鄒超

廣州市中荔美投資有限公司 廣東 廣州 510760

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，城市規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，各類建筑配建地下室的規(guī)模、深度也不斷增大。地下室抗浮設(shè)計(jì)已經(jīng)成為大部分新建建筑工程必須考慮的設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(yīng)結(jié)合具體項(xiàng)目的場地特征而應(yīng)用，因地制宜。

其中抗拔錨桿因其設(shè)計(jì)方法完善、傳力路徑清晰、施工工藝成熟簡便、經(jīng)濟(jì)效益良好，在目前的地下室抗浮設(shè)計(jì)中已得到廣泛應(yīng)用。

本文就普通鋼筋全長粘結(jié)型抗拔錨桿設(shè)計(jì)及施工常見的問題及后續(xù)處理，結(jié)合工程實(shí)例予以說明。

1 普通鋼筋全長粘結(jié)型抗拔錨桿的構(gòu)造特征及受力原理

普通鋼筋全長粘結(jié)型錨桿構(gòu)造簡單，其主要受力構(gòu)件僅由普通鋼筋（非預(yù)應(yīng)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(shí)也規(guī)避了用于遮蓋預(yù)應(yīng)力錨桿錨頭而增加的砂漿（或細(xì)石混凝土）找平層，節(jié)省了地下室凈空，有利于地下室建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)提升。

普通鋼筋全長粘結(jié)型錨桿的受力原理為：地下水位產(chǎn)生的水壓力作用于地下室底板，當(dāng)水浮力大于上部結(jié)構(gòu)自重時(shí)，額外的水浮力通過均勻分布在地下室底板（或筏板）內(nèi)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(dān)?？梢钥闯?，此傳力路徑中鋼筋的抗拉強(qiáng)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(guān)鍵因素。

2 從抗拔錨桿強(qiáng)度的計(jì)算公示看錨桿設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)

2.1 錨桿桿體受拉承載力計(jì)算

兩本規(guī)范的桿體強(qiáng)度計(jì)算公示中，鋼筋的抗拉強(qiáng)度均采用標(biāo)準(zhǔn)值，但安全系數(shù)取值卻有所不同：廣東地基規(guī)范中，安全系數(shù)取值為2.0；錨桿規(guī)程中，普通鋼筋永久錨桿的安全系數(shù)為1.6。同時(shí)，應(yīng)注意到桿體的軸向拉力取值分別采用了標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值，按廣東地基規(guī)范式3.0.7-3可知，作用效應(yīng)的基本組合與標(biāo)準(zhǔn)組合可簡化按1.25倍計(jì)算。故上述兩式計(jì)算所得的桿體鋼筋直徑相差不大。

《錨桿檢測與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（簡稱“檢測規(guī)程”）（JGJ/T 401-2017）第5.1.3-1條規(guī)定“拉力型錨桿應(yīng)取錨固段注漿體與巖土體之間破壞荷載預(yù)估值、桿體與錨固段注漿體之間破壞荷載預(yù)估值兩者中較小者的（1.0～1.5）倍”，第5.1.3-3條規(guī)定“鋼筋錨桿桿體應(yīng)力不應(yīng)超過桿體屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍”。用于確定錨桿抗拔極限承載力的試驗(yàn)錨桿，除按本文中式2.1-1和2.1-2外，還應(yīng)按上述兩條復(fù)核桿體鋼筋應(yīng)力。

2.2 錨桿鋼筋與注漿體之間的摩擦力計(jì)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(biāo)號提高粘結(jié)強(qiáng)度均可實(shí)現(xiàn)計(jì)算上的摩擦力增大。

同時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算注漿體的裂縫寬度，其最大限值應(yīng)滿足廣東地基規(guī)范10.1.16條要求，最大裂縫寬度計(jì)算采用混凝土規(guī)范7.1.2條。

實(shí)際工程應(yīng)用中，還應(yīng)注意到，滿足鋼筋間距和保護(hù)層厚度構(gòu)造要求是保證注漿體對鋼筋產(chǎn)生有效摩擦力的前提。在錨桿構(gòu)造上，可在桿體鋼筋束外表面焊接圖1所示構(gòu)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(shù)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(cè)焊接折形短鋼筋構(gòu)造

