地下室抗浮錨桿設計及工程應用要點

鄒超

廣州市中荔美投資有限公司 廣東 廣州 510760

隨著我國經濟水平不斷提高，城市規劃建設標準不斷完善，各類建筑配建地下室的規模、深度也不斷增大。地下室抗浮設計已經成為大部分新建建筑工程必須考慮的設計要點之一。

地下室抗浮的措施多種多樣，如壓重法、泄水降壓法、錨桿法、樁錨法等。不同的抗浮措施應結合具體項目的場地特征而應用，因地制宜。

其中抗拔錨桿因其設計方法完善、傳力路徑清晰、施工工藝成熟簡便、經濟效益良好，在目前的地下室抗浮設計中已得到廣泛應用。

本文就普通鋼筋全長粘結型抗拔錨桿設計及施工常見的問題及后續處理，結合工程實例予以說明。

1 普通鋼筋全長粘結型抗拔錨桿的構造特征及受力原理

普通鋼筋全長粘結型錨桿構造簡單，其主要受力構件僅由普通鋼筋（非預應力）和注漿體組。鋼筋直接錨固與地下室地底板（或筏板）中。其錨固方式施工簡便，無需后張拉工藝，同時也規避了用于遮蓋預應力錨桿錨頭而增加的砂漿（或細石混凝土）找平層，節省了地下室凈空，有利于地下室建設的經濟性指標提升。

普通鋼筋全長粘結型錨桿的受力原理為：地下水位產生的水壓力作用于地下室底板，當水浮力大于上部結構自重時，額外的水浮力通過均勻分布在地下室底板（或筏板）內的抗拔錨桿的錨固鋼筋受拉傳遞至其下的錨桿注漿體，最終通過注漿體與周邊土（巖）層摩擦予以承擔。可以看出，此傳力路徑中鋼筋的抗拉強度、鋼筋與注漿體之間的摩擦力、注漿體與周邊土（巖）層的摩擦力是保證錨桿承載力的關鍵因素。

2 從抗拔錨桿強度的計算公示看錨桿設計的注意要點

2.1 錨桿桿體受拉承載力計算

兩本規范的桿體強度計算公示中，鋼筋的抗拉強度均采用標準值，但安全系數取值卻有所不同：廣東地基規范中，安全系數取值為2.0；錨桿規程中，普通鋼筋永久錨桿的安全系數為1.6。同時，應注意到桿體的軸向拉力取值分別采用了標準值和設計值，按廣東地基規范式3.0.7-3可知，作用效應的基本組合與標準組合可簡化按1.25倍計算。故上述兩式計算所得的桿體鋼筋直徑相差不大。

《錨桿檢測與監測技術規程》（簡稱“檢測規程”）（JGJ/T 401-2017）第5.1.3-1條規定“拉力型錨桿應取錨固段注漿體與巖土體之間破壞荷載預估值、桿體與錨固段注漿體之間破壞荷載預估值兩者中較小者的（1.0～1.5）倍”，第5.1.3-3條規定“鋼筋錨桿桿體應力不應超過桿體屈服強度標準值的0.9倍”。用于確定錨桿抗拔極限承載力的試驗錨桿，除按本文中式2.1-1和2.1-2外，還應按上述兩條復核桿體鋼筋應力。

2.2 錨桿鋼筋與注漿體之間的摩擦力計算

上式原理較為簡單，即為鋼筋表面與水泥漿（水泥砂漿）錨固體接觸面的摩擦力總和大于桿體受拉承載力。增大鋼筋直徑、增加錨桿體長度、通過提高水泥漿標號提高粘結強度均可實現計算上的摩擦力增大。

同時還應驗算注漿體的裂縫寬度，其最大限值應滿足廣東地基規范10.1.16條要求，最大裂縫寬度計算采用混凝土規范7.1.2條。

實際工程應用中，還應注意到，滿足鋼筋間距和保護層厚度構造要求是保證注漿體對鋼筋產生有效摩擦力的前提。在錨桿構造上，可在桿體鋼筋束外表面焊接圖1所示構造的短鋼筋，保證桿體鋼筋與錨桿鉆孔孔壁保持有效距離；桿體的數根鋼筋之間，每隔一段距離可以采用與圖2所示的短鋼管焊接固定，可保證鋼筋間距均勻，也便于施工過程固定注漿管。

