壓力型抗浮錨桿承載體在建筑物抗浮工程中的應用

摘"要：對抗浮錨桿而言，與拉力型錨桿相比，壓力型錨桿具有耐久性好、張拉鎖定時對建筑物的防水結構影響小的特點，因而有其獨特的優勢和適用性。但是關于壓力型錨桿的承載體，現行規范或圖集中沒有相對的統一標準，對壓力型錨桿的的設計和施工造成一定的影響。文章依托工程實例，結合設計要求及相關規范對壓力型抗浮錨桿的承載體進行優化設計。改進后的承載體以鋼板作為承載體核心構件，以利于加工和現場使用為指導，變傳統的T型錨設計為U型錨設計。在具體工程應用中達到良好的效果，為壓力型錨桿承載體的推廣應用提供了成功范例。

關鍵詞：抗浮錨桿；拉力型錨桿；壓力型錨桿；承載體；基本試驗；驗收試驗

Application of compression element of pressure-type anti-floating anchor in engineering projects

CHEN Zhifa

（Beijing Institute of Ecological Geology， Beijing 100011， China）

Abstract： Pressure-type anti-floating anchors， compared with the tension-type anchors， have good durability and little influence on the waterproof structure of the building. Therefore， it has its unique advantages and applicability. But with regard to the bearing body of the pressure-type anchor， there is no uniform standard about the bearing body in the current norms or atlases. This brings about negative influences on the design and construction of pressure-type anchors. This paper takes actual building projects as the example and tries to optimize the bearing body of pressure type anti-floating anchors in accordance to the design requirements and relevant norms. The steel plate is taken as the core component of the improved bearing body to facilitate processing and field use as a guide and the traditional T-type anchor design is changed to U-type. The resulting good effect in the concrete engineering application provides a successful example for the popularization and application of the pressure type anchor bolt bearing body.

Keywords： anti-floating anchor; tension-type anchor; pressure-type anchor; compression element; basic experiments; acceptance test

由于城市建設的快速發展，對地下空間的開發利用越來越多，城市建設過程中產生了大量的地下車庫或者人民防空地下室，地下空間的利用朝著大范圍、大深度的方向發展。建筑物的抗浮問題日漸突出，建筑物基礎承受上拔載荷越來越大（劉鑫等，2021）。當地下建筑物低于地下水位，地下建筑物就存在結構抗浮問題，為了抵消地下水對建筑物結構的上浮力作用，通常需要采取抗浮措施（張東剛等，2023；張艷芳等，2022）。抗浮錨桿作為工程中常用的抗浮措施，在技術方面工藝和設備方面相對成熟，施工速度快，結構基礎受力均勻，對各種地層的適用范圍廣（冷利浩，2010；黃健等，2021），因此在工程建設中得到廣泛應用。

抗浮錨桿根據傳力機理，可分為拉力型錨桿和壓力型錨桿。拉力型錨桿由桿體、錨固體、自由段、錨固段及錨頭構造組成，拉力型錨桿將拉力直接傳遞到桿體錨固段，錨固段注漿體是處于受拉狀態的錨桿，由于錨固段注漿體在承受拉力狀態下易產生裂縫，影響建筑物基礎的耐久性（柳建國等，2005；張望等，2021）。壓力型錨桿由桿體、錨固體、承載體及錨頭構造組成，壓力型錨桿將拉力直接傳遞到桿體錨固段末端承載體，錨固段注漿體是處于受壓狀態的錨桿。壓力型抗浮錨桿充分發揮了注漿體的受壓性能，比拉力型抗浮錨桿的受力更為合理可靠，因錨固體不受拉力，不會因拉力而產生裂縫，因此在耐久性方面有明顯的優勢，在防腐要求高的地區更加適用（馬驥等，2013；劉熙媛等，2016）。

