抗浮錨桿計算方法比較分析

灌 千 元

(成都四海巖土工程有限公司，四川 成都 610041)

抗浮錨桿計算方法比較分析

灌 千 元

(成都四海巖土工程有限公司，四川 成都 610041)

結合目前尚無抗浮錨桿專門的設計規范狀況，介紹了常用的抗浮錨桿設計方法，并通過兩個工程實例，對不同抗浮錨桿設計方法進行了計算，結果表明，錨桿規范計算出的鋼筋量最大，錨固長度最長；地基規范計算出的鋼筋量最少，錨固長度最短；邊坡規范計算出的鋼筋量和錨固長度處在中間水平。

抗浮錨桿，配筋量，錨固長度，粘結強度

目前，為了充分利用地下空間，絕大部分建筑都設置有地下室，由于上部結構自重較小或地下水位過高，建筑物的自重不足以抵抗地下水產生的浮力，必須采取相應的抗浮措施[1-3]。

目前常用的抗浮措施有：壓重抗浮，即采用結構自重、上部覆土重量抵抗地下水的浮力；疏導地下水抗浮，即設置暗溝，將地下水疏導至指定標高而達到抗浮效果；抗拔樁抗浮、抗浮錨桿抗浮等。由于抗浮錨桿施工簡單，施工周期短，效果明顯，是最為常見的抗浮手段，特別在成都地區尤為常見。

目前尚沒有專門針對抗浮錨桿的國家規范、行業標準或地方標準，只有部分規范中有關于錨桿或者巖石錨桿的章節供設計參考[4]。在實際設計過程中，由于設計思路及所依據的規范不同，所設計的結果也有所不同。本文將采用常見的錨桿設計規范進行設計，并對比分析，以期能得到些許有用建議。

1 常見抗浮錨桿設計方法

1.1 CECS 22:2005巖土錨桿(索)技術規程

對于桿體截面面積，CECS 22:2005巖土錨桿(索)技術規程[5]第7.4.1規定，錨桿桿體的截面面積計算應按下式確定：

其中，Kt為錨桿桿體的抗拉安全系數，取值參見第7.3.2條；Nt為錨桿的軸向拉力設計值，kN；fyk為錨桿的抗拉強度標準值，kPa。

對于錨固段長度，CECS：22:2005巖土錨桿(索)技術規程第7.5.1條綜合考慮錨固段注漿體與地層間的粘結強度以及筋材與錨固段注漿體的粘結強度來計算錨固長度，取二者的大值，具體如下：

其中,K為錨桿錨固體的抗拔安全系數，取值參見第7.3.1條；la為錨桿錨固段長度，m；fmg為錨桿錨固段注漿體與地層間的粘結強度標準值,kPa；通過試驗確定，無試驗資料時，可按照相關經驗取值；fms為錨桿錨固段注漿體與錨桿筋材間的粘結強度標準值,kPa，通過試驗確定，無試驗資料時，可按照相關經驗取值；D為錨桿錨固段的鉆孔直徑，m；d為錨桿筋體直徑，m；ξ為界面粘結強度降低系數，當采用兩根及以上的筋體時，取值為0.6～0.85；φ為錨固長度對粘結強度的影響系數；n為錨固筋體的根數。

上述參數取值具體參見本規范相關表格。同時，本規程規定：對于自由段長度，應穿過潛在滑裂面不少于1.5 m，不應小于5.0 m，且能保證錨桿與錨固結構體系的整體穩定性。

1.2 GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范

抗浮錨桿的截面面積可根據GB 50010—2010混凝土結構設計規范[6]第6.2.22條，按照軸心受拉構件計算，可得：

其中，N為軸向拉力設計值；fy為錨桿筋體抗拉強度設計值。

對于錨固長度，第8.6.3條規定[7]：對于設計等級為甲級的建筑物，單根錨桿抗拔承載力特征值Rt應通過現場試驗確定，其他等級的建筑物，應符合下式規定：

Rt≤0.8πd1lf。

其中，Rt為錨桿抗拔承載力特征值，kN；f為砂漿與巖石間的粘結強度特征值，kPa，由試驗確定，當缺乏資料時，可按表6.8.6取用；d1為錨固體的直徑，m；l為錨桿的有效錨固長度，m。

錨孔直徑，宜取錨桿筋體直徑的3倍，但不應超過錨桿筋體直徑+50mm，其具體構造要求可按本規范采用。錨桿筋體插入上部結構的長度，即相當于錨桿自由段的長度，應符合鋼筋的錨固長度要求。

