土工袋擴底抗浮錨桿承載機理現場試驗分析

戚旭東 常 偉 葉 鵬 王海元 孔勁奇 宋 著

（1.江蘇省中成建設工程總公司江蘇南京210041；2.南京工業大學交通運輸工程學院，江蘇南京211816）

1 研究背景

地下建筑抗浮是巖土工程界關注的熱點［1］，而設置抗浮錨桿是較為常見的工程措施［2］。由于水浮力為均布荷載，從提高抗浮效率［3］和優化筏板受力的角度出發，采用單點受力小、抗力均勻的微型樁或是抗浮錨桿是較為理想的處置措施。此類裝置布置形式靈活、施工簡便、經濟環保［4］，但在地下水位較高時易發生承載力軟化，影響抗浮效率的發揮［5］。

近年來，通過擴大端部提升錨桿結構承載性能得到了較為廣泛的關注［6］。傳統的擴底技術按成孔方式可分為鉆孔擴底、擠壓擴底、振沖擴底以及旋挖擴底等［7］，但由于擴底工藝以及經濟性的原因，要求有一定的截面直徑（通常大于400 mm）。在軟土地區，由于抗浮錨桿直徑較小，上述擴底工法的施工成本過高，擴底抗浮錨桿未能較好發揮工程效益。為此，本文從降低施工難度和縮減經濟成本出發，針對軟土地基施工特點和錨桿構造特征，提出了一種采用錨桿端部土工袋后注漿擴孔成形的擴底抗浮錨桿，并現場測試了該裝置的上拔承載力。通過光纖光柵測試技術精確獲取錨桿的承載特性和應變分布規律，為該裝置的推廣應用提供理論支撐和技術支持。試驗結果表明，通過土工袋擴底能顯著增加抗浮錨桿抗浮力，可適用于軟土地區特別是淤泥質黏土體中地下室的抗浮工程。

2 土工袋擴底抗浮錨桿特征簡介

目前地下結構底部擴大截面的主要形式有柱體、球體、三角錐體等，截面形狀主要受施工工藝控制。擴底成型工藝主流為機械裝置成孔、擴孔。然而，這種方式施工技術應用于截面直徑較小的錨桿時較為不便。另一方面，常規的錨桿注漿擴底由于巖土顆粒縫隙以及水泥漿流動性，不容易保證擴底成型。若將注漿體收集利用，在適宜的土層內采用注漿壓力進行擠土擴孔，可降低施工技術和成本投入。

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分級加載試驗結束后考察了各錨桿的破壞模式，其中擴底錨桿的破壞形式表現為地表出現一定范圍的圓形隆起區，隆起量隨錨桿上拔量增加，在錨桿接近破壞時有較大幅度的變化，并在隆起范圍邊緣處伴有細微裂縫，如圖7 所示。而等直徑錨桿抗拔破壞時受力筋脫出，地表隆起范圍較小。1#、3#、5#錨桿破壞時地表土體影響半徑分別為45 mm、61 mm、78 mm。

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圖1 后注漿土工袋擴底抗浮錨桿結構示意圖Fig.1 Structure scheme of expanded anchor with postgrouting in soil bag

本次現場測試設計了2 種類型共4 根抗浮錨桿，包括后注漿擴底錨桿3 根，編號1#、3#、5#，長度分別為3 m、5 m 和7 m，直徑均為150 mm，擴底截面直徑為300 mm；以及等截面錨桿1 根，編號7#，長度為5 m，直徑為150 mm。采用地質鉆機成孔，成孔完畢后，插入初次注漿管（作初次注漿使用），同時利用初次注漿管進行清孔。清孔完畢后采用反向注漿法注入分隔板處，漿液的水灰比為0.7，注漿壓力為0.3～0.5 MPa，至孔口溢漿為止。間隔3～5 d后二次注漿，注漿壓力為0.8～1.0 MPa。

3 擴底錨桿抗拔性能現場測試

但實際上，王維不僅是一位詩人，還是一位畫家。盡管目前公認出自他手的畫作還沒有一幅能確定是他的真跡，但這對于我們這并不重要，因為我們真正關注的，是那畫中如詩般的意境。

3.1 土層概況

試驗場地位于南京市長江漫灘某處，該場地屬于典型軟土地基，平均地下水位約在0.8 m，土體基本物理、力學性質參數如表1所示。

在金融去杠桿的大背景下，關于如何降低負債“求生”，泛海對媒體表示，單純從財務報表來看，公司的資產負債率確實相對較高；但考慮到公司土地取得較早且采用成本法入賬等原因財務報表上的資產負債率并沒有真實反映公司的資產負債水平。“盡管如此，公司仍通過多種措施，包括加快地產項目銷售回款、繼續推進非公開再融資事項，提高金融平臺盈利和分紅能力、積極推進子公司引入戰略投資者事項等，爭取更好地改善公司資產負債結構，保證公司經營的穩健。”

表1 足尺試驗場地土層基本性質指標Table 1 Geotechnical properties of full-scale tests field

3.2 測試設計

由裝置的構造特征可知，當上部受拉筋與注漿體包裹時，注漿體直接承受鋼筋傳遞的拉力，此時端承板不起作用，整體受力特征為拉力型。若鋼筋與注漿體無粘結，鋼筋將拉力直接傳遞至擴大頭內部的端承板，繼而對上部注漿體施加壓應力，此時該裝置轉為壓力型。在保證注漿體一定自重的前提下，可適當增加注漿分隔板以及端承板的直徑以增加抗拔承載力。該裝置無論是注漿體直徑、施工工藝還是受力特征都與二次注漿的微型樁接近。

采用分級加載對施工合格的抗浮錨桿進行測試，單次加載量通常宜取為預估承載力的1∕10。等截面抗浮錨桿的抗拔承載力可參考錨桿的抗拔承載力公式：

式中：Fd為單錨抗拔承載力設計值；Fk為單錨極限抗拔力標準值；Kb為抗拔安全系數，建議取值1.4～2.5；d 為錨固體直徑；qsik為錨固體與第i 層土的黏結強度標準值；li為第i層土的厚度；ψ 為錨固長度對黏結強度的影響系數，有技術標準［10］推薦取值范圍為0.6～1.6。

根據表1，將其中各土層的摩阻力標準值帶入式（4），其中Kb和ψ 參考土層性質和注漿體長度，分別取2.0、1.3，可計算得到注漿體長度為3 m、5 m、7 m 的等直徑裝置抗拔承載力的預估值約為27.7 kN、45.9 kN、64.3 kN。

根據擴底抗浮錨桿承載力的經驗估算公式［11-12］，1#、3#、5#錨桿分別按每級8 kN、12 kN、16 kN 進行逐級加載，采用精度0.01 mm 位移百分表測量樁頂豎向位移。試驗時，出現下列情況即終止加載：①難以維持某級荷載或變形不止；②某級荷載下變形急驟增大，荷載-位移曲線上有可判定極限承載力的陡降段；③當荷載-位移曲線呈緩變型時，位移超過設計要求；④加載設備達到極限加載能力。

本試驗采用光纖光柵量測錨桿應變。光纖元件輕巧，可靠性和適用性好，可測量構件應變動態變化過