抗浮锚杆在地下结构设计中的技术探讨

【摘要】通过对抗浮锚杆的设计原理、承载力计算、锚杆截面尺寸、锚固长度以及锚杆设计验算等方面的阐述，系统归纳、总结出抗浮锚杆设计中应注意的问题，对以后锚杆的施工和质量控制的奠定了一定基础。

【关键词】抗浮锚杆；设计；技术；应用。

中图分类号：S611文献标识码： A

Anti floating anchor in underground structure design technology

MAShu-jie【2】 JIAO Zhi-wu【2】 WENShi-ming【1,2】

（1.Nanjing university of science and technology, Nanjing, 210094）

（2.Zhengzhou City Construction Quality Inspection Ltd.，Zhengzhou，450052）.

Abstract： The design principle, the calculation of bearing capacity of anti floating anchor, anchor section size, anchorage length and anchor design and other aspects of the system, summarized, summed up the anti floating anchor should pay attention to problems in design, construction and quality of anchor to control laid foundation.

Key words：The anti floating anchor design; technology; application

近年来，随着国民经济建设飞速发展，高层、超高层建筑成为城市建设的主流，在土地资源日益紧缺情况下，人们对地下空间结构的开发利用越来越重视。尤其是地下室、地下车库的广泛应用，导致基坑越挖越深，地下建筑物的抗浮问题成为建筑师们备受关注的焦点问题。80至90年代的抗拔桩由于其造价高、施工技术难度大、工期周期长等原因，逐渐与建设工程的发展不协调，被市场所淘汰，取而代之的是抗浮锚杆【1】。抗浮锚杆，其实也叫抗浮桩，由于其截面尺寸较小，通常不小于钢筋直径的3倍，且不应小于1倍锚杆钢筋直径加50mm，故称其为锚杆。抗浮锚杆是指抵抗建筑物向上位移的各种桩型的总称，也是建筑工程地下结构抗浮措施的一种，其受力机理为抗拔桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化，与抗压杆件完全相反。

1设计依据

可参考《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》和《建筑边坡工程技术规范GB50330-2002》。【2】

2设计原理

抗浮锚杆的主要原理为全长粘结型锚杆，该锚杆采用细石混凝土灌浆，通常混凝土的强度等级不能低于C30，最大限度的发挥补偿混凝土作用，使锚杆的摩擦力大于水压浮力，从而达到抗浮锚杆的目的锚杆的构造要求见图1。

3抗浮锚杆承载力特征值计算【3】

3-1

式中：Fu――抗浮锚杆抗拔承载力特征值（kN）

ui――锚固体周长（m），对于等直径锚杆取ui=πd（d为锚固体直径）；

qsi――第i层岩土体与锚固体粘接强度特征值（kPa），可按现行国家规范标准《建筑边坡工程技术规范》GB 50330执行；

图1锚杆基础的构造要求

4锚杆杆体截面积计算【5】

4-1

式中：Kt――锚杆杆体的抗拉安全系数，按规程【2】取值；

Nt――锚杆的轴向拉力设计值（kN）；

fyk、fptk――钢筋、钢绞线的抗拉强度标准值（kPa）。

5锚杆杆体锚固段长度计算

5-1

5-2

式中：K――锚杆锚固体的抗拔安全系数；

Nt――锚杆或单元锚杆的轴向拉力设计值（kN）；

La――锚杆锚固段长度（m）；

fmg――锚固段注浆体与地层间的粘接强度标准准值（kPa），通过试验确定，当五试验资料时，按《岩土锚杆技术规程》选取；

fms――锚固段注浆体与筋体间的粘接强度标准准值（kPa），通过试验确定，当五试验资料时，仍按《岩土锚杆技术规程》选取；

D――锚杆锚固段的钻孔直径（mm）；

d――钢筋钢绞线的直径（mm）；

ζ――采用2根或2根以上钢筋或钢绞线时，界面的粘接强度降低系数锚杆锚固体的抗拔安全系数，取0.6-0.85；

Ψ――锚固长度对粘接强度的影响系数；

n――钢筋或钢绞线的根数。

6锚杆设计验算

锚杆基础中单根锚杆所受的上拔力应按下式验算算：

6-1

式中：Fk――相应于作用的标准组合时，作用在基础顶面上的竖向力（kN）

Gk――基础自重及其上的土自重（kN）；

Mxk、Myk――按作用的标准组合计算作用在基础底面形心的力矩值（kN・m）；

xi、yi――第i根锚杆至基础底面形心的y、x轴线的距离（m）；

Nti――相应于作用的标准组合时，第i根锚杆所受的拔力值（kN）；

Rt――单根锚杆抗拔承载力特征值（kN）。

需要注意的是：对于设计等级为甲级的建筑物，单根锚杆抗拔承载力特征值Rt应通过现场试验确定，对于其他建筑物应符合公式1-2规定：

6-2

式中：f――砂浆与岩石的粘接强度特征值（kPa），可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011选用。