拉力型錨桿因為施工的便利性，在實際工程中應用更為普遍，但是拉力型錨桿在施工完畢進行張拉鎖定時，因錨桿桿體材料的彈性變形較大，往往會對已經做好的防水結構產生破壞，導致后續產生大量的防水堵漏問題，從而影響施工質量和施工進度（劉長現，2015）。而壓力型錨桿，在施加預應力時，因桿體材料外有套管，避免了錨桿桿體材料彈性變形對防水結構的破壞，對于工程的防水結構影響較小（馬驥等，2013）。壓力型錨桿因其自身優點，在實際工程中有其實用性和適用性。但是壓力型錨桿中的承載體，因目前沒有標準圖集，現行規范或標準中對承載體的形狀、規格、尺寸等也沒有相對的統一標準，對壓力型錨桿的設計和施工造成一定的影響。

本文依托工程實例，探討壓力型錨桿承載體的設計和應用，為壓力型抗浮錨桿在實際工程中的推廣提供了范例。

1 "工程實例

1.1 "工程簡介

建設場地位于北京市海淀區西北旺鎮，建設工程主要為住宅、地下車庫。住宅共有11座單體建筑（1#—11#樓），地上"1—15層，地下2—3層，室外地坪±0.00標高約為43.00 m，基礎埋深8.0～12.0 m，基底標高31.00～35.00 m，建筑總高度12.70～44.35 m，基礎形式采用筏板基礎，結構類型采用剪力墻結構；下沉庭院標高36.35 m。

1.2 "工程地質條件

該區地貌單元屬于清河與沙河河間地塊，場地基本平坦，勘察期間鉆孔孔口處地面標高"41.54～42.35 m。本次勘察揭露地層最大深度為30.0 m，筏板基礎以下地層為第四紀沖洪積層，各層情況如下（圖1）：

黏質粉土填土①層：松散—稍密，濕，含灰渣、植物根等，厚度為0.3～1.8 m，層底標高39.28～41.35 mm。

粉砂及砂質粉土②層：中密—密實，飽和，低壓縮性，厚度為1.6～2.5 m，層底標高38.48～40.65 m。

粉質黏土、黏質粉土③層：可塑，中高—中壓縮性，厚度為3.8～5.2 m，層底標高34.20～35.74 m。

粉質黏土、重粉質黏土④層：可塑，局部硬塑，中高—中壓縮性，局部中低壓縮性，厚度為4.1～5.7 m，層底標高29.11～30.36 m。

粉質黏土、重粉質黏土⑤層：可塑，中高—中壓縮性，厚度為3.0～5.7 m，層底標高23.65～25.94 m。

黏質粉土、砂質粉土⑥層：可塑，局部硬塑，中—中低壓縮性，局部低壓縮性，層底標高17.97～19.69 m。

粉質黏土、重粉質黏土⑦層：可塑，局部夾砂質粉土薄層，屬中低壓縮性土層，層底標高13.55～15.75 m。

粉質黏土、重粉質黏土⑧層：密實，濕—飽和，屬低壓縮性土層。

1.3 "水文地質條件

在勘察深度范圍內，共觀測到2層地下水，地下水類型分別為潛水、承壓水（表1）。

場地內歷年最高地下水位接近自然地面，近3～5年最高水位標高約40.00 m。抗浮設防水位標高41.50 m。地下水對混凝土結構具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水條件下具微腐蝕性，在干濕交替條件下具微腐蝕性。

1.4 "抗浮錨桿設計

根據上部建筑物設計條件結合本工程地質情況，本工程抗浮工程措施采用壓力型預應力抗浮錨桿。錨桿設計參數見表2。

抗浮錨桿剖面設計見圖2。

錨桿桿體采用低松弛無黏結預應力鋼絞線，應用專用彎曲機將無黏結鋼絞線繞承載體彎曲成“U”型，并用鋼帶固定在承載體上與承載體打包連成一體，再回到錨桿張拉端。

承載體為聚酯纖維復合體+球墨鑄鐵頭的組合體。

注漿體采用水泥漿或水泥砂漿，水泥應采用強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。注漿體抗壓強度標準值gt;35 MPa，桿體保護層厚度不小于20 mm。

