不同規范中抗浮錨桿計算方法對比分析

羅益斌 陳繼彬 王媛媛 沈攀 魏建貴

[摘? 要]：目前抗浮錨桿設計規范較多，由于各規范采用設計理論不同，計算結果相差較大，未形成共識，給工程設計帶來了極大不便。文章對比6部現行規范中關于抗浮錨桿的設計計算理論和方法，得出不同規范關于抗浮錨桿設計的異同，并驗證采用JGJ 476-2019《建筑工程抗浮技術標準》設計經濟合理、安全可靠。進一步結合工程實際驗證采用，為設計采用規范對工程抗浮設計提供借鑒。

[關鍵詞]：抗浮錨桿; 計算方法; 錨固長度; 設計理論

TU 46A

錨桿是一種埋入巖土體的受拉桿件，承受由土壓力、水壓力或其他荷載所產生的拉力。錨桿用于抵抗地下水浮力時，通常稱之為抗浮描桿，其錨固機理是通過與錨側巖土層的摩阻力來提供抗拔力。抗浮錨桿適應性較好，單向受力，布置靈活。

目前行業中有關錨桿的規范較多，主要包括CCECS22：2005《巖土錨桿（索）技術規程》[1]、GB 50086-2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》[2]、GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》[3]、YB/T 4659-2018《抗浮錨桿技術規程》[4]、DBJ51T102-2018《四川省建筑地下結構抗浮錨桿技術標準》[5]、JGJ476-2019《建筑工程抗浮技術標準》[6]。且各規范設計理論方法區別較大，設計時如何選取至關重要。學者在現場試驗、理論分析和數值模擬等手段展開過系列的對比分析，對比分析了適用重慶地區[7]、濱海地區[8]等地的不同規范關于錨桿驗收試驗的相關規定，歸納總結錨桿抗拔承載力的計算方法以及安全系數的取值;并對壓力分散型錨桿[9]、玻璃纖維增強聚合物錨桿[10]、全長黏結GFRP錨桿[11]等新型抗浮錨桿的蠕變特性和承載能力進行了研究。但是目前抗浮錨桿設計規范較多，由于各規范采用設計理論不同，計算結果相差較大，未形成共識。

本文對比6部現行規范中關于抗浮錨桿的設計計算理論和方法，得出不同規范關于抗浮錨桿設計的異同;進一步結合工程實際驗證采用，為設計采用規范對工程抗浮設計提供借鑒。

1 錨桿設計理論

目前設計方法主要為定值法和概率法，在工程設計中，認為基本變量具有隨機性，以失效概率來度量結構可靠性的方法稱為概率設計法。與之相反，認為基本變量是確定的，采用以經驗為主的安全系數來保證結構可靠性的方法為定值設計法。巖土工程的傳統設計方法，是建立在經驗基礎上的定值法，隨著設計理論和設計方法的進步，有逐步轉向以概率為基礎的極限狀態法的趨勢，但由于目前不夠成熟，各規范兩種設計方法均有采用?，F對抗浮錨桿設計涉及的各規范采用設計方法進行統計如表1所示。

CCECS22：2005《巖土錨桿（索）技術規程》[1]配筋驗算采用定值法中的單一安全系數法，錨固長度驗算采用定值法中的單一安全系數法，針對于永久性抗浮錨桿根據安全等級不同安全系數分別為2.2、2.0、2.0。但兩者作用效應均采用安全系數的同時增加了分項系數，由標準值轉換為設計值，是把安全系數與分項系數混合使用，設計概念比較混亂。

GB 50086-2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》[2]配筋驗算采用的是概率法中分項系數法，錨固長度驗算采用定值法中的單一安全系數法。但是作用效應采用安全系數的同時增加了分項系數，由標準值轉換為設計值，是把安全系數與分項系數混合使用，設計概念比較混亂。

GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》[3]配筋驗算采用定值法中的單一安全系數法，但是材料抗力采用設計值，安全系數只負責荷載的不確定性，材料抗力采用分項系數由標準值轉換為設計值，可以看做為介于定值設計法與概率設計法之間的半概率設計法，材料抗力采用分項系數由標準值轉換為設計值相當于增大了安全系數。錨固長度驗算采用定值法中的單一安全系數法。

YB/T 4659-2018《抗浮錨桿技術規程》[4]配筋驗算采用的是概率法中分項系數法，錨固長度驗算采用定值法中的單一安全系數法。

DBJ51T102-2018《四川省建筑地下結構抗浮錨桿技術標準》[5]、JGJ 476-2019《建筑工程抗浮技術標準》[6]相同，設計理論一致，僅安全系數取值不同。

2 設計理論分析

概率法是基于可靠度理論，是將荷載與抗力都當成隨機變量，那么失效或破壞也就是隨機事件，將荷載與抗力的不確定性分別考慮的，影響結構安全性的有關參數，如荷載、材料強度、幾何尺寸、計算精度等都采用隨機變量或隨機過程的概率模型來作精確的概率分析，直接采用結構的失效概率來度量結構的安全性。

定值法中的單一安全系數法，他是將工程中涉及的一切不確定性因素，都放入到唯一的安全系數之中，安全系數的取值往往是根據以往的工程經驗。不確定性包括作用（荷載）的參數、材料的性質、計算的精度、施工的精確性與可靠性，同時還包括了政治、經濟、環境和社會的各種條件與要求?？梢哉f安全系數是個筐，一切不確定性因素都往里裝。因而就無需再引入其他系數了，例如重要性系數、工作條件系數、折減系數等[12]。

當基本變量的變異性小、計算模型準確，概率設計和定值設計的結果可達到統一;當基本變量變異性大、計算模型不準確，2種方法很難統一。一般認為對于材料性能穩定、變異性小、計算模型準確、統計資料齊全的結構設計采用概率設計;對于材料性能變異較大、計算模型不準確、缺乏統計資料的巖土類設計采用定值法設計?！督ㄖこ炭煽啃栽O計統一標準》規定“建筑結構設計宜采用以概率理論為基礎，以分項系數表達的極限狀態設計方法;當缺乏統計資料時，建筑結構設計可根據可靠的工程經驗或必要的試驗研究進行，也可采用容許應力或單一安全系數等經驗方法進行”。

所以在巖土工程，凡與巖與土有關的設計，一般均用安全系數法;而只涉及到鋼材、混凝土與砂漿等材料時則采用概率法。因此錨桿錨固長度驗算巖土設計普遍認為采用定值法設計較為合理，這一點巖土工程師已形成共識。但是針對錨桿配筋驗算則有不同理解。主要分歧是部分工程師認為配筋驗算，主要涉及鋼材、混凝土與砂漿等材料，此類材料性能穩定、變異性小、計算模型準確、統計資料齊全應采用概率設計，但是往往忽略了抗浮錨桿與巖土界面的影響，同時施工過程錨桿一般直徑較小，施工的精確性與可靠性很難保證，施工過程中無法避免的垮孔、縮頸、漏漿、注漿不到位等施工缺陷，均嚴重影響錨桿配筋的的發揮和耐久性。因此采用定值法設計抗浮錨桿更為合理，采用安全系數法將工程中包含的一切不確定性因素，都放入安全系數之中。根據以往的經驗確定安全系數，保證工程安全運行。

3 不同規范對比

目前各規范采用設計理論不盡相同無法簡單的評價各規范經濟可靠性，上文分析錨桿設計建議采用單一安全系數法進行設計，因此對各規范設計方法轉換為單一安全系數（概率法及設計分項系數均均進行轉換合并，總稱為安全系數）進行對比。

