摘要：扩大头锚杆抗拔力大，位移小，可靠性高，安全性好，在国内外建设工程的基础抗浮、基坑支护和边坡支护工程中已有广泛应用。文中叙述了某工程抗浮锚杆的设计过程和注意事项，以期为同类工程提供参考。
关键词：扩大头锚杆；抗浮设计；囊袋；
建筑物在施工和使用阶段均应符合抗浮稳定性要求，在建筑物使用阶段，应根据设计基准期抗浮设计水位进行抗浮设计[1]。在地下水位较高的场地，无上部高层结构的纯地下室部分就存在抗浮问题，一般可采用增加地下室结构配重、设置抗浮锚杆或抗拔桩、基础底板下释放水浮力等措施来解决地下室的抗浮问题，其中采用抗浮锚杆是一种相对经济有效的解决方法。而相对于普通等直径锚杆，扩大头锚杆可以提供更高的抗拔力，减小位移，且更安全可靠，在地下室抗浮设计中得到了广泛应用。
1、项目概况
本工程为住宅小区，位于宁海县梅林，上部6幢18层高层住宅及5幢4层排屋由一层地下室在底部连通，地下室平时为汽车库，战时局部为常6级核6级二等人员掩蔽所。地下室层高3.7m，顶板标高-1.2m，局部-1.6m，底板标高-4.9m，局部-5.3m，纯地下室区域顶板上覆土厚度0.75~1.1m。±0.000相当于1985国家高程21.300m。
勘察深度范围内岩土层分层自上而下如下：
①层杂填土（Q4ml）：杂色，松散，主要由建筑垃圾、碎石及粘性土等组成，新近堆填，土质不均匀。
②层粉质粘土（Q4al）：黄褐色，可塑，中等压缩性，含少量铁锰质斑点状氧化物，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，无摇震反应，土质不均匀，局部含砂。顶部0.2m为耕植土，含植物根系。
③-1层圆砾（Q3al+pl）：全场分布。黄褐色，稍密～中密，饱和，组成中圆砾含量占50～60%，充填物为中细砂及粘性土，粘粉粒含量占8.2～54.7%，圆砾最大粒径大于8cm，以亚圆状为主，颗粒级配不良，圆砾母岩成份为凝灰岩，土质不均匀，局部夹卵石或漂石。层厚4.00～0.70m，层顶高程21.23～16.67m。
③-2层圆砾（Q3al+pl）：黄褐色，中密，饱和，组成中圆砾含量占50～60%，充填物为中细砂及粘性土，粘粉粒含量占5.2～46.1%，圆砾最大粒径大于8cm，以亚圆状为主，颗粒级配不良，圆砾母岩成份为凝灰岩，土质不均匀，局部夹卵石或漂石。层厚13.20～2.00m，层顶高程19.63～14.35m。
③-3层圆砾（Q3al+pl）：黄褐色、灰褐色，中密，饱和，组成中角砾含量占50～60%，充填物为中细砂及粘性土，粘粉粒含量占8.7～32.2%，圆砾最大粒径大于8cm，以亚圆状为主，颗粒级配不良，圆砾母岩成份为凝灰岩，土质不均匀，局部夹卵石或漂石。
④-1层强风化凝灰岩（J3）：灰褐色，风化裂隙很发育，岩芯呈碎块状，少量砂土状，原岩结构大部分破坏，回转钻进速度较慢。
④-2层中风化凝灰岩（J3）：灰褐色，风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状，少量碎块状，原岩结构、构造清晰，块状结构，岩石较坚硬，该层未揭穿。
2、抗浮措施及计算
根据地质勘查报告，结合建筑物及场地情况，抗浮设计水位取为1985年国家高程20.000m，相对标高为-1.3m。由于底板下土层地基承载力较高，高层住宅下基础采用1.1m厚平板式筏形基础，排屋及纯地下室区域为独立基础加0.4m厚防水板。经计算，高层住宅自重及压重满足抗浮要求，而排屋及纯地下室区域不满足，需采取抗浮措施。若采用抗拔桩，将不能充分利用土层较高的地基承载力，造成浪费，故本工程在抗浮不够区域采用抗浮锚杆。
根据场地的地质条件和土层基本参数，综合考虑地下结构的埋深和抗浮锚固分项的造价最优化，本工程选取第③-2层圆砾层作为扩大头锚固段持力层。
2. 1 单锚承载力计算
依据《高压喷射扩大头锚杆技术规程》[2] (JGJ/T 282—2012)，对试桩的单根高压喷射扩大头锚杆抗拉力特征值Tak按如下公式计算：.png)
对于竖直锚杆，有.png)
式中符号详见规范。
根据各区块浮力大小区别，设计采用两种规格的锚杆。
