李春蕾

(南京江北新區(qū)建設(shè)工程設(shè)計(jì)施工圖審查中心， 南京 210009)

0 概述

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下空間的開發(fā)利用越來越廣泛，地下停車庫(kù)、地下商業(yè)、下沉式地下廣場(chǎng)等越來越多，合理解決抗浮問題是地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。抗浮錨桿因施工便捷、造價(jià)低等特點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前有關(guān)抗浮錨桿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不統(tǒng)一或不全面，導(dǎo)致工程抗浮錨桿設(shè)計(jì)選擇的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)較亂，且設(shè)計(jì)常常僅提出筋體、灌漿體的強(qiáng)度及錨桿承載力要求，而忽略了錨桿耐久性設(shè)計(jì)要求。抗浮錨桿的設(shè)計(jì)應(yīng)包括錨桿選型、計(jì)算和構(gòu)造，并對(duì)施工、試驗(yàn)、驗(yàn)收和監(jiān)測(cè)提出相應(yīng)的要求。本文就常用的全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿的承載力確定、布置、耐久性、在結(jié)構(gòu)中的錨固共四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿長(zhǎng)度及承載力的確定

1.1 錨桿的傳力機(jī)理

目前結(jié)構(gòu)工程抗浮錨桿種類很多，最常用的為全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿。錨桿錨固體系由筋體、灌漿體、圍巖(土)三個(gè)部分組成。錨桿受拉荷載較小時(shí)，筋體和漿體間可變形一致；隨著荷載的增加，受拉端附近漿體受力迅速增大，與筋體發(fā)生滑移，產(chǎn)生剪脹力，漿體法向受壓、環(huán)向受拉，拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)漿體開裂，繼而破裂段漿體與孔壁間發(fā)生剪切破壞，受力范圍向錨桿深處傳遞。隨著荷載的進(jìn)一步增大，破壞長(zhǎng)度逐漸增大，到達(dá)足夠長(zhǎng)度時(shí)錨桿拉力與破壞段的殘余粘結(jié)力和未破壞段的粘結(jié)力平衡，不再向深處傳遞。

1.2 錨桿的選型和長(zhǎng)度確定

全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿分等直徑和帶擴(kuò)大頭兩種。錨固端為巖石時(shí)常選用等直徑錨桿，錨固端為強(qiáng)風(fēng)化巖或土層時(shí)常選用擴(kuò)大頭錨桿。大量的試驗(yàn)資料[1-2]表明，錨桿受力時(shí)沿錨固段全長(zhǎng)的剪應(yīng)力分布很不均勻，剪應(yīng)力峰值出現(xiàn)在有效錨固段前端，隨著荷載增大，前段發(fā)生滑移，剪應(yīng)力峰值加大且峰值位置向下移動(dòng)，剪應(yīng)力分布隨著錨固深度逐漸減小直至一定深度后為零。周邊巖體越硬，剪應(yīng)力峰值越大，剪應(yīng)力分布長(zhǎng)度越短；周邊巖體越松軟，剪應(yīng)力峰值越小，剪應(yīng)力分布長(zhǎng)度越長(zhǎng)。錨固段長(zhǎng)度超過一定值后，錨桿抗拔承載力的提高極為有限，過長(zhǎng)的錨固段反而降低施工質(zhì)量，對(duì)錨固效果及耐久性帶來不利影響。為此，各種錨桿標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了適宜的錨桿錨固段長(zhǎng)度范圍?！度珖?guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ))》(2009年版)[3]規(guī)定，對(duì)于全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿，土層錨桿的錨固段長(zhǎng)度不應(yīng)小于4m且不宜大于10m，巖石錨桿的錨固段長(zhǎng)度不應(yīng)小于3m且不宜大于45D(D為錨桿直徑)和6.5m?！稁r土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)規(guī)定，非預(yù)應(yīng)力錨桿的最大長(zhǎng)度一般為12m?！犊垢″^桿技術(shù)規(guī)程》(YB/T 4659—2018)規(guī)定，錨桿錨固段有效長(zhǎng)度在巖層中宜取3～8m，土層中宜取6～12m。錨固段巖(土)層距結(jié)構(gòu)底板距離較大時(shí)，采用的錨桿較長(zhǎng)，應(yīng)將錨桿分為自由段和錨固段，合理設(shè)置錨固段長(zhǎng)度。

