分析得到了一種剪應力模型，此剪應力-錨桿長度曲線形式與尤春安模型大致相同。

5.3 荷載-滑移關系

抗浮錨桿抗滑移能力與錨桿、混凝土間的黏結強度有關，黏結強度主要由錨桿與混凝土表面的摩擦力、化學膠著力、機械咬合力以及錨具與錨桿的耦合力組成。鋼筋抗浮錨桿的荷載-滑移曲線是雙折現形式，曲線由緩和段和陡降段兩部分組成，存在明顯拐點；而GFRP抗浮錨桿的荷載-滑移曲線卻呈近似的線性規律。陳棠茵等[55]通過實例驗證得出抗浮錨桿的變形隨著荷載的增大而增大。其中錨固體的變形量變化不大，主要集中在端部；土體變形隨荷載的增大變化較小，向底部傳遞較快，但錨土界面處形變量隨荷載增加而增加，從而證實了錨土界面處變形為土層抗浮錨桿變形的主要部分。張明義等[48]通過專門設置的現場拉拔試驗，對相同直徑與彎曲半徑、不同豎直錨固長度與彎折長度的鋼筋抗浮錨桿試驗研究發現不同型號的鋼筋抗浮錨桿荷載-滑移曲線的變化規律相似，滑移量都是隨荷載的增大而增大，曲線為雙折線形式，由緩和段和陡降段兩部分組成，存在明顯拐點，這和文獻[65]研究結論相一致。此外，張明義還提出當其他條件相同時，不同豎向錨固長度的鋼筋抗浮錨桿，在相同荷載作用下，錨固長度越小，滑移量越大；不同彎折長度的錨桿，當荷載水平相同時，滑移量隨彎折長度的減小而增大。白曉宇等[66]通過現場足尺拉拔試驗，對全螺紋GFRP抗浮錨桿和螺紋鋼筋抗浮錨桿這兩種不同材質的錨桿探討其與混凝土底板的錨固性能，試驗結果表明，鋼筋抗浮錨桿荷載-滑移曲線呈“雙折線型”，與張明義[39]得出的結論基本一致，而不同于鋼筋抗浮錨桿，GFRP抗浮錨桿的荷載-滑移曲線呈近似的線性規律，原因是GFRP抗浮錨桿與混凝土彈性模量相近，二者的協同效果優于鋼筋抗浮錨桿。另外研究還表明增加兩種材質錨桿的直徑和錨固長度都可以限制錨桿在混凝土中的滑移。

5.4 群錨效應

無論單樁是處在受壓或者受拉狀態，在間距相對較小的群樁中，每根單樁之間必然會有相互作用，群樁中每一根單樁的力學特性與一根單獨樁的力學特性存在不同，這種現象就是群樁效應。和群樁類似，抗浮錨桿中也存在群錨效應。李尋昌等[67]研究表明，在抗浮錨桿簇中，每個單根錨桿的抗拔承載力的分布存在大小不均勻的現象，而且錨桿群的抗拔承載效率總是低于單根錨桿的抗拔承載效率，原因是錨桿群中每根抗浮錨桿的工作特性和單根孤立時抗浮錨桿的工作特性存在明顯不同。趙洪福[44]通過有限元軟件ANSYS分析得出群錨效應的作用使得錨桿群中單根錨桿的極限抗拔承載力減小到單根錨桿極限抗拔承載力的60%左右。這個研究發現有利于指導錨桿的設計和施工，群錨中抗浮錨桿抗拔承載力的取值應在單根抗浮錨桿拉拔桿試驗得到的荷載值進行折減，應留有足夠的安全儲備，以保證工程安全。蔣繼寶[31]通過有限元軟件ABAQUS 對實際工程中的單根抗浮錨桿和群錨受力位移情況進行數值模擬，并與現場原位試驗進行對比分析，研究得出抗浮錨桿存在群錨效應現象，群錨效應的作用使群錨中的抗浮錨桿的抗拔承載力下降許多，位移也比單根錨桿時大。匡政等[57]通過有限元軟件發現，在青島中風化花崗巖中，受群錨效應的影響，群錨中單根抗浮錨桿的極限抗拔承載力比單錨中單根錨桿下降1/3左右。

6 展望

當前抗浮錨桿在錨固工程中的應用越來越多，受到工程界的重視，雖然抗浮錨桿的發展日益成熟，但是目前還存在一些方面有待提高。

(1)在抗浮錨桿錨固體系中，荷載在錨固體系中的傳遞機制尚不明確。當前的相關理論研究不足，相關的規范文件也未明確傳遞路徑。

(2)抗浮錨桿耐久性方面研究還不夠完善，在侵蝕環境中的強度機理研究較少，對使用期錨桿的長期承載能力以及耐久性不能進行準確預測。

(3)在拉拔試驗中，試驗所需的傳感器和監測技術存在不足。

根據巖土錨固方向的發展，結合實際工程，抗浮錨桿在某些領域需要進一步鉆研，具體如下：

(1)提高抗浮錨桿的耐腐蝕性能。中國大部分地區地質土層多為弱堿性特性，解決鋼筋抗浮錨桿因銹蝕導致結構耐久性降低的問題變得尤為重要。

(2)研發推廣新型FRP抗浮錨桿。纖維增強型復合材料的出現因其優異的性能受到工程界的青睞。目前中國學者已對自重輕、抗拉強度高、抗腐蝕性能好、抗電磁干擾能力強等優點的GFRP抗浮錨桿做了大量研究，但對抗堿耐腐蝕性能比GFRP抗浮錨桿更加優良的BFRP抗浮錨桿相關研究很少，還需更加深入地學習。

(3)抗浮錨桿體系的力學傳遞機制有待進一步討論和完善。在抗浮錨桿體系中，研發應用新型應力應變監測技術，明確荷載在抗浮錨固體系中的傳遞機制，為抗浮錨桿在使用期的長效性能研究奠定基礎。

7 結語

抗浮錨桿與其他抗浮措施相比，因其地層適應能力強、單點受力小、施工工期短且造價低等優點使其在地下工程中得到了廣泛應用。對中外關于抗浮錨桿研究發展現狀、錨固性能、應力傳遞機制等方面的相關性研究歸納總結如下。

(1)對中外抗浮錨桿的研究現狀進行歸納，并總結出抗浮錨桿的工作原理、抗浮錨桿的類型以及抗浮錨桿的試驗方法。

(2)歸納分析抗浮錨桿的破壞形式，總結抗浮錨桿抗拔承載力的計算方法，同時討論錨桿桿體、錨固體、錨固長度和巖土體性質不同對抗浮錨桿抗拔承載力的影響。

(3)在外荷載作用下經拉拔試驗，歸納分析抗浮錨桿軸力、剪應力的分布變化規律及荷載與滑移量的關系，并且通過有限元軟件對群錨效應進行數值模擬分析。