淺談錨桿抗浮

概述
　　 在地下水位較高區域，結構荷載不能抵抗地下水浮力時，地下構筑物的抗浮問題隨之而來。地下水浮力造成的破壞大致有兩類：一類是底板隆起，產生裂縫，造成底板破壞，形成滲水通道；另一類是地下構筑物整體浮起，導致梁柱節點開裂，同時底板破壞。
　　 本文以沿海某地區供水廠的清水池為例，對利用土拉錨進行抗浮的方式進行介紹，以期對類似的工程有較好的參考價值。
　　工程地質概況
　　 本工程區域為典型沿海軟土區，其地質特點是在埋深25.00m以上土層具有明顯的韻律沉積，不存在明顯的地層突變。地層分布較為簡單，地表為0.4～1.0m人工填土層，其下均為深厚淤泥質粘土層。地下水埋深較淺，靜止水位埋深一般0.50～1.50m，水位隨季節有所變化。一般年變幅在0.50～1.00m左右。抗浮設計水位按地表下0.50 m考慮。
　　抗浮設計
　　3.1主體結構設計
　　 本工程清水池采用全地下現澆鋼筋混凝土結構，池長60.9m，池寬44.9m，底板埋深6.35m，結構側墻厚0.45m，頂板埋深1.60m。
　　
　　 清水池平面布置圖
　　
　　 清水池剖面圖
　　3.2結構抗浮設計
　　 在未設置抗浮措施的情況下，計算結構主體的抗浮能力。抗浮計算一般通過計算抗浮安全系數方法來判別抗浮能力。
　　 抗浮安全系數K=W/F
　　 W―結構抗浮作用力，包括結構自重等；
　　 F―地下水浮力，本工程地下水按埋深0.5m考慮。
　　 其中W部分除結構自重外還包含底板飛邊上土重，土重應以浮容重計算，同時地面荷載不應考慮車荷載作用。結構抗浮安全系數參照規范要求應高于1.10.
　　 本工程計算抗浮系數為0.88，不滿足結構最小抗浮安全系數，需采取額外的抗浮措施。
　　3.2抗浮設計方案比選
　　 地下構筑物的抗浮一般采用壓重法、抗浮樁或抗浮錨桿來解決。壓重法是通過加大混凝土結構墻板或底板厚度，以及增加飛邊面積等方法平衡水浮力，但經濟上極不合理。抗浮樁多采用灌注樁或預制方樁。抗浮樁的缺點是造價高，同時抗浮樁與柱子連接，使抗浮樁間距較大，底板變厚才能抵抗浮力產生的彎矩和剪力。而抗浮錨桿的間距小，地下構筑物的底板可做的較薄，同時錨桿造價較低，大大降低工程造價。
　　 本次設計中通過對抗浮方案的經濟、工程結構本身以及施工工期等因素進行綜合考慮，確定采用土拉錨抗浮方案。
　　土拉錨結構設計
　　4.1錨桿孔布置
　　 根據清水池結構主體剩余上浮力，確定錨桿的孔數和長度。錨孔的布置原則是：既要防止錨孔間距過大而造成局部應力集中，也要避免錨固體過長，施工操作、控制困難；錨孔的布置也不能間距過小，否則造成群錨效應而引起的錨固力的損失。一般錨孔間距一般為1.5～3.0m。本設計中，根據剩余上浮力，錨桿體間距布置為2．0～2．5m。
　　 根據以上原則，本工程錨固體長度按摩擦型錨桿設計。初算土拉錨的錨固力，設計錨固體直徑為200mm，因不需要加設預應力，錨固體可采用三根22mm的螺紋鋼筋作為錨束材料。
　　4.2拉錨錨固力計算
　　 根據清水池結構的剩余抗浮力，對拉錨設計軸力進行計算，確定錨桿的孔數和長度，可參照《巖土地基設計規范》通過土層極限摩阻力計算拉錨承載力。
　　4.3整體抗浮計算
　　采用垂直土拉錨抗浮，水池的整體抗浮穩定性計算公式為：
　　Wd≤n?Nb+Gd
　　式中 Wd―浮力作用設計值（KN），浮力分項系數為1.05～1.10；
　　n―土拉錨總數；
　　Nd―單根拉錨抗拔承載力設計值（KN）；
　　Gd―結構自重設計值，自重分項系數為1.0
　　4.4錨固長度計算
　　本工程設計中，不考慮在錨桿上預加應力，豎向錨桿不考慮自由端，底板以下均按錨固計算，土拉錨的錨固長度可由下式計算確定：
　　
　　式中 Lm―土拉錨錨固段總長度（m）；
　　 Nt―錨桿設計軸向拉力（KN）；
　　 D―錨固體直徑（m）；
　　 Li―第i層錨固土層厚度（m）；
　　 fi―第i層土體與錨固體間的側摩阻力（kpa）；
　　 K―安全系數，按永久土拉錨考慮，K=2.0～2.5。
　　錨桿設計
　　 本工程共設96個錨固孔，孔徑為Φ200mm，間距為2m，等間距布置。錨桿長度均為20m。
　　 成錨采用水力擴孔二次注漿工藝，第一次采用常壓向孔內注射水泥砂漿，達到初凝時，進行二次灌漿。第二次采用高壓劈裂注漿，注漿體設計強度為25MPa。
　　 錨束材料采用螺紋鋼筋，按錨桿承載力極限狀態設計，受拉鋼筋截面面積按下式計算：
　　 As=1.3?Nb/fy
　　As―單錨錨桿鋼筋截面面積（mm2）；
　　Nb―單錨抗拔承載力設計值（KN）；
　　fy―鋼筋抗拉強度設計值（N/mm2）。
　　 根據計算，每根錨桿可按3根Φ20鋼筋進行布置，并伸入結構底板不小于600mm。
　　 此外，錨固體鋼箍采用Φ6螺旋筋，間距200mm；沿錨桿體軸心線方向，隔2m設置對中定位器一個，采用Φ65mm鋼管。
　　錨桿材料
　　 錨桿材料選用II級鋼筋，鋼筋連接須用焊接或機械連接街頭，不采用搭接方式。注漿材料選用42.5號普通硅酸鹽水泥，第一次采用常壓注水泥砂漿，第二次采用高壓灌漿，水灰比現場通過工藝試驗確定。
　　結語
　　 土拉錨在海港工程及邊坡治理加固工程中應用較多，本工程嘗試在軟土層中將其作為抗浮措施。在濱海地下水埋深較淺區域，往往地基承載力滿足要求，而抗浮不能滿足設計要求，采用土拉錨作為抗浮措施，既可滿足安全需要，施工也方便、造價相對低廉。當然，由于規范尚未對該拉錨抗浮法做明確規定，且由于土的力學性能、參數離散性較大，施工時還是應進行現場錨桿基本試驗來確定設計基本參數。
　　參考文獻：
　　[1] 謝春華 土層錨桿簡介 [J] 中外公路 2002.6.
　　[2] 中國巖土錨固工程協會. 巖土錨固工程技術[M].北京：人民交通出版社，1998.
　　[3] CECS22：90，土層錨桿設計與施工規范[S].