精轧螺纹钢作为压力型锚杆在抗浮中的应用

凌 飞

(四川志德岩土工程有限责任公司,四川 成都 610000)

1 概述

随着成都市建设规程的发展，在有限的土地资源情况下，地下空间的开发成为了重点的研究对象，但对于地下空间开发的安全性和经济性也提出了更高的要求。随着地下空间的扩大，地下室承受的水浮力也相应的越来越大，在保证抗浮质量的前提下如何节约材料成为了一个研究方向。

常用的抗浮方式有卸压减排、增加配重、抗浮桩和抗浮锚杆等措施。卸压减排后期运营成本较高，且对地下室外墙防水有一定影响，增加配重的抗浮效果有限。相较于抗浮桩，抗浮锚杆的工程量更小，所对应的抗水板厚度更小。在成都、广州和深圳的中风化岩层中，许多工程[1-4]采用了精轧螺纹钢作为抗浮锚杆杆体，取得了不错的效果，较大限度的发挥了精轧螺纹钢屈服强度高、材料用量少、锚孔进尺少的特点。

2 工程概况

2.1 项目概况

该项目位于成都市以北二环路附近，本工程占地面积约26 500 m2，地上5层商业体和55层办公楼，地下4层地下室，基坑平均开挖深度18 m。场地的正负零为505.60 m，抗浮地下水位的标高为503.65 m，考虑抗浮力安全系数和扣除商业体自重后，根据地面结构分布区域不同，单位面积需要提供的抗浮力约99.0 kPa～165.0 kPa。

2.2 地质条件概况

⑤-1稍密卵石:灰黄色～黄褐色，稍密，饱和，卵石粒径一般3 cm～6 cm，个别约7 cm，呈亚圆形。含55%～60%的卵石，充填中砂、砾石和少量黏性土。

⑤-2中密卵石:褐黄色～黄色，中密，饱和，卵石粒径一般4 cm～8 cm，个别大于10 cm，呈亚圆形。含60%～70%的卵石，充填中砂、砾石和少量黏性土，含个别漂石。

⑤-3密实卵石:黄～黄褐色，密实，饱和，卵石粒径一般4 cm～8 cm，个别大于20 cm，呈亚圆形。卵石含量(质量分数)大于75%，充填中砂、砾石和少量黏性土，含较多漂石。

3)白垩系上统灌口组泥岩(K2g)。

⑥-1强风化泥岩：紫红～暗红色，主要矿物成分为黏土矿物，泥质结构，中厚层状构造。风化裂隙发育，结构面不清晰，岩芯极破碎，呈土夹碎块状，手捏易碎，干钻可钻进，局部含少量斑点状、条带状石膏。岩石为极软岩，岩体基本质量等级Ⅴ级。

⑥-2中风化泥岩：紫红色，主要矿物成分为黏土矿物，泥质胶结，泥质结构，薄层～中厚层状构造；原生层面构造裂隙较为发育，结构面较清晰，岩芯较完整，局部较差，呈短柱状、薄片状、少量碎块状，岩石RQD值为70%～90%；岩质软，浸水或日晒易软化和崩解。为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

基坑底部位于⑤-2中密卵石,因场地内地层变化较大，选取了抗浮力较大，且地质情况相对较差的区域作为抗浮锚杆基本试验区域，抗浮锚杆所锚固的地层参数如表1所示。

表1 抗浮锚杆所处地层土体参数

2.3 水文条件概况

1)地表水。场地内无常年性地表水，受季节性降雨影响较大，以大气降水补给为主，以地表径流汇集，可以形成瞬时洪流，以蒸发形式或向低洼地排泄。

2)地下水。场地地下水类型为填土中的上层滞水和砂卵石层中的孔隙潜水。上层滞水赋存于浅部填土，其含水量较小且不稳定，受大气降水及地表水的直接补给，向坡面及垂直向下排泄。富水性弱，透水性弱，为相对隔水层。孔隙潜水是本场地主要的地下水类型，其水位埋藏较浅，水量丰富，对本工程基础设计和施工影响较大。第四系孔隙潜水略具承压性。场地地下水总流向自西北向东南，补给源主要是岷江水系及大气降水。

3 抗浮锚杆选型

本项目占地面积达到26 500 m2，因为地下室深度较大且大部分区域结构提供的抗浮力有限，导致抗浮锚杆需要提供较大的抗浮力，抗浮锚杆的选型直接影响到工程质量、工程量和工期，在基本试验前选取两种抗浮锚杆，对锚杆杆体钢筋抗拉强度分别进行计算复核。

3.1 普通钢筋拉力型抗浮锚杆

基本试验所选区域，需要提供的抗浮力165.0 kPa。为避免群锚效应的不利影响，每根锚杆的间距不宜小于1.5 m×1.5 m，按以上的锚杆间距和所需提供的抗浮力，每根锚杆需要达到371.25 kN。采用常规的普通HRB500型螺纹钢筋，其抗拉强度设计值fy=435 N/mm2,按照《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》的规定：基本试验按照单根锚杆轴向拉力设计值2倍进行。抗浮锚杆钢筋截面面积应达到1 707 mm2，4根直径为25 mm的HRB500钢筋截面面积为1 963.6 mm2作为抗浮锚杆。根据表1中的地层土体参数和180 mm的锚孔直径，计算所得的锚固段长度为12 m，再考虑0.5 m长的无效锚固段，采用12.5 m全长黏结拉力型锚杆，锚头采用弯折90°后植入底板的连接方式。

