中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司 陕西省西安市 710054
摘要：锚杆在边坡挡墙、基坑支护、基础锚固、隧道洞室、矿井巷道、水利坝工、锚固抗浮等工程中，作为岩土锚固和支护的重要构件，在地铁、市政、公路、水利、房屋建筑等工程建设领域有着广泛的应用。本文针对西北地区复杂地质条件，介绍了某工程地下室抗浮锚杆的设计与试验分析研究，探讨了锚杆施工控制措施。
关键词：锚杆；抗拔试验；施工
引言
随着经济建设的迅速发展，城市空间的紧缺，地下建筑物成为了未来发展趋势。由于地下水位高，上部建筑自重不足以抵抗浮力，造成了地下室底板上浮变形，给基础造价、施工工期造成很大影响。因此，抗浮问题成为了地下结构设计中的一个重要课题。抗浮锚杆具有施工工艺简单、受力明确、造价低等优点，有效地保证了建筑结构的安全性，体现了抗浮锚杆在抵抗地下室底板所承受的地下水浮力的经济技术优越性。
1锚杆抗拔试验概述
锚杆锚固段的抗拔承载力的检测，主要通过基本试验和验收试验完成。基本试验是在工程锚杆正式施工前，为了确定锚杆的设计参数和施工工艺，在现场进行的锚杆极限抗拔承载力试验；验收试验是为检验工程锚杆抗拔承载力是否符合设计要求而进行的锚杆抗拔试验。具体的抗拔试验方法在行业标准《锚杆检测与监测技术规程》JGJ/T401-2017中有详细的规定。锚杆抗拔试验装置主要包括荷载加卸载装置（通常用穿心液压千斤顶）、加载反力装置、荷重传感器及位移测量仪表。加载反力装置的作用是支撑液压千斤顶，将荷载反力传递至反力装置支座和其周围的岩土层中。加载反力装置主要有支座横梁反力装置、支撑凳式反力装置和承压板式反力装置三种形式（反力装置示意图可参见JGJ/T401-2017第4.2.6条附图）。这三种反力装置的主要区别在于反力装置支座与锚杆中心的距离大小。
行业标准JGJ/T401-2017第4.2.8条对锚杆中心、支座边、基准桩中心之间距离的规定，主要考虑的是反力装置支座地基周围岩土体的受荷变形和锚杆抗拔试验时锚杆周围土体的变形量对试验结果的影响。加载反力装置支座边与锚杆中心的距离设置非常关键，岩土体变形量影响位移测量的准确性，加载反力装置的支座压力对锚杆抗拔承载能力极限状态的破坏形态也会造成影响。
近十多年来，岩土锚杆技术在工程建设领域得到了蓬勃的发展，积累了许多新经验和新成果，与之相关的主要国家标准和行业标准在最近几年进行了修订，2017年2月建设部批准出台了行业标准《锚杆检测与监测技术规程》JGJ/T401-2017，对岩土锚杆的检测和监测进行了规范。
岩土锚杆的极限抗拔承载力试验结果，对岩土锚杆工程的质量、投资与安全起着至关重要的作用，锚杆检测与监测要慎重对待加载反力装置的设置，设计、施工、监理等应当从试验手段和方法上入手，对于检测和监测结果，以谨慎的态度进行合理的判断。
2工程概况
本工程由1号～9号高层和商业、地下室组成。规划总建筑面积196662.74m2，其中地下建筑面积43444.77m2。该场地地层主要由第四系人工填土、粉质粘土、粉土、细砂、卵石等组成。抗浮区域基础埋深在－10m以下，涉及的土层基本为中密以上的卵石土。地下水水位埋深568.44m～571.41m。场地地下水位丰、枯水期季节水位变化幅度为1.50m～2.00m左右，历史最高水位为564.00m。由于绝大部分楼层基础均位于地下水位之下，所以本工程采用抗浮锚杆措施。本工程抗浮锚杆施工现场如图1所示。
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图1 某地下室抗浮锚杆工程
2.1锚杆设计
2.1.1抗浮范围
整个建筑物地下部分，除筏板基础、1区、3区和后浇带范围之外，均需考虑抗浮。需进行抗浮处理的区域面积约13785m2。
2.1.2抗浮力标准值计算
计算抗浮力标准值F按式（1）计算：
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其中，G为地下建筑物结构及覆土自重，kN/m2；F为抗浮力标准值，kN/m2；V为地下水浮力，kN/m2；Kf为抗浮安全系数，一般取值1.05～1.10。
经过抗浮分析计算，需提供的抗浮力标准值F=54kN/m2。则抗浮区域总抗浮能力不小于744390kN。初步按2m×2m计算，所需锚杆总数为3447根。实布设锚杆3748根。Nak=锚杆总抗浮能力/锚杆总根数=216kN。
2.1.3锚杆钢筋截面面积计算
根据GB50330—2002建筑边坡工程技术规范第7.2条，锚杆截面面积可根据式（2）确定