圖1 錨桿鋼筋外側焊接折形短鋼筋構造

圖2 固定錨桿鋼筋的短鋼管構造

但此類全長粘結型的鋼筋抗拔錨桿，總長度切記不可過長。在實際工程中，普遍錨桿長度在10～20m時，通常承載力發揮良好，經濟性也較抗拔樁有明顯優勢。但隨著錨桿長度增加，成孔施工難度急劇增大，桿體鋼筋偏位、扭轉、彎曲，錨桿體澆筑質量下降。當錨桿長度大于30m后，檢測合格率不易保證。

在實際工程案例計算中發現，本條所計算的錨桿長度遠小于本文2.3條的計算結果，故廣東地基規范中已不在要求計算本條內容。

2.3 注漿體與周邊地基巖土層的摩擦力計算

兩本規范公式不同，但計算原理一致，即為注漿體表面與周邊巖土層接觸面的摩擦力總和大于桿體抗拔承載力。

廣東地基規范中，用錨桿抗拔承載力采用標準值并乘以1.1的安全系數，而錨桿規程中則采用設計值并乘以不小于2的安全系數。看似兩者差異較大，實則計算所得錨桿長度差異并不大，主要是廣東地基規范中采用的土體與錨固體摩阻力特征值和錨桿規程中土體與水泥砂漿的粘結強度標準值推薦值差異較大所致。如廣東地基規范中，中密粉土的摩擦力特征值為20～30kPa；而錨桿規程中，同樣土層的建議標準值為70～125kPa。

實際工程中，勘察報告多數提供巖土層側摩阻力特征值，可與廣東地基規范中的建議摩阻力特征值進行比較。故對于廣東省內工程，廣東地基規范的計算公式較為實用。

需要特別注意的是，廣州的花崗巖地質，屬遇水極易軟化巖層，花崗巖風化形成的殘積土層亦存在明顯遇水軟化的特性。根據筆者的工程經驗，風化花崗巖土層的側摩阻力特征值取值不高于表1時，采用得當的施工工藝，錨桿的可靠度是可接受的。

表1 風化花崗巖土層的側摩阻力特征值取值建議表

但同時對地勘資料也應特別留意，因花崗巖風化殘積形成的粉質粘土與全風化巖的判定容易出現偏差，而粉質粘土與全風化巖的側摩阻力特征值相差甚遠，若相鄰鉆孔資料揭示全風化巖層面高差過大，則應及時加密補充探勘孔，確保地勘資料無誤，亦提供錨桿定長的依據。

從筆者接觸的工程項目的前期檢測結果看，錨固于中微風化巖中的錨桿檢測的合格率相對高于錨固于全、強風化巖或土層中的錨桿。筆者認為這與錨桿施工工藝在巖層中成孔的效果更易于控制有關。

3 錨桿施工過程中應注意把控的重點和難點

在施工良好的錨桿中，進行試錨時，可能出現桿體鋼筋屈服的現象；而試錨或檢測中，出現的破壞或不合格錨桿，出問題的原因更多來自于注漿體質量缺陷或注漿體與周邊土體摩擦失效。

筆者曾目睹實際工程中，設計錨桿抗拔承載力特征值470kN，實際檢測僅25kN的情況（圖3）。原錨桿設計長度約13m，最終此失效錨桿從土層中拔出后，桿體鋼筋除底端有少量注漿體殘存（約50cm），其余全部為裸露鋼筋（圖4）。

圖3 某項目錨桿承載力極限值檢測結果

圖4 失效錨桿拔出呈現的嚴重注漿體質量缺陷

可見，抗拔錨桿雖然已廣泛應用于地下室抗浮設計中，但若施工過程不嚴格把控好每一環節，也會出現威脅工程質量安全的嚴重問題并造成成本的極大浪費。

3.1 成孔工藝

在土質較穩定，且含水率不高的土層中，當錨桿深度不大時，可采用風動潛孔鉆機直接鉆進，并且利用空壓機產生的高壓空氣進行排渣。而實際上，滿足此類地質要求的場地在廣東地區并不多見。廣東省內常遇到地下室水位較高、地下水充盈、土體含水量大、或砂質土層的地質，此時可采用套管護壁，成孔過程中跟管鉆進，避免塌孔或造成周邊水土流失。錨桿規程8.2.2條，《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》（簡稱“錨桿規范”）（GB 50086-2015）4.7.5條，均有提及套管護壁成孔工藝。