3.2 精轧螺纹钢压力型抗浮锚杆

PSB1080精轧螺纹钢的抗拉强度设计值fy=770 N/mm2，其强度为HRB500钢筋的1.77倍，将锚杆间距设置为2.1 m×2.1 m，每根锚杆需要达到734.57 kN。抗浮锚杆钢筋截面面积应达到1 907.97 mm2，2根直径为36 mm的精轧螺纹钢截面面积为2 035.87 mm2。根据表1中的地层土体参数和180 mm的锚孔直径，计算所得的锚固段长度为13.5 m，再考虑0.5 m长的无效锚固段，采用14.0 m长的压力分散型锚杆，其中自由段采用PVC防腐套管处理长度为8.0 m，锚固段长度为6.0 m。因为精轧螺纹钢不可弯折，锚头采用锚板与结构底板的连接方式。具体的锚杆结构如图1所示。

4 现场基本试验结果及分析

为验证普通钢筋和精轧螺纹钢抗浮锚杆的地质条件、杆体材料、锚杆参数、极限抗拔承载力能否满足设计要求，在试验区针对两种抗浮锚杆分别施工了2组抗浮锚杆进行基本试验，每组3根。此试验对应于每级荷载加载并分级卸荷，分别记录每级荷载对应锚索的伸长量，绘制荷载-位移曲线和荷载-塑性位移、弹性位移(Q-Sp,Q-Se)曲线图，从每组中各取一个具有代表性的曲线图(见图2，图3)。

4.1 普通钢筋拉力型抗浮锚杆

1)从本组荷载-位移曲线可以看出：在分级加载作用下，普通钢筋全长黏结型锚杆的位移量呈斜线式上升，每一级荷载加至最大卸压后位移量变化较小，每级卸压至0.1倍的极限抗拔承载力前一级情况下的斜率大于加载时的斜率，即同样的荷载变化时，卸载时的位移量大于加载时的位移量。

2)从本组荷载-塑性位移、弹性位移(Q-Sp,Q-Se)曲线图中可以看出：弹性位移曲线各级荷载斜率一致，钢筋弹性变形较均匀，塑性位移曲线在0.5倍的极限抗拔承载力371.25 kN前位移斜率大于后面的斜率，说明在加载后期普通钢筋的塑性变形进入蠕变状态。锚杆在742.5 kN的极限承载力下的总位移量为19.37 mm，其中塑性位移10.23 mm，弹性位移9.14 mm，弹性位移为总位移量的47.18%，锚杆位移量有一半为弹性位移。

3)锚杆在742.5 kN的极限承载力下，杆体未破坏，每一级荷载的锚头位移增量均不超过前一级荷载产生的位移增量的2倍。极限抗拔承载力值为742.5 kN的50%，抗拔承载力特征值为371.25 kN，检测结果满足设计要求。

4.2 精轧螺纹钢压力型抗浮锚杆

精轧螺纹钢压力型抗浮见图4，图5。

1)从本组荷载-位移曲线可以看出：在分级加载作用下，精轧螺纹钢压力型锚杆的位移量呈斜线式上升，每一级荷载加至最大卸压后位移量变化较小，每级卸压时的斜率与加载斜率一致，即同样的荷载变化时，卸载时的位移量与加截时的位移量相似。

2)从本组荷载-塑性位移、弹性位移(Q-Sp,Q-Se)曲线图中可以看出：弹性位移曲线在0.7倍的极限抗拔承载力1 003.31 kN前位移斜率大于后面的斜率，此段的弹性变形为8 m长自由段钢筋变形，后期为6 m锚固段钢筋在水泥浆体的变形，塑性位移曲线各级荷载斜率一致，钢筋塑性变形较均匀。锚杆在1 433.3 kN的极限承载力下的总位移量为46.68 mm，其中塑性位移21.47 mm，弹性位移25.21 mm，弹性位移为总位移量的54.00%，锚杆位移量有一半为弹性位移。

3)锚杆在1 433.3 kN的极限承载力下，杆体未破坏，每一级荷载的锚头位移增量均不超过前一级荷载产生的位移增量的2倍。极限抗拔承载力值为1 433.3 kN的50%，抗拔承载力特征值为716.65 kN，检测结果满足设计要求。

5 结论

1)此项目已完工，已经过两个雨季的检验，未对地下室及周边环境造成不利影响，满足抗浮锚杆的使用要求。

2)两种抗浮锚杆抗拔承载力特征值均满足要求，在极限承载力下，8 m自由段长度的拉力型锚杆的锚头位移量较全长黏结型锚杆大，其中有54%的变形量为弹性位移，满足设计要求。

3)单孔精轧螺纹钢抗浮锚杆杆体的抗拔承载力约为普通钢筋的2倍，在采用压力型锚杆的情况下可以较大限度的发挥成都Ⅱ级阶地地层的侧摩阻力，能节约抗浮锚杆总量。