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其中，Na为锚杆轴向拉力设计值，kN；Nak为锚杆轴向拉力标准值，kN；γQ为荷载分项系数，可取1.30；As为锚杆钢筋截面面积，m2；ξ2为锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69；γ0为工程重要性系数，取1.1；fy为锚筋抗拉强度设计值，kPa，取335MPa。
计算所需锚杆钢筋截面面积As为1336mm2，采取3根25的HRB335螺纹钢筋，总面积为1471mm2。
2.1.4锚杆锚固长度计算
根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）可知，锚固长度可根据式（3）确定：
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其中，la为锚杆锚固长度，m；ξ1为锚固体与地层粘结工作条件系数，永久锚杆取1.00；ξ3为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，kPa，永久性锚杆取0.60；D为锚固体直径，取150mm；d为锚杆钢筋直径，m，取0.025m；frb为地层与锚固体粘结强度特征值，kPa，取115kPa；fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，kPa，取1.68MPa；n为钢筋根数。计算取两者较大值，锚固长度la=6.2m。
2.1.5锚杆抗拔承载力特征值
根据《建筑地基基础设计规范》6.7.6，对于永久性锚杆，计算锚杆抗拔承载力特征值：
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其中，Rt为抗拔承载力特征值，kN；ξ为经验系数，取0.8；f为水泥砂浆与岩土层的粘结强度特征值，kPa；ur为锚杆的周长，m；hr为锚固段嵌入岩层中的有效锚固长度，m；Rt≥216kN。
2.1.6锚杆总长度计算
锚杆自由段长度，以确保锚杆能嵌入基础地面以上1/3～1/2为准，并考虑留250mm以上的弯头。本工程基础厚（高）0.5m，取自由段长度为1000mm。所以锚杆总长度为7.2m（见图2）。
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图2 锚杆大样图
2.2锚杆抗拔试验
本工程按规范对场地内3根锚杆进行了抗拔基本试验。试验加载采用循环加、卸载法，每级读数3次，读数稳定后方可进行下一级加载。该3根抗浮锚杆分六循环加载至最大试验荷载564kN，各循环锚头位移均满足实测弹性位移（Se），大于锚杆80%自由段长度理论弹性伸长值（S1）小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长量（S2），在最大试验荷载下锚头位移趋于稳定。本工程抗浮锚杆抗拔力设计值达到282.2kN。试验锚杆在各级荷载作用下的荷载—位移曲线（Q—S）、荷载—弹性位移曲线（Q—Se）、荷载—塑性位移曲线（Q—Sp）如图3所示。
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图3 锚杆基本试验位移曲线
2.3锚杆抗拔验收试验
抗拔锚杆施工开始前，根据规范及设计要求，现场需根据设计参数进行试验锚杆施工，并于28d后，进行试验锚杆抗拔试验，以提供土层抗拔锚杆抗拔承载力特征值。
试验锚杆施工过程中，现场应安排人员对试验锚杆施工各阶段锚杆钻进土样、岩样进行收集，并记录样本收集深度，归纳整理相应数据，确定钢套筒埋置深度，为后续施工提供技术支持。
试验锚杆龄期到达后，需通知检测单位进行抗拔试验，确保锚杆极限承载力和锚杆承载力特征值是否符合设计要求。
工程按规范对场地内的129根试验抗浮锚杆进行验收试验，结果表明，在0.5Nt～1.5Nt荷载范围内，129根试验抗浮锚杆均满足S1<Se<S2，且在最大试验荷载作用下锚头位移趋于稳定。按照规范相关规定，本工程抗浮锚杆抗拔力满足设计要求。
锚杆设计应结合工程实际情况以及建筑所在场地地质条件进行锚杆参数设计。并且按照规范对锚杆进行抗拔基本试验，根据荷载—位移曲线，抗浮锚杆抗拔力设计值满足设计要求。工程对129根锚杆进行验收试验，均满足设计要求。
3结束语
抗拔锚杆因造价低、结构简单、受力明确、施工简便等优点，近年来被大量应用。抗拔锚杆的设计是为了满足在结构自重无法平衡地下水浮力或结构强度不能满足抗浮计算要求所产生的抗浮措施，抗拔锚杆的施工质量控制直接关系到结构稳定性，质量控制尤为重要。
参考文献：
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