錨具應符合相關規范要求，承壓板采用150 mm × 150 mm × 20 mm鋼板，對錨具、承壓板刷涂環氧防腐漆，錨頭用抗滲砼封閉。

1.5 "防水工程設計

抗浮錨桿工程中，錨桿數量多且需鎖定在基礎筏板上，均需要穿過筏板基礎，故防水節點多，對防水工程要求較高。防水設計如下：

1）基礎筏板整體采用（4+3）cm厚SBS改性瀝青防水卷材及水泥基滲透結晶型防水涂料。

2）錨桿注漿體與基礎筏板結合部位：首先將錨桿注漿體清除干凈，施工水泥基滲透結晶型涂料防水層，再施工20 mm厚聚合物水泥砂漿防水層。

3）抗浮錨桿張拉完畢后，錨頭用C40的微膨脹抗滲砼進行澆筑。

1.6 "承載體的設計變更

原承載體設計提出承載體為聚酯纖維復合體+球墨鑄鐵頭的組合體，既未提供承載體具體的形狀、尺寸及相關的節點圖紙，也沒有相關標準圖集。因此，抗浮錨桿承載體的設計加工和施工成為影響項目施工的關鍵點。

因北京市壓力型抗浮錨桿在實際工程設計中應用較少，施工單位經過多方詢問，也僅見到以前施工單位剩余的少量產品，且僅有一種尺寸規格，外徑為110 mm，適用直徑150 mm的抗浮錨桿。具體形狀見圖3。

如按照該樣品進行加工，因沒有標準圖集，一方面需要同設計院溝通規格尺寸，另一方面該種承載體制作加工時間較長，成本過高。從施工成本與工期兩方面考慮，采用這種承載體已經難以完成施工任務。

根據YB/T 4659－2018《抗浮錨桿技術規程》和《國家建筑標準設計圖集"建筑結構抗浮錨桿》（22G815）相關條文，并參照JGJ 256－2011《鋼筋錨固板應用技術規程》等相關規范，變更承載體設計，采用圓形鋼板（Q345）+半圓形鋼板（Q345）+ 2 × C20鋼筋（HRB400）的組合體進行加工制作。其中：圓形鋼板為承載體核心構件，兩側設置直徑為16 mm的半圓孔，用以固定鋼絞線；半圓形鋼板有直徑為16 mm的凹槽，可以保證鋼絞線緊緊裹在半球形鋼板上，在受拉力時，可以完全將拉力傳遞給圓形鋼板；2根直徑C20 mm鋼筋垂直焊接在圓形鋼板上，能夠更大程度保證承載體的垂直度。圓形鋼板的一側與半圓形鋼板焊接，另一側再焊接2根相連的鋼筋C20，制成承載體。把無黏結預應力鋼絞線彎成U型，U型位置放入承載體下部半圓形鋼板的凹槽中，用綁扎絲通過圓鐵板預留的孔洞將鋼絞線與承載體固定。

結合本工程抗浮錨桿設計直徑，承載體設計參數見表3，設計制作加工圖見圖4，成品效果見圖5。該承載體的優點是便于加工制作和施工現場使用，能夠保證工程順利進行。

1.7 "抗浮錨桿基本試驗及施工驗收

選擇單根錨桿抗拔承載力特征值最大的抗浮錨桿進行基本試驗，主要目的是驗證所使用的承載體是否合理，能否達到設計單位的設計要求，為壓力型抗浮錨桿承載體的設計以及錨桿施工工藝可行性提供依據。

選擇3根抗浮錨桿進行施工，錨桿設計參數為直徑200 mm、長度12 m，單根錨桿抗拔承載力特征值為140 kN。

3根抗浮錨桿施工完成后，由第三方檢測單位按照設計單位和相關規范要求進行抗浮錨桿的基本試驗。基本試驗檢測結果：當錨桿抗拔承載力達到設計值的1.5"倍210 kN時，錨桿最大位移分別為9.10、11.31、9.76 mm，錨桿位移收斂穩定。基本試驗結果表明3根錨桿完全滿足設計單位的設計要求，為承載體的使用提供了基本的試驗依據。