1.3GB50330—2013建筑邊坡工程技術規范

對于桿體截面面積，《邊坡規范》[8]第8.2.2規定，錨桿鋼筋截面面積計算應按下式確定：

其中，Kb為錨桿桿體的抗拉安全系數，取值參見表8.2.2；Nak為相應于作用的標準組合時，錨桿所受軸向拉力,kN；fy為錨桿的抗拉強度標準值，kPa。

對于錨固段長度，《邊坡規范》第8.2.3條和第8.2.4條規定綜合考慮錨固段注漿體與地層間的粘結強度以及筋材與錨固段注漿體的粘結強度來計算錨固長度，取二者的大值，同時應符合第8.4.1條：土層錨桿的錨固段長度不應小于4.0m并不宜大于10.0m，巖石錨桿的錨固段長度不應小于3.0m，且不宜大于45D和6.5m的規定，具體如下：

其中，K為錨桿錨固體的抗拔安全系數，按表8.2.3-1取值；la為錨桿錨固段長度或錨桿鋼筋與砂漿間的錨固長度，m；frbk為巖土層與錨固體極限粘結強度標準值，kPa，通過試驗確定，無試驗資料時，按表8.2.3-2和表8.2.3-3取值；fb為鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度標準值，kPa，通過試驗確定，無試驗資料時，按表8.2.3-4取值；D為錨桿錨固段的鉆孔直徑，m；d為錨桿筋體直徑，m；n為錨固筋體的根數。對于自由段長度，錨桿自由段長度應為外錨頭到潛在滑裂面的長度；預應力錨桿自由段長度應不小于5.0m，且應超過潛在滑裂面1.5m。

2 抗浮錨桿計算實例

本文將采用上述的三種計算方法進行抗浮設計，通過兩個實際工程項目，以比較其不同之處。

2.1 項目一

2.1.1CECS22：2005巖土錨桿(索)技術規程

抗浮錨桿的截面面積為：

取fyk=500MPa，Kt=1.6，Nt=463kN，則有：As=1 481.6mm2。

因此選用4φ22(Ⅳ級鋼筋)，As=1 519.76mm2≥1 481.6mm2。

抗浮錨桿的錨固長度為：

取fmg=205kPa，fms=2 400kPa，K=2.0，Nt=463kN，ξ=0.6，D=0.15m，φ=1.15，n=4，d=0.022m,則有：la1=8.34m，la2=2.02m，故抗浮錨桿的錨固長度為8.34m，取為8.5m。

2.1.2GB50007—2011建筑地基基礎設計規范

根據GB 50010—2010混凝土結構設計規范第6.2.22條可得，抗浮錨桿的截面面積為：

取fy=435MPa，Nak=356kN，則有：As=818.53mm2。

因此選用2φ25(Ⅳ級鋼筋)，As=982mm2≥818.53mm2。

取f=0.5MPa，d1=0.15m，Rt=356.06kN，則有：l=1.89m。

2.1.3GB50330—2013建筑邊坡工程技術規范

抗浮錨桿截面面積為：

取fy=500MPa，Kb=2.0，Nak=356kN，則有：As=1 424.24mm2。

因此選用3φ25(Ⅳ級鋼筋)，As=1 473mm2≥1 424.24mm2。

抗浮錨桿的錨固長度為：

按照抗浮錨桿體與地層的粘結強度計算，則有：

取frbk=500kPa，K=2.4，Nak=356kN，D=0.15m，則有：la=3.629m。

按照抗浮錨桿體與錨固砂漿(M30)的粘結強度計算，則有：

取fb=2.4MPa(鋼筋3根成束時，粘結強度應該乘以折減系數0.7)，K=2.4，Nak=356kN，n=3，d=0.025m，則有：la=2.160m。

綜上所述，抗浮錨桿的錨固長度取為la=3.629m。

2.2 項目二

擬建工程位于成都市金牛區，擬建工程由7棟高層及別墅、純地下室組成，設1層～2層地下室。擬建物擬采用筏板基礎，多層擬建物及純地下室擬采用獨立基礎。

2.2.1 錨索規程計算結果

根據《錨索規程》計算可得，錨桿截面面積As=1 008 mm2，因此選用2φ22+1φ20(Ⅳ級鋼筋)，As=1 074 mm2≥1 008 mm2。

根據各地層加權平均計算，取極限粘結強度標準值為167 kPa，按錨固段注漿體與地層的粘結力計算可得，錨固長度為6.41 m；按錨固段注漿體與筋體粘結力計算可得，錨固長度為1.689 m。綜上所述，可取錨桿的錨固長度為6.5 m。