规格1：单根锚杆总长为8.6m（有效长度8.0m），扩体段直径500mm，扩体段长度为2.0m；普通锚固段直径180mm，长度为6.0m。锚杆杆体采用1根PSB930Φ32的预应力混凝土用螺纹钢筋，单根锚杆抗拔承载力特征值取400kN。
规格2：单根锚杆总长为6.6m（有效长度6.0m），扩体段直径500mm，扩体段长度为2.0m；普通锚固段直径180mm，长度为4.0m。锚杆杆体采用1根PSB930Φ28的预应力混凝土用螺纹钢筋，单根锚杆抗拔承载力特征值取300kN。
2.2、杆体配筋校核
对于锚杆杆体强度验算，根据《高压喷射扩大头锚杆技术规程》(JGJ/T 282—2012)公式：.png)
Kt为锚杆杆体的抗拉断安全系数，本工程取1.55；Tak为锚杆的抗拔力特征值；fy为预应力力混凝土用螺纹钢筋和普通热轧钢筋的抗拉强度设计值。
杆体配筋同时需满足验收试验的最大试验荷载，根据规范取值为不小于锚杆抗拔力特征值的1.5倍。本工程杆体配筋验算均满足。
2.3、锚杆布置
按照结构柱所需的抗浮力及锚杆抗拔力特征值，在排屋及纯地下室区域每柱底布置1~2根锚杆，1根时布置在柱底，2根时在柱两侧，且间距大于2m。本工程共布置了规格1的锚杆161根、规格2的锚杆110根。
4、防腐设计
本项目抗浮工程属于永久性工程，需要考虑地层介质的腐蚀作用。根据地勘报告对场地水及场地土对混凝土结构及结构中钢筋的腐蚀性评价，本工程锚杆采用Ⅱ级防腐构造，锚杆杆体钢筋外涂环氧富锌类底料，要求涂层与钢铁基层的附着力不低于5MPa，涂层与水泥基层的附着力不低于1.5MPa，涂层厚度要求＞280μm，杆体外注浆体保护层厚度满足在非扩大头段大于20mm及扩大头段大于100mm的要求，锚杆与垫层、锚杆与底板交接处采用聚合物水泥砂浆封闭，聚合物水泥砂浆的品种可选用氯丁乳胶水泥砂浆和环氧乳液水泥砂浆，封闭厚度不小于5mm，锚杆杆体在基础范围内设置2道遇水膨胀橡胶止水环。
5、特殊设计及施工注意事项
扩大头锚杆施工流程一般为钻孔，高压旋喷扩孔，放置锚杆杆体，注浆。本工程锚杆采用了中国京冶的发明专利，在扩大头段底部设置了长1.4m的囊袋，将装配式扩体锚杆植入钻孔中的预设位置后，孔内注浆完毕后，通过预设的分离式注浆管，再在囊袋内注入一定配比的水泥浆，囊袋逐渐打开向预设的形状膨胀，同时囊体周围土体和浆液逐渐被压密，通过计算囊袋体积来配制浆液量，同时囊袋自带单向减压阀，确保囊袋充分打开又不致压力过大而破裂。成型后囊袋内结石体强度大于30MPa，同时囊袋被外围水泥土包围，可以为扩大头的形成及抗拔力的充分发挥提供保证。
锚杆施工应选用合适的施工工艺，成孔，清孔和注浆是锚杆成败的关键，应注意严格控制施工质量。锚杆施工前应在场地先施工3根基本试验锚杆，锚杆基本试验的地质条件、锚杆材料和施工工艺等应与工程锚杆一致。基本试验锚杆承载力检测结果需设计认可后方可进行工程锚杆施工。工程锚杆施工完毕后应按规范进行抗拔力检测，工程锚杆承载力检测合格后方可进行基础施工。
6、结语
在建筑物设计使用年限内，地下水位可能会有很大变化，在科学的确定抗浮设计水位的同时，抗浮措施也必须满足长时间的安全可靠，普通锚杆和扩大头锚杆施工便捷，性价比高，在建筑物抗浮中应用越来越多，而扩大头锚杆可以提供更大的抗拔力，更安全可靠，通过在扩大头段设置囊袋，能为扩大头的形成提供保证，具有较高的推广价值。
本工程目前还未进入施工阶段。
参考文献
[1] 全国民用建筑工程设计技术措施（2009）结构（地基与基础）[Z]. 北京：中国计划出版社，2010.
[2] 高压喷射扩大头锚杆技术规程[S]. JGJ/T 282—2012. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
作者简介
齐陈念（1983.6）男，浙江宁波
工作单位 宁波建筑设计研究院有限公司
从事结构设计
论文作者:齐陈念 吕坚
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/7
标签：锚杆论文; 工程论文; 地下室论文; 特征值论文; 凝灰岩论文; 承载力论文; 土质论文; 《基层建设》2016年15期论文;