根據抗浮錨桿基本試驗檢測結果，本項目抗浮錨桿進行大面積施工。

施工完畢后，由第三方檢測單位按照規范要求進行了抗浮錨桿驗收試驗，驗收試驗的目的是檢驗所施工的錨桿質量能否達到設計要求，根據規范要求，本項目選取抗浮錨桿總數的5%共161根錨桿進行驗收試驗。當錨固體（注漿體）滿15 d齡期或注漿體強度達到設計強度的80%后進行試驗。

根據驗收試驗報告，在最大試驗荷載作用下，錨頭位移收斂穩定，試驗過程中沒有出現錨桿被破壞的現象，驗收合格。同時錨桿的最大位移在8.09 mm至11.93 mm之間，位移離散性很小，說明錨桿的總體施工質量性能非常穩定。

驗收試驗的檢測結果顯示本項目抗浮錨桿施工完全達到設計要求，項目順利完工。

1.8 "壓力型錨桿施工后的防水效果

抗浮錨桿張拉完畢后，用C40的微膨脹抗滲砼進行澆筑。

該項目地下車庫施工完后，對地下車庫的現場情況進行查看，整個地下室幾乎沒有滲漏水點，整體防水效果很好（圖6），說明壓力型抗浮錨桿在張拉鎖定時，對防水結構影響很小。

2 "對于壓力型錨桿承載體的探討

承載體作為壓力型錨桿的一個關鍵組成部件，目前相關規范對于壓力型錨桿承載體的設計沒有標準圖集，在外形、規格尺寸等方面也沒有一個相對統一的標準，不利于壓力型錨桿在設計和施工中的應用。本文對壓力型錨桿承載體進行設計和制作加工時，主要考慮如下幾方面：

1）使用材料：根據YB/T 4659－2018《抗浮錨桿技術規程》第4.2.14條“承載體及分壓板可采用高分子聚酯纖維增強模塑料或金屬制作”“應具有與錨桿承載力相適應的力學性能”，結合項目實際情況，采用圓形鋼板（Q345）作為承載體主體。本項目采用1根7-15.2鋼絞線，故在圓形鋼板相對應的兩側面設置直徑為16"mm的半圓孔，用以安裝和固定鋼絞線。

2）承載體尺寸：根據YB/T 4659－2018《抗浮錨桿技術規程》第6.3.3條“筋體保護層厚度不少于20"mm”。本項目中，對直徑150 mm的抗浮錨桿，圓形鋼板直徑設計為100 mm；對直徑200 mm的抗浮錨桿，圓形鋼板直徑設計為120 mm。

3）承載體厚度：本項目抗浮錨桿設計文件提出，抗浮錨桿在張拉鎖定時，承壓板采用150 mm × 150 mm × 20 mm鋼板，承載體與承壓板一樣都是全錨固板，故承載體采用的圓形鋼板厚度也采用20 mm厚鋼板。

4）圓形鋼板上設置2個直徑8 mm的小圓孔，一方面穿綁扎絲以固定鋼絞線，另一方面，施工時安裝承載體和鋼絞線時，2個小圓孔可以降低水泥漿的阻力，利于施工。

5）鋼絞線與承載體之間的傳力結構：帶有直徑為16 mm凹槽的半圓形鋼板是為了便于無黏結預應力鋼絞線彎成U型后，鋼絞線與承載體更加契合，鋼絞線受拉力后，能夠將拉力直接而充分地傳遞至承載體的核心部件圓形鋼板上。

該構件的設置改變了以往用鋼板做承載體必須使用錨頭將鋼絞線與承載體進行鎖定的傳統方式，即將鋼板擠壓錨承載體（P型錨）錨桿轉變為U型環繞鋼板承載體（U型錨）錨桿，這種方式的優點是無黏結鋼絞線在錨固段無須斷開，防腐性能優異，提高了錨桿桿體材料的耐久性（柳建國等，2005）。