1.3 錨桿承載力的影響因素

除長(zhǎng)度外影響全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿承載力的因素有：筋體的強(qiáng)度、灌漿體的強(qiáng)度、筋體與灌漿體界面的粘結(jié)強(qiáng)度、灌漿體與圍巖(土)體界面的粘結(jié)強(qiáng)度。灌漿體與圍巖(土)體界面的粘結(jié)作用由以下三部分組成：化學(xué)膠著力、摩擦力、機(jī)械咬合作用。筋體的表面形狀及涂層、灌漿體入圍巖(土)的滲透程度及灌漿體的抗剪強(qiáng)度決定界面粘結(jié)力的大小。筋體表面凸起、粗糙時(shí)，筋體和漿體間的咬合作用較好，若筋體表面涂有防腐涂層，將顯著降低筋體與漿體的粘結(jié)強(qiáng)度。

1.3.1 成孔方法的影響

錨桿成孔方法不同，對(duì)孔周巖(土)體的擾動(dòng)不同，影響了灌漿體與圍巖(土)體間的粘結(jié)強(qiáng)度，繼而影響錨桿承載力。文獻(xiàn)[4]中的工程實(shí)踐表明，不同成孔方法的錨桿承載力排序?yàn)椋汗忏@桿干鉆一次成孔法>長(zhǎng)螺旋干鉆成孔法>潛孔錘擠密成孔法>光鉆桿水鉆成孔法。因?yàn)椴捎霉忏@桿干鉆一次成孔法施工時(shí)，對(duì)鉆孔范圍內(nèi)的土體進(jìn)行攪拌，對(duì)孔壁周圍土體破壞作用最??；潛孔錘擠密成孔法為不排土擠密成孔法，采用此法施工時(shí)，鉆孔范圍內(nèi)土被擠入孔壁中，影響地層的滲透性；采用光鉆桿水鉆成孔時(shí)，在孔壁周圍形成泥皮，大大地影響了水泥漿液向地層中的滲透。所以進(jìn)行錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意對(duì)成孔方法提出要求。

1.3.2 漿體材料的影響

常用的錨桿漿體材料為水泥漿、水泥砂漿和細(xì)石混凝土。雖然一般用抗壓強(qiáng)度代表漿體強(qiáng)度等級(jí)，但影響錨桿錨固力的主要是漿體抗拉強(qiáng)度。由于粗、細(xì)骨料的存在增加了基體內(nèi)部微觀顆粒間的摩阻力，相同條件下上述三種漿體材料抗拉強(qiáng)度排序?yàn)椋杭?xì)石混凝土>水泥砂漿>水泥漿。朱煥春等[5]通過試驗(yàn)表明，混凝土比砂漿與桿體的粘結(jié)狀態(tài)更好，且傳力途徑較短時(shí)即可實(shí)現(xiàn)與受拉力平衡。錨桿受拉時(shí)，力由桿體到灌漿體，再由灌漿體傳到圍巖(土)體，灌漿體承擔(dān)著桿體向圍巖(土)體間應(yīng)力傳遞的作用，灌漿體強(qiáng)度是影響錨桿承載力的主要因素。設(shè)計(jì)應(yīng)選擇抗拉強(qiáng)度高的漿體材料以保證應(yīng)力有效傳遞，提高錨桿承載力。但因?yàn)殄^桿細(xì)長(zhǎng)時(shí)，細(xì)石混凝土難以澆筑密實(shí)，設(shè)計(jì)常選用水泥漿或水泥砂漿作為漿體材料，而水泥(砂)漿因其抗拉強(qiáng)度低，在錨桿受拉時(shí)很容易開裂。為了改善水泥(砂)漿的性能，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者研發(fā)了水泥基改性材料，目前常用的有纖維材料、納米材料、聚合物乳液和乳化瀝青等。PVA(聚乙烯醇)纖維由于強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、分散性好等特點(diǎn)，常用于提高水泥(砂)漿的韌性和彎曲性能，且干燥收縮有明顯降低。納米SiO2可加速水泥水化，填充水泥顆粒間空隙，提高材料密實(shí)度，從而改善水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性。張鵬等[6]測(cè)試了單摻或復(fù)摻納米SiO2和PVA纖維的聚合物砂漿的力學(xué)性能，試驗(yàn)結(jié)果證明，選擇納米SiO2和PVA纖維合適的摻量時(shí)，砂漿的抗折強(qiáng)度有顯著提高。孟博旭等[7]研究了不同摻量苯丙乳液和VAE乳液對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明:VAE乳液、苯丙乳液聚灰比8%～12%(聚灰比是指聚合物乳液占水泥質(zhì)量的百分比)摻量時(shí)水泥砂漿抗拉強(qiáng)度提高約44%～66%，粘結(jié)強(qiáng)度提高約8倍，而乳液摻入對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的改善不明顯甚至有降低作用。與聚合物乳液相比，乳化瀝青具有經(jīng)濟(jì)、原料易得和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。潘碩等[8]通過試驗(yàn)，分析了不同乳化瀝青粉(EAP)摻量對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，隨EAP摻量提高，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度和彈性模量略有下降，但折壓比顯著提高，當(dāng)EAP摻量為15%(重量百分比)時(shí)，折壓比最多可增加53.9%；當(dāng)EPA摻量為4%～6%范圍內(nèi)時(shí)，水泥砂漿的28d抗拉強(qiáng)度值比基準(zhǔn)組提高達(dá)44.4%。