圖2 固定錨桿鋼筋的短鋼管構(gòu)造

但此類全長粘結(jié)型的鋼筋抗拔錨桿，總長度切記不可過長。在實(shí)際工程中，普遍錨桿長度在10～20m時(shí)，通常承載力發(fā)揮良好，經(jīng)濟(jì)性也較抗拔樁有明顯優(yōu)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(zhuǎn)、彎曲，錨桿體澆筑質(zhì)量下降。當(dāng)錨桿長度大于30m后，檢測合格率不易保證。

在實(shí)際工程案例計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，本條所計(jì)算的錨桿長度遠(yuǎn)小于本文2.3條的計(jì)算結(jié)果，故廣東地基規(guī)范中已不在要求計(jì)算本條內(nèi)容。

2.3 注漿體與周邊地基巖土層的摩擦力計(jì)算

兩本規(guī)范公式不同，但計(jì)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(guī)范中，用錨桿抗拔承載力采用標(biāo)準(zhǔn)值并乘以1.1的安全系數(shù)，而錨桿規(guī)程中則采用設(shè)計(jì)值并乘以不小于2的安全系數(shù)?？此苾烧卟町愝^大，實(shí)則計(jì)算所得錨桿長度差異并不大，主要是廣東地基規(guī)范中采用的土體與錨固體摩阻力特征值和錨桿規(guī)程中土體與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值推薦值差異較大所致。如廣東地基規(guī)范中，中密粉土的摩擦力特征值為20～30kPa；而錨桿規(guī)程中，同樣土層的建議標(biāo)準(zhǔn)值為70～125kPa。

實(shí)際工程中，勘察報(bào)告多數(shù)提供巖土層側(cè)摩阻力特征值，可與廣東地基規(guī)范中的建議摩阻力特征值進(jìn)行比較。故對于廣東省內(nèi)工程，廣東地基規(guī)范的計(jì)算公式較為實(shí)用。

需要特別注意的是，廣州的花崗巖地質(zhì)，屬遇水極易軟化巖層，花崗巖風(fēng)化形成的殘積土層亦存在明顯遇水軟化的特性。根據(jù)筆者的工程經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)化花崗巖土層的側(cè)摩阻力特征值取值不高于表1時(shí)，采用得當(dāng)?shù)氖┕すに?，錨桿的可靠度是可接受的。

表1 風(fēng)化花崗巖土層的側(cè)摩阻力特征值取值建議表

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

從筆者接觸的工程項(xiàng)目的前期檢測結(jié)果看，錨固于中微風(fēng)化巖中的錨桿檢測的合格率相對高于錨固于全、強(qiáng)風(fēng)化巖或土層中的錨桿。筆者認(rèn)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(guān)。

3 錨桿施工過程中應(yīng)注意把控的重點(diǎn)和難點(diǎn)

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

筆者曾目睹實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)錨桿抗拔承載力特征值470kN，實(shí)際檢測僅25kN的情況（圖3）。原錨桿設(shè)計(jì)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(xiàng)目錨桿承載力極限值檢測結(jié)果

圖4 失效錨桿拔出呈現(xiàn)的嚴(yán)重注漿體質(zhì)量缺陷

可見，抗拔錨桿雖然已廣泛應(yīng)用于地下室抗浮設(shè)計(jì)中，但若施工過程不嚴(yán)格把控好每一環(huán)節(jié)，也會出現(xiàn)威脅工程質(zhì)量安全的嚴(yán)重問題并造成成本的極大浪費(fèi)。