6）承載體垂直度：采用2根相連的直徑C20鋼筋，同鋼絞線一起，能夠更大程度上保證承載體的垂直度。鋼筋的選用是根據施工現場現有的鋼筋材料選用的，只要能夠保證承載體的垂直度，可以用其他型號鋼筋或材料代替。

7）力學驗證：根據JGJ 256—2011《鋼筋錨固板應用技術規程》第5.2.7條：壓力型錨桿錨固體受壓承載力應按式（5.2.7-1）和式（5.2.7-2）計算。依據這2個公式對承載體的設計參數進行力學驗證。

N _K ≤R _CK /2 （5.2.7-1）

R _CK ="η f _ck A _ln" （5.2.7-2）

式中：N _K為單根錨桿的拉力標準值（kN）；R _CK為錨固體受壓承載力標準值（kN）；η為漿體側限強度增大系數；f _ck為漿體軸心抗壓強度標準值（MPa）；A _ln為漿體受壓凈面積（m²），為承載體與漿體的接觸面積扣除筋體截面積之后的面積。

本項目中，錨固體采用純水泥漿，水泥采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，因錨桿拉拔試驗均在錨桿施工15 d后進行，此時，注漿體強度已經達到水泥設計強度的80%以上，在計算時取f _ck ="42.5"×"0.8"="34"MPa；結合本項目工程地質條件（本文1.3節），根據YB/T 4659—2018《抗浮錨桿技術規程》設計說明第5.2"條，取漿體側限強度增大系數η =1.5。

對于直徑150 mm的抗浮錨桿：單根錨桿的拉力標準值取錨桿抗拔承載力特征值，N _K =120 kN；承載體面積按直徑100 mm的圓形鋼板計算扣除直徑18 mm的圓形面積計算。

經驗算，承載體的設計參數均滿足設計及規范要求。

8）加工與施工：所設計的承載體便于加工制作和現場施工。

在本項目承載體設計過程中，也參考了JGJ 256—2011《鋼筋錨固板應用技術規程》，該規程中對鋼筋錨固板的規格及尺寸有明確的規定。該規程第3.2.1條，錨固板應符合下列規定：①全錨固板承壓面積不應小于錨固鋼筋公稱面積的9倍；②部分錨固板承壓面積不應小于錨固鋼筋公稱面積的4.5倍；③錨固板厚度不應小于錨固鋼筋公稱直徑；④當采用不等厚或長方形錨固板時，除應滿足上述面積和厚度要求外，尚應通過省部級的產品鑒定；⑤采用部分錨固板錨固的鋼筋公稱直徑不宜大于40 mm，否則應通過試驗驗證確定其設計參數。

對于壓力型抗浮錨桿而言，承載體可以考慮為全錨固板，但由于桿體材料主要為鋼絞線，故不適用JGJ 256—2011《鋼筋錨固板應用技術規程》的相關規定，需要在具體設計時進行更為詳細的計算。

3 "結語

本項目通過施工單位對壓力型錨桿承載體的細化設計，為壓力型抗浮錨桿承載體的設計和應用提供了范例。

壓力型錨桿一方面因為錨固體（注漿體）受壓，錨固體不會因拉力而產生裂縫，同拉力型錨桿相比，在防腐耐久性方面具有天然的優勢，采用U型錨錨桿可以進一步提高錨桿桿體的防腐性能。另一方面因為設計和施工工藝的特殊性，在張拉鎖定時，桿體材料的彈性變形對已經施工的防水結構影響較小。因上述兩方面的優點，壓力型錨桿在實際工程應用中有其適用性和實用性。因承載體的設計目前沒有標準圖集，相關規范和標準在具體形狀、規格和尺寸方面沒有相對統一的標準，對壓力型錨桿的設計和施工造成一定的不便。在此，也希望通過本工程案例，能夠對壓力型錨桿的推廣應用起到積極的作用。

參考文獻

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