現(xiàn)行有關(guān)錨桿規(guī)范(規(guī)程)中未提及灌漿體抗拉強(qiáng)度的要求，目前研究資料也缺乏筋體拉應(yīng)力、漿體抗拉強(qiáng)度及裂縫開展之間的量化關(guān)系，可參考混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，提出對(duì)水泥(砂)漿極限抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。筋體拉應(yīng)力越大，對(duì)灌漿料的抗拉強(qiáng)度要求越高。

1.4 基本試驗(yàn)確定錨桿設(shè)計(jì)承載力

設(shè)計(jì)按規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)預(yù)估錨桿的承載力后，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錨桿基本試驗(yàn)。試驗(yàn)錨桿桿體防腐涂層的要求應(yīng)同工程錨桿，施工時(shí)對(duì)灌漿次數(shù)、灌漿壓力及灌漿量均應(yīng)測(cè)量整理記錄，為后期工程錨桿的施工參數(shù)提供依據(jù)。同條件基本試驗(yàn)的錨桿數(shù)量不應(yīng)少于6根，最終錨桿設(shè)計(jì)承載力需通過抗拔載荷試驗(yàn)確定。

錨桿基本試驗(yàn)加卸載方法有單、多循環(huán)加卸載法及分級(jí)維持荷載法等?，F(xiàn)行有關(guān)錨桿的規(guī)范(規(guī)程)中對(duì)錨桿基本試驗(yàn)的加載方法、錨頭位移相對(duì)穩(wěn)定及破壞標(biāo)準(zhǔn)要求不盡相同，見表1。

各規(guī)范(規(guī)程)錨桿基本試驗(yàn)的要求對(duì)比 表1

結(jié)構(gòu)抗浮錨桿相比于基坑支護(hù)錨桿，設(shè)計(jì)使用年限要求更長(zhǎng)，試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高。由于地下水位隨四季循環(huán)往復(fù)變化，工程抗浮錨桿承受的拉力也隨之變化，采用分級(jí)多循環(huán)加卸載法，更能反映抗浮錨桿的受力特性。在滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，設(shè)計(jì)需根據(jù)工程重要性、地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)允許位移，明確試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，確定錨桿設(shè)計(jì)承載力。

2 錨桿的布置和整體穩(wěn)定

錨桿根據(jù)受力需要均勻布置在底板或柱墩下。單根錨桿承載力不大，布置數(shù)量較多，均勻布在地下室底板跨中時(shí)，各錨桿上拔力隨錨桿的分布、底板的厚度及基床系數(shù)的變化而變化[9]。在上部荷載的影響下，靠近柱位置的錨桿所受上拔力較小，而遠(yuǎn)離柱位置的錨桿上拔力較大；底板越厚或基床系數(shù)越小，底板剛度相對(duì)越大，錨桿拉力越趨于分布均衡且最大拉力趨于減小。計(jì)算時(shí)應(yīng)輸入實(shí)際錨桿剛度、位置、底板厚度及基床系數(shù)，采用有限元法計(jì)算，并控制錨桿最大拉力小于錨桿承載力。