由于錨桿錨固長度主要以錨固體與巖土層錨固長度控制，因此主要以配筋驗算和錨固體與巖土層錨固長度驗算對各規范進行對比。轉變后統計如表2所示。

此時各規范比較可簡單的看作為安全系數的比較，安全系數越低則經濟性越好，但能否滿足可靠性和耐久性要求則需要實際工程進行驗證。

4 工程案例

以成都某工程為例，該工程抗浮設計水位絕對高程為516.00 m。場地基底巖土主要為：

松散卵石（Q4al+pl）： 灰黃色、灰色，松散，飽和，卵石粒徑一般2～5 cm，含量50%～55%。卵石骨架間被砂、少量圓礫充填。該層呈層狀分布。N120超重型動力觸探修正擊數為2～4擊。

稍密卵石（Q4al+pl）：灰黃色、灰色，稍密，飽和，卵石粒徑2～8 cm，卵石含量55%～60%左右，卵石骨架間被砂、少量圓礫充填。該層呈層狀分布。N120超重型動力觸探修正擊數4～7擊。

中密卵石（Q4al+pl）：灰黃色、灰色，中密，飽和，卵石粒徑2～8 cm，卵石含量60%～65%，卵石骨架間被砂、少量圓礫充填。該層呈層狀分布。N120動力觸探修正擊數7～10擊。

密實卵石（Q4al+pl）：灰黃—黃褐色，密實，飽和，卵石粒徑一般4～10 cm，個別大于20 cm。以層狀分布，卵石含量約70%～80%，卵石骨架間被砂、少量圓礫充填。層位穩定，N120修正后的平均擊數為12.4擊。本次勘察未揭穿。

巖土層與錨固體的極限粘結強度標準值如表3所示。

本工程地下室底板下局部區域設抗浮錨桿，單根錨桿軸向拉力標準值為230 kN，基底以下場地為松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密實卵石，標準值綜合取值根據工程經驗及抗浮錨桿區域地層加權平均值為123.0 kPa。

分別按不同規范進行設計，結果統計見表4。

本工程按JGJ 476-2019《建筑工程抗浮技術標準》設計，實際配筋采用3根25 mm的HRB400螺紋鋼筋作為錨桿配筋，As=1 473 mm2，錨桿長度增加0.5 m的結構要求，實際施工按錨桿錨固長度不小于8.5 m，經檢測抗拔承載力大于設計軸向拉力標準值為230 kN。

5 結論

目前抗浮錨桿設計規范較多，由于各規范采用設計理論不同，計算結果相差較大，未形成共識，本文通過各規范對比及工程實際驗證采用《建筑工程抗浮技術標準》設計經濟合理、安全可靠，因此推薦采用JGJ476-2019《建筑工程抗浮技術標準》進行抗浮錨桿設計。

參考文獻

[1] 巖土錨桿（索）技術規程： CCECS22：2005[S].

[2] 巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范： GB50086-2015[S].

[3] 建筑邊坡工程技術規范： GB50330-2013[S].

[4] 抗浮錨桿技術規程： YB/T 4659-2018[S].

[5] 四川省建筑地下結構抗浮錨桿技術標準： DBJ51T102-2018[S].

[6] 建筑工程抗浮技術標準： JGJ476-2019[S].

[7] 林亮倫，杜清超等. 重慶地區不同規范中錨桿驗收試驗對比分析[J]. 重慶建筑.2018（7）：59-62.

[8] 賈金青，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（6）： 769-771.

[9] 張孟玫， 衡朝陽， 周智. 無粘結壓力分散型錨桿的鎖定荷載計算[J]. 建筑科學， 2020， 36（7）：26-32.

[10] 鄭晨， 白曉宇， 張明義，等. 玻璃纖維增強聚合物錨桿在地下結構抗浮工程中的研究進展[J].材料導報. 2020， 34（13）： 13194-13202.

[11] 白曉宇，張明義等. 全長黏結GFRP抗浮錨桿拉拔特性分析[J]. 中南大學學報：自然科學版.2019（8）：1991-2000.

[12] 李廣信.關于《建筑邊坡工程技術規范GB 50330—2013》的討論[J].巖土工程學報，2016，38（12）：2322-2326.