精軋螺紋鋼作為壓力型錨桿在抗浮中的應用

凌 飛

(四川志德巖土工程有限責任公司,四川 成都 610000)

1 概述

隨著成都市建設規程的發展，在有限的土地資源情況下，地下空間的開發成為了重點的研究對象，但對于地下空間開發的安全性和經濟性也提出了更高的要求。隨著地下空間的擴大，地下室承受的水浮力也相應的越來越大，在保證抗浮質量的前提下如何節約材料成為了一個研究方向。

常用的抗浮方式有卸壓減排、增加配重、抗浮樁和抗浮錨桿等措施。卸壓減排后期運營成本較高，且對地下室外墻防水有一定影響，增加配重的抗浮效果有限。相較于抗浮樁，抗浮錨桿的工程量更小，所對應的抗水板厚度更小。在成都、廣州和深圳的中風化巖層中，許多工程[1-4]采用了精軋螺紋鋼作為抗浮錨桿桿體，取得了不錯的效果，較大限度的發揮了精軋螺紋鋼屈服強度高、材料用量少、錨孔進尺少的特點。

2 工程概況

2.1 項目概況

該項目位于成都市以北二環路附近，本工程占地面積約26 500 m2，地上5層商業體和55層辦公樓，地下4層地下室，基坑平均開挖深度18 m。場地的正負零為505.60 m，抗浮地下水位的標高為503.65 m，考慮抗浮力安全系數和扣除商業體自重后，根據地面結構分布區域不同，單位面積需要提供的抗浮力約99.0 kPa～165.0 kPa。

2.2 地質條件概況

⑤-1稍密卵石:灰黃色～黃褐色，稍密，飽和，卵石粒徑一般3 cm～6 cm，個別約7 cm，呈亞圓形。含55%～60%的卵石，充填中砂、礫石和少量黏性土。

⑤-2中密卵石:褐黃色～黃色，中密，飽和，卵石粒徑一般4 cm～8 cm，個別大于10 cm，呈亞圓形。含60%～70%的卵石，充填中砂、礫石和少量黏性土，含個別漂石。

⑤-3密實卵石:黃～黃褐色，密實，飽和，卵石粒徑一般4 cm～8 cm，個別大于20 cm，呈亞圓形。卵石含量(質量分數)大于75%，充填中砂、礫石和少量黏性土，含較多漂石。

3)白堊系上統灌口組泥巖(K2g)。

⑥-1強風化泥巖：紫紅～暗紅色，主要礦物成分為黏土礦物，泥質結構，中厚層狀構造。風化裂隙發育，結構面不清晰，巖芯極破碎，呈土夾碎塊狀，手捏易碎，干鉆可鉆進，局部含少量斑點狀、條帶狀石膏。巖石為極軟巖，巖體基本質量等級Ⅴ級。

⑥-2中風化泥巖：紫紅色，主要礦物成分為黏土礦物，泥質膠結，泥質結構，薄層～中厚層狀構造；原生層面構造裂隙較為發育，結構面較清晰，巖芯較完整，局部較差，呈短柱狀、薄片狀、少量碎塊狀，巖石RQD值為70%～90%；巖質軟，浸水或日曬易軟化和崩解。為極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

基坑底部位于⑤-2中密卵石,因場地內地層變化較大，選取了抗浮力較大，且地質情況相對較差的區域作為抗浮錨桿基本試驗區域，抗浮錨桿所錨固的地層參數如表1所示。

表1 抗浮錨桿所處地層土體參數

2.3 水文條件概況

1)地表水。場地內無常年性地表水，受季節性降雨影響較大，以大氣降水補給為主，以地表徑流匯集，可以形成瞬時洪流，以蒸發形式或向低洼地排泄。

2)地下水。場地地下水類型為填土中的上層滯水和砂卵石層中的孔隙潛水。上層滯水賦存于淺部填土，其含水量較小且不穩定，受大氣降水及地表水的直接補給，向坡面及垂直向下排泄。富水性弱，透水性弱，為相對隔水層。孔隙潛水是本場地主要的地下水類型，其水位埋藏較淺，水量豐富，對本工程基礎設計和施工影響較大。第四系孔隙潛水略具承壓性。場地地下水總流向自西北向東南，補給源主要是岷江水系及大氣降水。

3 抗浮錨桿選型

本項目占地面積達到26 500 m2，因為地下室深度較大且大部分區域結構提供的抗浮力有限，導致抗浮錨桿需要提供較大的抗浮力，抗浮錨桿的選型直接影響到工程質量、工程量和工期，在基本試驗前選取兩種抗浮錨桿，對錨桿桿體鋼筋抗拉強度分別進行計算復核。

3.1 普通鋼筋拉力型抗浮錨桿

基本試驗所選區域，需要提供的抗浮力165.0 kPa。為避免群錨效應的不利影響，每根錨桿的間距不宜小于1.5 m×1.5 m，按以上的錨桿間距和所需提供的抗浮力，每根錨桿需要達到371.25 kN。采用常規的普通HRB500型螺紋鋼筋，其抗拉強度設計值fy=435 N/mm2,按照《成都市建筑工程抗浮錨桿質量管理規程》的規定：基本試驗按照單根錨桿軸向拉力設計值2倍進行。抗浮錨桿鋼筋截面面積應達到1 707 mm2，4根直徑為25 mm的HRB500鋼筋截面面積為1 963.6 mm2作為抗浮錨桿。根據表1中的地層土體參數和180 mm的錨孔直徑，計算所得的錨固段長度為12 m，再考慮0.5 m長的無效錨固段，采用12.5 m全長黏結拉力型錨桿，錨頭采用彎折90°后植入底板的連接方式。

