囊式擴體錨桿與普通錨桿比較與分析

引言
　　隨著中國城鎮化建設的快速發展和城市建設用地的日益稀缺，近年來，地下空間建設正在向更深、更大的方向發展。大量的巨型地下交通樞紐、港口船閘、多層地下商城、地下倉庫和車庫、地下水庫和地下人防工程在大中型城市中不斷涌現。伴隨而來的深大基坑支護工程和地下空間抗浮工程正面臨新的挑戰，同時也為巖土錨固技術發展帶來了新的機遇。傳統的錨桿技術曾經是解決這些問題的重要措施，其錨固力主要是通過錨固段與土體摩阻力提供，錨固力的發展是從上部向下部逐漸發展的。研究表明，錨固段長度超過一定長度后，其錨固力增加到一定程度，上部錨固段易超過摩阻力極限至剪切破壞或滑脫，從而將剩下的錨固力轉移到下一段的錨固段中，但總的錨固力無法增長。這種傳統型拉力錨桿，容易產生蠕變，變形較大，且水泥結石體容易開裂，使筋材銹蝕。
　　為了提高土層錨桿的承載能力、安全度和耐久性，應對地質條件的復雜性和工程需求的多樣性，自20世紀70年代，出現了以機械擴孔、爆破擴孔和水力擴孔為技術基礎的各類擴體錨桿技術。擴體型錨桿以其承載力高、變形量小、經濟高效等優點，逐漸成為國內外工程界廣泛關注的錨桿類型之一。
　　1 錨桿錨固原理
　　囊式擴體錨桿的基本結構是由無粘結線材構成的自由段和帶有囊式膨脹擠護體的端承錨固段組成，其各組成部分見圖1。
　　在將裝配式擴體錨索置人鉆孔中的預設位置后，通過預設的分離式注漿管，向裝配式擠擴體內注人一定配比的水泥槳液；隨著漿體的注人，鉆孔內的囊式膨脹擠擴體逐漸向預設的形狀膨脹，同時，囊體周圍土體和漿液逐漸被壓密；伴隨膨脹壓力的提高，土體擠密區范圍不斷擴大，最終預估擠密區的影響范圍可以達到囊體膨脹后直徑的兩倍范圍。在經過擠密后，根據土體的密度-有效應力-抗剪強度的對應原則，囊體周圍土體的強度提高，從而在膨脹水泥漿擠擴體的端承效應下，大大提高單根錨桿的極限承載力。傳統錨桿依靠錨固段與周圍土體的粘結力和摩擦效應來傳遞荷載，所以錨固力的大小取決于有效錨固段的長度，是拉力型錨桿；而承壓型囊式擴體錨桿主要依靠膨脹擠擴體的端壓作用承載，錨固力的大小主要取決于膨脹擠擴體的端頭面積，所以膨脹擠護體的長度只需滿足能夠對土體有效擠密的要求即可，錨固段的長度可以縮短，是壓力型錨桿。
　　2 經濟性分析
　　本文以南京某項目C北地塊待建建筑為例，分析普通錨桿和囊式擴體錨桿在工程應用方面的經濟性。
　　2.1 工程概況
　　該項目C地塊主要建筑為4棟高層及1棟多層，均設有地下室，場地北部約42m范圍為一層地下室，場地南部為二層地下室，多層及無上部建筑的地下室部分因上部荷載小于地下水浮力，需做抗浮設計處理。
　　場地、地形：工程場區地形自然標高約在37.66～54.29m左右。地下水情況：場地地下水常年最高設計水位為地表下0.5m，年變化幅度為1m。
　　根據地勘報告知道土層分布分別為①1層雜填土、①2層素填土、③2層粉質粘土、③3層黏土、④層含卵礫石粉質黏土、⑤1層全風化凝灰質安山巖、⑤2A層強風化凝灰質安山巖、⑤3A層中風化凝灰質安山巖（破碎），該場地比較適合采用錨桿進行抗浮，下面就普通錨桿和囊式擴體錨桿進行比選，其余灌注樁類由于經濟性較差，不在討論范圍內。
　　2.2 承載力計算及經濟性分析
　　根據場地的地層情況，分別計算普通錨桿、囊式擴體錨桿的每10KN承載力，并進行經濟性對比。
　　由于場地北側持力層較淺，南側持力層較深，本分析報告以場地中部的FK62勘探孔的地層為參考依據，該勘探孔位置為二層地下室，根據建筑師提供的建筑圖紙，地下室頂板標高為-11.15m， 板厚為500mm，則底板底標高為-11.65m，相當于絕對標高33.35m。
　　按囊式擴體錨桿持力層入5-3A層或5-3層考慮，則錨桿長可選擇為9m，按此樁長分別計算普通錨桿、囊式擴體錨桿的單樁承載力，進而分析其造價。
　　兩種錨桿承載力計算結果與經濟性分析見表1，2（由于篇幅所限承載力計算過程略）
　　（表2單價按建設方成本部提供）
　　3.綜上述實例分析，囊式擴體錨桿較普通錨桿相比，造價能節省10%以上，由于本工程場地對普通錨桿來說幾乎沒有自由段，而如果場地條件沒有這么理想時，普通錨桿的自由段長度將會更長，價格優勢還會擴大。囊式擴體錨桿相較于普通錨桿在技術性、高效性、耐久性、性價比上、環保性具有巨大優勢。