付文光等[10]通過大量錨桿案例研究表明，由于巖土工程的不確定性和地下水位的突發(fā)性，許多抗浮錨桿失敗案例中單根錨桿上拔力未達(dá)到設(shè)計(jì)值，但發(fā)生了整體上浮穩(wěn)定破壞。設(shè)計(jì)時(shí)錨桿的間距不宜過小，錨桿長(zhǎng)度較小、單根錨桿抗拔力較大時(shí)，應(yīng)注意錨固體整體抗浮穩(wěn)定性要求。為方便計(jì)算，群錨的穩(wěn)定性驗(yàn)算可簡(jiǎn)化為單錨進(jìn)行。

3 錨桿的耐久性設(shè)計(jì)

錨桿工作時(shí)長(zhǎng)期處于受拉狀態(tài)，且所處巖土及地下水中存在著大量的腐蝕介質(zhì)，如硫酸根離子、氯離子等。一方面在長(zhǎng)期拉應(yīng)力下灌漿體開裂，隨著裂縫開展會(huì)加速腐蝕介質(zhì)的入侵；另一方面腐蝕介質(zhì)進(jìn)入漿體內(nèi)部，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鈣礬石等膨脹結(jié)晶體，導(dǎo)致漿體強(qiáng)度下降，當(dāng)腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋼筋表面時(shí)，鋼筋的銹脹又會(huì)加速漿體開裂。表1所列的部分規(guī)范(規(guī)程)中給出了錨桿耐久性設(shè)計(jì)和防腐等級(jí)的規(guī)定，但除《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)、《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476—2019)、《抗浮錨桿技術(shù)規(guī)程》(YB/T 4659—2018)外，使用年限大于2年即定義為永久性錨桿，普通房建設(shè)計(jì)使用年限一般為50年，如何保證錨桿耐久性滿足使用年限50年的要求，是應(yīng)重視的問題。

3.1 漿體材料的耐久性設(shè)計(jì)

漿體材料常見的化學(xué)腐蝕有：硫酸鹽腐蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化、氯離子侵蝕等。國(guó)家已針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)編制了《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50476—2019)，且《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)中規(guī)定了鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫驗(yàn)算要求。按鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算裂縫寬度時(shí)，鋼筋拉應(yīng)力約控制在200N/mm2以下才能達(dá)到潮濕環(huán)境下裂縫寬度不大于0.2mm的要求。錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，筋體拉應(yīng)力取值較高，若按鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算裂縫，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)80年代就開展了錨桿使用壽命研究，后來很多學(xué)者繼續(xù)研究了銹蝕部位對(duì)錨桿極限抗拔力和粘結(jié)性能的影響、不同配合比的水泥砂漿抗侵蝕能力等。梁健[11]、曾憲明[12]等研究表明：水灰比越低，漿體的抗侵蝕性能越好；不同品種水泥的抗侵蝕能力不同；摻硅灰、礦渣細(xì)粉、纖維材料或納米材料能明顯改善砂漿的致密性、抗?jié)B性，提高砂漿的抗拉強(qiáng)度，減少裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。趙健等[13]的縮尺錨桿耐久性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：普通砂漿和丙烯酸砂漿相比，丙烯酸砂漿防護(hù)效果較優(yōu)。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)錨桿的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)漿體水灰比范圍規(guī)定各不相同，且比日本、美國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低。施工時(shí)為了方便，注漿現(xiàn)場(chǎng)加大水灰比，或?yàn)榱颂岣吆鸵仔浴⒆非罂箟簭?qiáng)度，原材料配比中增加礦渣或粉煤灰等礦物摻料，反而降低了漿體的抗拉強(qiáng)度[14]。為定量地衡量灌漿體的耐久性標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)應(yīng)參照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50476—2019)嚴(yán)格限制漿體材料的水灰比及氯、硫、堿含量，適量增加改性材料來提高漿體抗拉強(qiáng)度及密實(shí)度，提出對(duì)抗拉強(qiáng)度的具體設(shè)計(jì)要求。