3.2 精軋螺紋鋼壓力型抗浮錨桿

PSB1080精軋螺紋鋼的抗拉強度設計值fy=770 N/mm2，其強度為HRB500鋼筋的1.77倍，將錨桿間距設置為2.1 m×2.1 m，每根錨桿需要達到734.57 kN。抗浮錨桿鋼筋截面面積應達到1 907.97 mm2，2根直徑為36 mm的精軋螺紋鋼截面面積為2 035.87 mm2。根據表1中的地層土體參數和180 mm的錨孔直徑，計算所得的錨固段長度為13.5 m，再考慮0.5 m長的無效錨固段，采用14.0 m長的壓力分散型錨桿，其中自由段采用PVC防腐套管處理長度為8.0 m，錨固段長度為6.0 m。因為精軋螺紋鋼不可彎折，錨頭采用錨板與結構底板的連接方式。具體的錨桿結構如圖1所示。

4 現場基本試驗結果及分析

為驗證普通鋼筋和精軋螺紋鋼抗浮錨桿的地質條件、桿體材料、錨桿參數、極限抗拔承載力能否滿足設計要求，在試驗區針對兩種抗浮錨桿分別施工了2組抗浮錨桿進行基本試驗，每組3根。此試驗對應于每級荷載加載并分級卸荷，分別記錄每級荷載對應錨索的伸長量，繪制荷載-位移曲線和荷載-塑性位移、彈性位移(Q-Sp,Q-Se)曲線圖，從每組中各取一個具有代表性的曲線圖(見圖2，圖3)。

4.1 普通鋼筋拉力型抗浮錨桿

1)從本組荷載-位移曲線可以看出：在分級加載作用下，普通鋼筋全長黏結型錨桿的位移量呈斜線式上升，每一級荷載加至最大卸壓后位移量變化較小，每級卸壓至0.1倍的極限抗拔承載力前一級情況下的斜率大于加載時的斜率，即同樣的荷載變化時，卸載時的位移量大于加載時的位移量。

2)從本組荷載-塑性位移、彈性位移(Q-Sp,Q-Se)曲線圖中可以看出：彈性位移曲線各級荷載斜率一致，鋼筋彈性變形較均勻，塑性位移曲線在0.5倍的極限抗拔承載力371.25 kN前位移斜率大于后面的斜率，說明在加載后期普通鋼筋的塑性變形進入蠕變狀態。錨桿在742.5 kN的極限承載力下的總位移量為19.37 mm，其中塑性位移10.23 mm，彈性位移9.14 mm，彈性位移為總位移量的47.18%，錨桿位移量有一半為彈性位移。

3)錨桿在742.5 kN的極限承載力下，桿體未破壞，每一級荷載的錨頭位移增量均不超過前一級荷載產生的位移增量的2倍。極限抗拔承載力值為742.5 kN的50%，抗拔承載力特征值為371.25 kN，檢測結果滿足設計要求。

4.2 精軋螺紋鋼壓力型抗浮錨桿

精軋螺紋鋼壓力型抗浮見圖4，圖5。

1)從本組荷載-位移曲線可以看出：在分級加載作用下，精軋螺紋鋼壓力型錨桿的位移量呈斜線式上升，每一級荷載加至最大卸壓后位移量變化較小，每級卸壓時的斜率與加載斜率一致，即同樣的荷載變化時，卸載時的位移量與加截時的位移量相似。

2)從本組荷載-塑性位移、彈性位移(Q-Sp,Q-Se)曲線圖中可以看出：彈性位移曲線在0.7倍的極限抗拔承載力1 003.31 kN前位移斜率大于后面的斜率，此段的彈性變形為8 m長自由段鋼筋變形，后期為6 m錨固段鋼筋在水泥漿體的變形，塑性位移曲線各級荷載斜率一致，鋼筋塑性變形較均勻。錨桿在1 433.3 kN的極限承載力下的總位移量為46.68 mm，其中塑性位移21.47 mm，彈性位移25.21 mm，彈性位移為總位移量的54.00%，錨桿位移量有一半為彈性位移。

3)錨桿在1 433.3 kN的極限承載力下，桿體未破壞，每一級荷載的錨頭位移增量均不超過前一級荷載產生的位移增量的2倍。極限抗拔承載力值為1 433.3 kN的50%，抗拔承載力特征值為716.65 kN，檢測結果滿足設計要求。

5 結論

1)此項目已完工，已經過兩個雨季的檢驗，未對地下室及周邊環境造成不利影響，滿足抗浮錨桿的使用要求。

2)兩種抗浮錨桿抗拔承載力特征值均滿足要求，在極限承載力下，8 m自由段長度的拉力型錨桿的錨頭位移量較全長黏結型錨桿大，其中有54%的變形量為彈性位移，滿足設計要求。

3)單孔精軋螺紋鋼抗浮錨桿桿體的抗拔承載力約為普通鋼筋的2倍，在采用壓力型錨桿的情況下可以較大限度的發揮成都Ⅱ級階地地層的側摩阻力，能節約抗浮錨桿總量。