3.1 成孔工藝

在土質(zhì)較穩(wěn)定，且含水率不高的土層中，當(dāng)錨桿深度不大時(shí)，可采用風(fēng)動(dòng)潛孔鉆機(jī)直接鉆進(jìn)，并且利用空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣進(jìn)行排渣。而實(shí)際上，滿足此類地質(zhì)要求的場地在廣東地區(qū)并不多見。廣東省內(nèi)常遇到地下室水位較高、地下水充盈、土體含水量大、或砂質(zhì)土層的地質(zhì)，此時(shí)可采用套管護(hù)壁，成孔過程中跟管鉆進(jìn)，避免塌孔或造成周邊水土流失。錨桿規(guī)程8.2.2條，《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》（簡稱“錨桿規(guī)范”）（GB 50086-2015）4.7.5條，均有提及套管護(hù)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(nèi)，錨桿與注漿管應(yīng)同時(shí)插入鉆孔底部，直到孔底。下放過程中要保持平穩(wěn)、均速、垂直、不要偏斜和碰撞孔壁。

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

3.3 洗孔

常規(guī)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(wěn)定流出清水。但實(shí)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?jiān)螯S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(nèi)殘?jiān)瑥亩岣咦{體質(zhì)量。

3.4 一次注漿

若采用水泥漿洗孔，洗孔結(jié)束后，繼續(xù)將注漿壓力穩(wěn)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(hù)壁套管。套管拔出后，通常會出現(xiàn)孔口漿液液面下降的現(xiàn)象。若孔口液面下降一定深度后相對穩(wěn)定，此時(shí)應(yīng)繼續(xù)按一次注漿壓力進(jìn)行補(bǔ)漿；若液面下降嚴(yán)重且無法穩(wěn)定，很有可能鉆孔下部已出現(xiàn)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(dǎo)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?qū)е隆?/p>

3.6 二次注漿

在一次注漿初凝時(shí)（約2～4小時(shí)），進(jìn)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(yàn)

4.1 錨桿基本試驗(yàn)的必要性

錨桿規(guī)程9.2.1條規(guī)定，“對任何一種新型錨桿，或錨桿用于未應(yīng)用過的地層時(shí)，必須進(jìn)行極限抗拔試驗(yàn)?！逼渌^桿相關(guān)規(guī)程及地基規(guī)范中均有類似規(guī)定。因此，各項(xiàng)目在錨桿施工前進(jìn)行錨桿極限抗拔試驗(yàn)，是十分必要的。試驗(yàn)結(jié)果既是錨桿承載力設(shè)計(jì)取值的依據(jù)，同時(shí)也是施工工藝驗(yàn)證和后續(xù)施工檢測的參考標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 試驗(yàn)錨設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

通?？紤]到錨桿工程經(jīng)濟(jì)性因素，錨桿承載力極限值與錨桿鋼筋強(qiáng)度基本匹配，這樣可以發(fā)揮材料的最大效能。但在進(jìn)行錨桿基本試驗(yàn)時(shí)，主要需要驗(yàn)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(fā)生位移，試驗(yàn)錨可適當(dāng)增大配筋。

5 錨桿的檢測

錨桿檢測規(guī)范7.1.3條，驗(yàn)收荷載應(yīng)等于抗拔承載力特征值與錨桿安全系數(shù)的乘積。

錨桿檢測規(guī)范3.2.8條，錨桿檢測數(shù)量不應(yīng)少于錨桿總數(shù)的5%，且不應(yīng)少于5根。3.2.9條，當(dāng)驗(yàn)收試驗(yàn)出現(xiàn)不合格錨桿時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大抽檢。擴(kuò)大抽檢的數(shù)量應(yīng)為不合格錨桿數(shù)量的2倍。

錨桿檢測在混凝土墊層上進(jìn)行，當(dāng)表層地基土承載力較差時(shí)，可通過在墊層面上鋪設(shè)鋼板或架設(shè)鋼梁作為檢測設(shè)備反力架，避免表層地基破壞，影響試驗(yàn)結(jié)果。

6 總結(jié)與思考

抗拔錨雖桿設(shè)計(jì)原理簡單，施工工藝成熟；但仍有諸多細(xì)節(jié)需要注意。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分了解施工工藝與地質(zhì)特征，施工單位也應(yīng)全面了解設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)意圖，現(xiàn)場實(shí)施過程中出現(xiàn)與設(shè)計(jì)圖紙或地勘資料不符的任何情況，各單位之間均應(yīng)及時(shí)溝通，施工過程全程監(jiān)管到位，才是保證錨桿可靠有效的根本。