3.2 筋體防腐蝕

3.2.1 鋼筋筋體

全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿筋體常采用普通螺紋鋼，錨桿承載力大時(shí)選用預(yù)應(yīng)力螺紋高強(qiáng)鋼。鋼筋的腐蝕為應(yīng)力腐蝕和電化學(xué)腐蝕的耦合作用。雖然在早期水泥水化過程產(chǎn)生的強(qiáng)堿環(huán)境，使鋼筋表面生成一層致密的氧化物鈍化膜阻止鋼筋生銹，但在握裹層薄弱處，隨著PH值<8的地下水、氯離子等腐蝕介質(zhì)從裂縫處擴(kuò)散到筋體表面，鈍化膜易被破壞而導(dǎo)致鋼筋腐蝕。隨著鋼筋生銹膨脹，在銹脹力和圍巖約束組合作用下，漿體環(huán)向拉應(yīng)力大于漿體抗拉強(qiáng)度時(shí)漿體開裂，降低了桿體和漿體間的粘結(jié)力。筋體腐蝕破壞了錨桿到砂漿的有效傳遞路徑，導(dǎo)致錨桿極限抗拔力下降、錨固端滑移量增大。在拉力作用下，全長(zhǎng)粘結(jié)型抗浮錨桿的軸力為孔口處最大，此處漿體最易開裂。國(guó)內(nèi)外研究人員先后提出了一系列鋼筋防腐蝕的方法，如：鋼筋表面涂層、提高漿體的密實(shí)度和抗?jié)B性、內(nèi)摻阻銹劑等。鋼筋的腐蝕常從漿體裂縫處、桿體定位器處等防護(hù)薄弱部位點(diǎn)蝕開始，腐蝕位置不均勻且離散性較大。首先考慮筋體表面防腐措施，可選用環(huán)氧涂層筋體或在筋體表面敷涂環(huán)氧瀝青等防腐材料。因防腐涂層影響筋體和漿體的粘結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)注意錨固段及錨入主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)不應(yīng)采用桿體防腐涂層，設(shè)有防腐涂層的長(zhǎng)度不宜計(jì)入粘結(jié)承載力及錨固長(zhǎng)度計(jì)算。錨桿錨固段至結(jié)構(gòu)底板距離較長(zhǎng)時(shí)宜區(qū)分為自由段和錨固段，分段采取防腐措施。在錨桿自由段應(yīng)加強(qiáng)對(duì)筋體的防腐，對(duì)錨桿錨固段采取防腐措施時(shí)，應(yīng)注意其對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

為保證腐蝕后鋼筋有效面積，可參考《建筑鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 251—2011)中年平均環(huán)境相對(duì)濕度大于75%城市大氣中鋼結(jié)構(gòu)平均腐蝕速率規(guī)定，錨桿鋼筋直徑應(yīng)比計(jì)算值留有腐蝕裕量。

巖土參數(shù) 表2

3.2.2 非金屬筋體

為解決鋼筋腐蝕問題，一些學(xué)者推出了新型錨桿桿體材料，如玻璃纖維增強(qiáng)聚合物GFRP(抗拉強(qiáng)度約700MPa，抗剪強(qiáng)度約150MPa，彈性模量約50GPa)，它具有質(zhì)量小、抗拉強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到工程界青睞。GFRP筋體的表面形態(tài)有多種，其中螺紋型因其表面凸起增加了筋體與漿體的咬合，粘結(jié)強(qiáng)度最大。張宗強(qiáng)[15]與白曉宇[16]等均做了螺紋GFRP與Ⅲ級(jí)鋼筋現(xiàn)場(chǎng)足尺錨桿的性能對(duì)比研究，結(jié)果表明：相同直徑GFRP錨桿比鋼筋錨桿錨固力大，但錨頭位移大；GFRP錨桿剪應(yīng)力峰值出現(xiàn)在錨固段地面以下0.9m處，在極限荷載下GFRP桿體處出現(xiàn)了裂紋且有纖維剝落，分析原因?yàn)镚FRP彈性模量小、抗剪強(qiáng)度小。另由于其脆性大，不宜彎折，連接器及錨具需特別研制設(shè)計(jì)。所以僅錨桿承載力不大、位移要求不高、長(zhǎng)度不超過12m時(shí)，可選擇使用GFRP等非金屬筋體錨桿以解決筋體防腐問題。