7抗浮锚杆设计中的关键性技术

7.1抗浮设计水位

北京标准规定：城区、近郊区的建筑场地勘察，尚应提供历年最高地下水位和3-5 年最高地下水位，当缺少长期观测资料时，可根据实地调查的水井水位等资料推测历年最高地下水位。对防水要求严格的地下室或构筑物，其设防水位可按历年最高水位设计；对防水要求不严格的地下室或构筑物，其设防水位可参照3-5 年最高地下水位及勘察时的实测静止水位确定。

湖北省标准规定：抗浮设防水位若有长期水文观测资料和历史水位记录时，地下水作用力的计算可采用历史水位；若无长期水文观测资料和历史水位记录时，地下水作用力的计算可采用丰水期最高稳定水位；在第4 条规定：场地有承压水且与潜水有水力联系时，应按承压水和潜水的混合最高水位计算地下水位对地下室的浮力作用。地下室在稳定水位作用下所受的浮力应按静水压力计算。临时高水位下的浮力，在粘性土中适当折减，折减系数由勘察单位提出，在砂土中不折减。

历史最高水位、近期最高水位，都不能直接作为抗浮水位提供。要提供一个比较客观的设计抗浮水位标高，必须要有长期观测资料，了解各层地下水的赋存形态和运动规律，作渗流分析求取地下水对基底的压力，按基底最大压力提供抗浮水位标高。也就是说，正确确定基础底面处地下水的压力，是提供建筑物设计抗浮水位标高的前提。

准确的确定场地的地下水位是抗浮设计是否成功的前提。一般做法是，按施工期间的进度来考虑，如果在一年内上部结构能做起来，荷载>浮力，这时仅考虑近5年来；一个水文年的最高水位;若荷载

7.2群锚效应

锚杆之间的水平间距，由于受两方面的因素决定，即：所需要的受力和每根锚杆所能提供的抗拔力。如果锚杆设计间距太小，锚杆在地层产生的应力场将会相互重叠，将减小锚杆的抗拔能力并增加位移量，从而产生群锚效应。在实际工程当中，锚杆抗拔承载力特征值现场试验是由单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响。按规范规定，如果抗浮锚杆间距不满足《建筑桩基技术规范》的规定，要考虑群锚作用的影响，一般按0.8折减。

7.3抗浮锚杆防水

由于锚杆钢筋会穿过底板外防水，锚杆钢筋应有防水措施；抗浮锚杆防水更是一个大问题，要锚入坚硬岩土层为好。灌浆强度最好与地下室砼强度在一个等级上，并且应加入微膨胀剂，防止形成地下水的通道。

7.4锚固长度

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；

8结语

8.1在锚杆设计工作中，在充分掌握岩土勘察资料后，在做好抗浮锚杆承载力特征值计算的同时，应逐一对锚杆抗浮承载力特征值、截面尺寸、锚固长度优化计算，最后对所做的设计进行验算。

8.2一般情况下，出于安全考虑，在场地无积水的情况下，可取地面标高为抗浮水位标高。当场地地势高于周边地面时，可按设计年限内可能产生的最高地下水位或丰水期稳定水位计算。

9参考文献

[1] GB50007-2011，《建筑地基基础设计规范》[S]，北京：中国建筑工业出版社，2011

[2] GB50330-2002，《建筑边坡工程技术规范》[S]，北京：中国建筑工业出版社，2002

[3] JGJ71-2004，《高层建筑岩土工程勘察规程》[S]，北京：中国建筑工业出版社，2004。

[4] GB50021-2001，《岩土工程勘察规范》[S]，北京：中国建筑工业出版社，2001。

[5] CECS22:2005《岩土锚杆技术规程》[S]，北京：中国计划出版社，2005。

第一作者简介：马书杰（1975-），男，河南省郑州市人，工程师，郑州市建设工程质量检测有限公司检测员，主要从事地基基础质量检测等工作，

第二作者简介：焦志武（1978-），男，河南省郑州市人，工程师，本科，郑州市建设工程质量检测有限公司检测员，主要从事地基基础质量检工作，

第三作者简介：文石命（1972-），男，河南省郑州市人，高级工程师，南京理工大学硕士生，郑州市建设工程质量检测有限公司副总工程师，主要从事地基基础质量检测、研究、加固处理等工作，