2.2.2 建筑地基規范計算結果

根據《地基規范》計算可得，錨桿截面面積As=551 mm2，因此選用1φ20+1φ18(Ⅳ級鋼筋)，As=568.7 mm2≥551 mm2，錨桿的錨固長度為1.27 m。

2.2.3 建筑邊坡規范計算結果

根據《邊坡規范》計算可得，錨桿截面面積As=960 mm2，因此選用2φ20+1φ18(Ⅳ級鋼筋)，As=1 014.7 mm2≥960 mm2。

按錨固段注漿體與地層的粘結力計算可得，錨固長度為2.445 m；按錨固段注漿體與筋體粘結力計算可得，錨固長度為1.158 m。綜上所述，可取錨桿的錨固長度為2.5 m。

3 計算結果比較分析

3.1 計算結果比較

將上述的實際工程案例計算結果整理如表1所示。

表1 工程1抗浮錨桿計算對比分析

表2 工程2抗浮錨桿計算對比分析

從表1和表2可以看出，對于抗浮錨桿的截面面積，錨桿(索)規程計算得出的結果最大，邊坡規范次之，地基規范最小，其中，錨桿(索)規程和邊坡規范得出的截面面積大小差別不大；對于錨固長度，錨桿(索)規程計算得出的結果最大，邊坡規范次之，地基規范最小。根據錨桿的軸向拉力設計值，在相同條件下計算得出的實際配筋最大，錨固長度也最大。

3.2 計算結果分析

從上述工程實例可以看出，對于同一工程，采用三種不同的規范計算出的抗浮錨桿截面面積和錨固長度不同，其原因如下：

1)計算截面面積時，錨桿規程采用的是設計值，而其余規范采用的是標準值，且安全系數均相同，故錨桿規程計算得出的錨桿截面面積更大，偏于安全；而混規的計算式中未包含安全系數，故計算出來的錨桿截面面積最小。2)計算錨固長度時，錨桿規程采用按錨固段注漿體與地層的粘結力計算和按錨固段注漿體與筋體粘結力計算，取二者的最大值。地基基礎規范采用錨固體與地層的粘結力計算，未考慮錨固段漿體與錨桿筋體之間的粘結強度，且公式的結構形式也不一致。

4 結語

基于目前尚且沒有專門的抗浮錨桿設計規范，本文通過總結常用的抗浮錨桿計算方法并結合實際工程實例，得出如下結論：1)錨索規程計算得出的錨桿截面面積最大，錨固長度最長，偏于安全。2)實際設計時，應根據不同的項目采用相應的設計規范。

[1] 付文光，張俊峰.抗浮錨桿技術在國內應用情況調查及特點分析[J].巖土錨固工程，2013(4)：33-39.

[2] 賈金陽，宋二祥.濱海大型地下工程抗浮錨桿的設計與試驗研究[J].巖土工程學報，2002，24(6)：769-771.

[3] 帥海樂，詹黔花，龍 舉.抗浮錨桿的設計、施工及試驗[J].施工技術，2015，12(S44)：28-32.

[4] 付文光，柳建國，楊志銀.抗浮錨桿及錨桿抗浮體系穩定性驗算公式[J].巖土工程學報，2014，36(11)：1971-1982.

[5] CECS 22：2005，巖土錨桿(索)技術規程[S].

[6] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[7] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[8] GB 50030—2013，建筑邊坡工程技術規范[S].

The calculation method of anti-floating anchor

Guan Qianyuan

(ChengduSihaiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Chengdu610041,China)

Combining with the lack of design regulation for the anti-floating anchor, the paper introduces the common design methods for the anti-floating anchor, calculates various design methods for the anti-floating anchor in two projects, and proves by the result that the regular calculation of the anchor has the biggest reinforcement volume and longest anchor length, while the calculation of the foundation regulation has the least reinforcement volume and shortest anchor length, and indicates the reinforcement volume and anchor length of calculation for the slope is in the middle.

anti-floating anchor, reinforcement volume, anchor length, bonding strength

1009-6825(2017)01-0113-03

2016-10-29

灌千元(1987- )，男，助理工程師

TG333.17

A