4 錨桿在主體結(jié)構(gòu)中的錨固

錨桿筋體采用鋼筋時(shí)，伸入混凝土主體結(jié)構(gòu)錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)要求，鋼筋錨入主體結(jié)構(gòu)豎直長(zhǎng)度不應(yīng)小于300mm，當(dāng)鋼筋直徑較大不宜彎折或總錨固長(zhǎng)度不足時(shí)，可采用錨固板錨固。錨固板錨固的材料及構(gòu)造要求應(yīng)滿足《鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 256—2011)規(guī)定，結(jié)構(gòu)板厚度較薄時(shí)，應(yīng)注意局壓和沖切驗(yàn)算。桿身防腐涂層進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不宜長(zhǎng)且不應(yīng)全部計(jì)入有效錨固長(zhǎng)度。錨桿筋體采用非金屬材料時(shí)，錨固長(zhǎng)度及錨固方法需試驗(yàn)論證確定。

5 設(shè)計(jì)實(shí)例

本工程地上為多棟18層主樓及5層商業(yè)配套，地下為整體相連的兩層地下車庫(kù)，主樓采用預(yù)應(yīng)力管樁抗壓，地下車庫(kù)采用天然地基帶柱帽筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性。地勘報(bào)告給出的巖土層參數(shù)情況如表2、表3所示。

場(chǎng)地內(nèi)⑤-2巖層起伏較大，巖層較淺處底板底直接落于巖層，最深處底板距巖層約17m。地庫(kù)筏板主要以③-1～③-3層粉質(zhì)黏土層為基礎(chǔ)持力層，地基承載力特征值fak≥160kPa。局部直接落在⑤-2巖層處超挖200mm，用碎石回填。根據(jù)⑤-2巖層的分布深度，結(jié)合主樓及周邊沉降后澆帶位置，地庫(kù)分片采用巖石錨桿和預(yù)應(yīng)力管樁兩種構(gòu)件抗拔。⑤-2層巖層距底板小于8m時(shí)，采用巖石錨桿?？紤]鋼結(jié)構(gòu)平均腐蝕速率約0.001～0.025mm/年且控制鋼筋拉應(yīng)力約200N/mm2，桿身采用3根直徑25mm的HRB400級(jí)鋼筋，錨桿直徑為200mm，灌漿料采用M30水泥砂漿，要求采用干鉆孔成孔且進(jìn)入⑤-2巖層長(zhǎng)度不小于4m，錨桿總長(zhǎng)約4～12m。分別按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)、《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)、《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ))》(2009年版)估算⑤-2巖層內(nèi)4m長(zhǎng)錨桿承載力特征值最小約為261kN?；驹囼?yàn)錨桿取6根，試驗(yàn)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)附錄M執(zhí)行，試驗(yàn)結(jié)果顯示上拔力達(dá)到600kN時(shí)對(duì)應(yīng)的最大累計(jì)位移約16～24mm且位移穩(wěn)定,加到下一級(jí)荷載660kN時(shí)有4根錨桿顯示施加后無法保持穩(wěn)定，最終設(shè)計(jì)取單根錨桿抗拉極限值為600kN，特征值300kN對(duì)應(yīng)的累計(jì)位移約4～6.2mm。其中3根錨桿MG1～MG3試驗(yàn)荷載-位移曲線見圖1。

圖1 試驗(yàn)錨桿荷載-位移曲線

圖2 錨桿大樣

⑤-2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖巖石試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì) 表3

本工程抗浮最高水位取室外地面以下0.5m(相對(duì)標(biāo)高為-0.8m)，筏板厚500mm，柱帽厚1 000～1 200mm，底板板面相對(duì)標(biāo)高為-8.75m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。錨桿灌漿料為M30水泥砂漿，要求水灰比不大于0.5，氯離子含量不大于0.1%，堿含量不大于3kg/m3，設(shè)計(jì)參考C30混凝土要求漿體ftk不小于2.01MPa。錨桿長(zhǎng)度大于6m時(shí)加強(qiáng)錨桿上段范圍鋼筋表面防腐，參考《建筑鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 251—2011)要求采用厚度≥280μm環(huán)氧涂層防腐，錨桿大樣詳見圖2。

錨桿鋼筋在底板內(nèi)采用部分錨固板錨固。按鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 256—2011)要求，采用部分錨固板錨固時(shí)鋼筋錨固長(zhǎng)度可取為0.4lab(lab為受拉鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度)，錨固板承壓面積不應(yīng)小于錨固鋼筋公稱面積的4.5倍，錨固板厚度不應(yīng)小于鋼筋直徑。本設(shè)計(jì)取錨固板直徑54mm、厚度25mm。按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)中式(6.5.1-1)進(jìn)行錨固板對(duì)底板沖切承載力驗(yàn)算，結(jié)果滿足要求。

