浅析抗浮锚杆设计在工程中的应用

【摘要】：抗浮锚杆以其用料省，工效快，施工方便,近几年来作为一种抗浮措施,越来越多地应用于工程实践中。但抗浮锚杆目前尚没有全面系统的规范,现行可参照的规范公式及术语符号不完全一致, 国家规范和各地方规范及相关专门规范提出了不同的要求。这给我们设计带来了一些麻烦。笔者觉得抗浮锚杆设计应根据工程所在地和工程的具体情况来执行相应的规定。

【关键词】抗浮锚杆；水浮力；抗拔力；布置方式;注意事项

【工程概况】

笔者在深圳做的某工程为大底盘带多塔的结构。塔楼下的地下室由于塔楼自身的重量能够满足抗浮的要求，现着重讨论上部没塔楼的地下室的抗浮问题。本项目地下室的概貌及抗浮水位如图所示。现取中柱(8mX8.15m)进行讨论。

水浮力： 6x10＝60KN/m2

负二层底板、地下一层及地下室顶板自重： 25x0.5+6+6.3=24.8KN/m2(由广厦软件中计算结果求得)

地下室顶板覆土自重：16x0.8＝12.8KN/m2

地下室底板建筑做法自重：22x0.1＝2.2N/m2

抗浮总重：24.8+12.8+2.2=39.8KN/m2

参考广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31-2003第5.2.1条规定，地下室抗浮稳定性验算应满足式6.1.6的要求：

W/F≥1.05 （6.1.6）

所需抗浮力：1.05x60-39.8=23.2KN/m2

柱下独立基础(地下室侧壁位置的柱下基础除外)位置设锚杆抗浮:

当抗浮面积为： 8X8.15=65.2m2 此时基础下设锚杆抗浮所需抗拔力： 23.2X65.2=1512.64KN

取单根锚杆的抗拉承载力特征值为310KN，需锚杆根数：n=1512.6/310=4.9，取n=5

根据《岩土锚杆(索)技术规程》第7.4.1条：

单根锚杆需要钢筋面积：1.6X1.3X310X1000/400=1612mm2

(式中1.6为锚杆杆体安全系数，1.3为荷载分项系数)，故选用3}28(As=1847mm2)

根据《广东省建筑地基基础设计规范》第11.2.2条，故采用3}32钢筋(As=2413mm2)

取锚杆孔径为D=150mm

根据《岩土锚杆(索)技术规程》第7.5.1条计算锚杆锚固长度：

根据《广东省建筑地基基础设计规范》第11.2.1条式11.2.1-3，

锚杆的有效锚固长度为：

式中f i为砂浆与第i层岩石间的粘结强度特征值，l为第i层岩体中的锚固长度，d为锚杆孔直径，Rt为单根锚杆的抗拔承载力特征值。

根据《建筑边坡工程技术规范》式7.2.3，锚杆锚固体与地层的锚固长度为：

根据《建筑边坡工程技术规范》式7.2.4，锚杆钢筋与锚固砂浆间所需的锚固长度为：

式中γo为边坡工程重要性系数，γQ为荷载分项系数，N为锚杆轴向拉力标准值，ξ3为钢筋与砂浆粘结工作条件系数，d为锚杆钢筋直径，f为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，n为钢筋根数。

故取锚杆的有效锚固长度为：2.5m

抗浮锚杆承载力特征值估算：Fa=∑qsiuili=400x3.14x0.15x2.5=471KN>1.3x310=403KN (qsi为岩土体与锚固体粘结强度特征值)

锚杆的布置方式一般有集中点状布置、集中线状布置、面状均匀布置等方法。它们都有各自的有缺点：

1． 集中点状布置，此方法推荐用于坚硬岩。一般布置在柱下，此次的案例就是采用的这种方法。优点：可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力；由于锚杆布置集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有很强的抵抗力。缺点：要求锚固于坚硬岩体中，不适用于软岩与土体，破坏往往是锚固岩体的破坏；由于局部锚杆较密，锚杆施工不方便；地下室底板梁板配筋较大。

2． 面状均匀布置，此方法可用于所有情况。在地下室底板下均匀布置；优点：适用于所有土体和岩体；地下室底板梁板配筋较小。缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力（个人认为考虑的话偏于不安全）；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于能分担的锚杆较少，此情况抵抗力差；由于锚杆布置相对分散，对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。

3． 集中线状布置，此方法推荐用于坚硬岩与较硬岩。一般布置于地下室底板梁下；优点：由于锚杆布置相对集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有较强的抵抗力。缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力（个人认为考虑的话偏于不安全，对于跨高比小于6的底板梁，可以适当考虑上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力），要求锚固于较硬岩体中，不适用于软岩与土体；地下室底板板配筋较大。

注意事项：

1）集中点状布置，抗浮锚杆与岩石锚杆基础结合为优，需注意柱底弯矩对锚杆拉力的影响，特别是柱底弯矩较大的时候；

2）参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》，应选用永久性锚杆部分内容；

3）岩石情况（坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩）应准确区分，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》表7.2.3-1注4；

4）锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》附录C；

5）抗浮设计水位的确定应合理可靠，一般应由地质勘测单位提供，比较可靠和有说服力，应设置水位观测井，对于超出抗浮设计水位的情况应有应对措施；

6）锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响（附图一填充部分），特别是锚杆间距较为密集时的情况；当单根锚杆影响范围内的土体自重（附图二填充部分）大于锚杆拉力时，可以不考虑锚杆间距影响；

7）由于锚杆钢筋会穿过底板外防水，锚杆钢筋应有防水措施；

8）锚杆锚固体与（岩）土层的锚固长度应取有效锚固长度，由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动，特别是采用爆破开挖的基坑，一般要加300-500MM；

总结：

在实际的工程设计中，抗浮锚杆的设计的方案选择直接影响到施工的便利性及工程造价。我们应从理论和实践两方面去分析抗浮锚杆的科学性、合理性、可操作性。让抗浮锚杆的“用料省，工效快，施工方便”等优点得以充分发挥，给工程项目带来经济效益。

注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看