3.2 安放錨桿

成孔后，用塔吊或汽車吊吊起錨桿緩緩地放入孔內，錨桿與注漿管應同時插入鉆孔底部，直到孔底。下放過程中要保持平穩、均速、垂直、不要偏斜和碰撞孔壁。

要求桿體插入孔內深度不宜小于錨桿長度，錨桿下端與孔底應有50mm的預留空間（避免注漿管觸底堵塞）。取出鉆桿及護筒立即將錨桿鋼筋插入孔內，以免塌孔。

3.3 洗孔

常規洗孔工藝為清水洗孔，錨桿體安放到位后，將注漿管連通清水管，開大泵量沖水，直至孔口穩定流出清水。但實際工程中，可直接采用水泥漿洗孔，至孔口排出的水泥漿無殘渣或黃泥水即可。因水泥漿重度更大，注漿壓力更大，更容易排出孔內殘渣，從而提高注漿體質量。

3.4 一次注漿

若采用水泥漿洗孔，洗孔結束后，繼續將注漿壓力穩壓在0.6～0.8MPa，完成一次注漿。

3.5 拔套管

一次注漿完成后，才能拔出護壁套管。套管拔出后，通常會出現孔口漿液液面下降的現象。若孔口液面下降一定深度后相對穩定，此時應繼續按一次注漿壓力進行補漿；若液面下降嚴重且無法穩定，很有可能鉆孔下部已出現塌孔，此錨桿可按作廢處理。

若在一次注漿前拔出套管并采用清水洗孔工藝，極易導致鉆孔塌孔，錨桿體無法下錨，或即使下錨，也無法形成有效注漿體。前文中圖4所示的不合格錨桿極有可能為如是原因導致。

3.6 二次注漿

在一次注漿初凝時（約2～4小時），進行二次注漿，注漿壓力控制在2.0～2.4MPa。二次注漿管因注漿體已初凝，是無法拔出的。

4 錨桿基本試驗

4.1 錨桿基本試驗的必要性

錨桿規程9.2.1條規定，“對任何一種新型錨桿，或錨桿用于未應用過的地層時，必須進行極限抗拔試驗。”其它錨桿相關規程及地基規范中均有類似規定。因此，各項目在錨桿施工前進行錨桿極限抗拔試驗，是十分必要的。試驗結果既是錨桿承載力設計取值的依據，同時也是施工工藝驗證和后續施工檢測的參考標準。

4.2 試驗錨設計注意事項

通常考慮到錨桿工程經濟性因素，錨桿承載力極限值與錨桿鋼筋強度基本匹配，這樣可以發揮材料的最大效能。但在進行錨桿基本試驗時，主要需要驗證的是巖土層能提供給錨桿注漿體的最大摩擦力，為避免鋼筋屈服破壞先于注漿體發生位移，試驗錨可適當增大配筋。

5 錨桿的檢測

錨桿檢測規范7.1.3條，驗收荷載應等于抗拔承載力特征值與錨桿安全系數的乘積。

錨桿檢測規范3.2.8條，錨桿檢測數量不應少于錨桿總數的5%，且不應少于5根。3.2.9條，當驗收試驗出現不合格錨桿時，應擴大抽檢。擴大抽檢的數量應為不合格錨桿數量的2倍。

錨桿檢測在混凝土墊層上進行，當表層地基土承載力較差時，可通過在墊層面上鋪設鋼板或架設鋼梁作為檢測設備反力架，避免表層地基破壞，影響試驗結果。

6 總結與思考

抗拔錨雖桿設計原理簡單，施工工藝成熟；但仍有諸多細節需要注意。設計過程中應充分了解施工工藝與地質特征，施工單位也應全面了解設計圖紙及設計意圖，現場實施過程中出現與設計圖紙或地勘資料不符的任何情況，各單位之間均應及時溝通，施工過程全程監管到位，才是保證錨桿可靠有效的根本。