錨桿埋深較淺而抗拔力較高時(shí)，可能發(fā)生穩(wěn)定破壞。國(guó)內(nèi)外研究大多假定破壞時(shí)的巖土體從錨桿底部起破裂面呈圓錐體形狀。本工程錨桿錨固段巖層內(nèi)摩擦角為44°，黏聚力1MPa，僅破裂面上粘結(jié)力就達(dá)到Rc=5 710kN，采用圖3簡(jiǎn)化驗(yàn)算單根錨桿局部抗浮穩(wěn)定，滿足Ww+Rc+Gk≥Kwσck-σpc≤ftkFw的要求。其中Ww為破裂體巖土浮容重；Rc為底部破裂面巖體抗拉強(qiáng)度；Gk為單根錨桿承載計(jì)算面積內(nèi)建筑物自重；Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)一般取1.05；Fw為單根錨桿抗浮面積水浮力。

圖3 錨桿局部抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算示意圖

錨桿均勻布置在柱帽之間的筏板下，遠(yuǎn)離柱處錨桿間距稍密，基床系數(shù)根據(jù)沉降試算結(jié)果，調(diào)整后取10 000kN/m3。根據(jù)基本試驗(yàn)結(jié)果加載到特征值時(shí)對(duì)應(yīng)的累計(jì)上拔量，且考慮實(shí)際工程中錨桿塑性變形(土錨時(shí)，尚應(yīng)考慮蠕變效應(yīng))，錨桿抗拔剛度取為35 000kN/m，采用JCCAD有限元計(jì)算，得出錨桿反力如圖4所示，滿足在1.0恒荷載-1.0浮荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下錨桿拉力不大于300kN的要求。

圖4 錨桿平面布置及抗拔反力/kN

需要說明的是本工程是在《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476—2019)開始實(shí)施前設(shè)計(jì)、施工，目前已竣工使用。《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476—2019)提高了錨桿耐久性設(shè)計(jì)要求，規(guī)定抗浮等級(jí)為甲級(jí)的工程，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下錨固漿體中不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力；抗浮等級(jí)為乙級(jí)的工程，按裂縫控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下錨固漿體中拉應(yīng)力不應(yīng)大于錨固漿體軸心受拉強(qiáng)度，并應(yīng)滿足σck-σpc≤ftk要求(其中σck為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下正截面法向應(yīng)力，σpc為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后錨固漿體有效預(yù)壓應(yīng)力，ftk為混凝土、砂漿體軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值)；抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的工程，按允許出現(xiàn)裂縫進(jìn)行設(shè)計(jì)，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下錨固漿體中最大裂縫寬度應(yīng)滿足wmax≤wlim要求(其中wmax為按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)計(jì)算得到的最大裂縫寬度，wlim為最大裂縫寬度限值)。

6 結(jié)語

錨桿用于建筑結(jié)構(gòu)抗浮時(shí)，現(xiàn)有的錨桿規(guī)范(規(guī)程)要求不全面、不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)時(shí)注意如下四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1)錨桿的有效錨固長(zhǎng)度有限，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)合理。承載力取值應(yīng)通過基本試驗(yàn)確定。試驗(yàn)錨桿的鉆孔、灌漿施工工藝、防腐措施等應(yīng)按擬設(shè)計(jì)的工程錨桿同條件執(zhí)行?？垢″^桿基本試驗(yàn)加載方式宜選用多循環(huán)加卸載法，分級(jí)加載穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)及最終破壞標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下根據(jù)工程設(shè)計(jì)目標(biāo)制定；2)錨桿應(yīng)布置合理，控制其不利位置的最大拔力和抗浮穩(wěn)定性；3)重視耐久性設(shè)計(jì)，鋼筋直徑留有腐蝕裕量，落實(shí)桿體防腐措施，設(shè)計(jì)應(yīng)明確灌漿料水灰比、各腐蝕離子的含量限值要求，采取措施提高灌漿料的抗拉強(qiáng)度并提出具體數(shù)值要求；4)應(yīng)注意錨固節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，錨固長(zhǎng)度和方法應(yīng)滿足現(xiàn)有的規(guī)范(規(guī)程)的要求。采用新材料新技術(shù)時(shí)，需進(jìn)行試驗(yàn)論證后實(shí)施。