基坑工程中抗浮锚杆的设计与施工技术研究

曹杰1

中冶成都勘察研究总院有限公司 四川 成都 610023

摘要：由于建筑物自重及其它外部因素产生的综合荷载不足以平衡地下水所产生的浮力时，必须在基础地板施加一定的竖向外力以平衡浮力，抗浮锚杆就是利用锚杆自身的抗拉强度所产成的抗拉力、锚杆与土层之间的摩擦力所产生的抗拔力，对基础底板上浮的趋势进行约束，起到抵抗基础上浮的作用。本文结合实际工程项目，介绍了基坑抗浮锚杆的设计计算和施工工艺，成果可为类似工程提供借鉴。

关键词 基坑工程；抗浮设计；整体稳定性；施工技术

1 工程概况

成都“礼仪职中建设工程”位于成都武侯区金兴北路。该工程规划净用地面积71271.55m²，规划总建筑面积157191.30 m²，本项目主要由综合楼、实训楼、学生宿舍3栋小高层建筑和3栋1～6F多层建筑组成，红线范围内局部设一层地下室，地下建筑面积33317.43 m²，建筑及纯地下室均拟采用框架结构，天然地基，独立柱基。

本工程地下室结构设计要求指定区域需布置抗浮锚杆，区域一，抗浮力标准值为20KN/m²；区域二，抗浮力标准值为24kN/m²；区域三，抗浮力标准值为26kN/m²；区域四，抗浮力标准值为29kN/m²；区域五，抗浮力标准值为36kN/m²；区域六，抗浮力标准值为40kN/m²。

2 抗浮锚杆的设计

2.1 单根抗浮锚杆轴向拉力设计值

抗浮锚杆及基坑支护设计所需参数建议值如表1所示：

表1 抗浮锚杆及基坑支护设计所需参数建议值

根据建筑地基基础设计规范(GB50007—2011)4.6.6节^[1]，永久性锚杆的锚杆拉力设计值N_d=1.35γ_wN_k，其中γ_w为工作条件系数，一般情况取1.1，N_k为锚杆拉力标准值。

锚杆采用正方形布置。则单根抗浮锚杆轴向拉力设计值N_d的计算值为：

区域一，锚杆间距2.5，N_d=1.35×1.1×2.5×2.5×20=185.63kN，本次取N_d =190.00kN。

类似地，可计算区域二N_d =230.00kN；区域三N_d =230.00kN；区域四N_d=227.81kN；区域五N_d =230.00kN；区域六N_d =230.00kN。

2.2 锚杆配筋与长度设计公式的采用

（1）抗浮锚杆钢筋截面面积的计算

根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086-2015），按下式计算配筋量：

A_s=N_d⁄f_y （1）

式中，A_s为钢筋锚杆杆体的截面面积(mm²)；N_d为锚杆轴向拉力设计值(kN)；f_y为普通钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)，取fy=360N/mm2（HRB400级钢）。

抗浮锚杆钢筋配筋：

区域一，As≥190KN÷360 N/mm2 =527.78mm²

配筋根数：考虑到基本实验及验收试验荷载分别锚杆设计值的1.5倍。当锚杆取3根HRB400 22螺纹钢时，As=1139.82mm²>527.78×1.5=791.67mm²，满足设计要求。

区域二、区域三、区域四、区域五、区域六，As≥230KN÷360 N/mm² =638.89mm²。

配筋根数：考虑到基本实验及验收试验荷载分别锚杆设计值的1.5倍。当锚杆取3根HRB400 22螺纹钢时，As=1139.82mm2>652.78×1.5=958.33mm²，满足设计要求。

计算结果见下表2：

表2 锚杆钢筋截面积设计计算表

（2）抗浮锚杆长度计算

依据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086-2015），抗浮锚杆锚固段长度可按式3.1.1及式3.1.2进行估算，并取其中的较大值：

L_a >(kN_d)⁄(πDf_mg ψ) （2）

L_a>Nd/(nπdξf_ms) （3）

式中，k为锚杆锚固体的抗拔安全系数（Ⅰ级永久性锚杆取2.2）；N_d为锚杆或单元锚杆的轴向拉力设计值（kN）；L_a为锚杆锚固段长度（m）；f_mg为锚固段注浆体与地层间的极限粘结强度标准值（kPa）。根据地勘报告，抗水板底以下土层主要为稍密卵石、中密卵石及密实卵石层，偶见中砂及松散卵石层，本工程设计时粘结强度标准值综合取为120kPa；f_ms为锚固段注浆体与筋体间的极限粘结强度标准值（kPa），取900kPa；D 为锚杆锚固段钻孔直径（mm），取150mm；d为锚筋的直径（mm）；ξ为采用2根或2根以上钢筋时，界面的粘结强度降低系数，取0.7～0.85，本次取0.8；ψ为锚固段长度对粘结强度的影响系数，本次取1.0；n为钢筋根数；

区域一抗浮锚杆长度计算：

L_a >(kN_d)⁄(πDf_mg ψ)=2.2×190÷3.14÷0.15÷120÷1.0=7.40

L_a>Nd/(nπdξf_ms) =190÷3÷3.14÷0.022÷0.8÷900=1.27m

依据成都市城乡建设委员会《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》的通知（成建委［2018］573号），第二十三条抗浮锚杆设计应将上部不小于0.5m的长度作为构造段。土层锚杆的锚固段长度不应小于6.0m，岩石锚杆的锚固段长度不应小于3.0m。故抗浮锚杆长度取为：7.4+0.5=7.9m，取7.9m。

类似地，区域二、区域三、区域四、区域五、区域六抗浮锚杆长度可计算得9.5m。

2.3 抗浮锚杆整体抗浮验算

区域一，总浮力值设计值20kN/m²×1.35×1.1×29988.6 m²=890661.42kN＜总抗浮力设计值190kN/根×4885根=928150.00kN。类似地，可计算区域二总浮力值设计值35076.89kN＜总抗浮力设计值36110kN；区域三总浮力值设计值5610.00kN＜总抗浮力设计值6440.00kN；区域四总浮力值设计值27346.28kN＜总抗浮力设计值27830.00kN；区域五总浮力值设计值60131.81kN＜总抗浮力设计值65550.00kN；区域六总浮力值设计值55936.98kN＜总抗浮力设计值64400.00kN。

通过验算，该抗浮锚杆布置方案能满足整体抗浮要求。

3 抗浮锚杆施工工艺及技术要求

根据不同区域的锚杆长度进行施工，杆体直径150mm，采用YXZ-90专用锚杆钻机，以空压机驱动偏心潜孔锤跟管钻进成孔，终孔后在孔内置入螺纹热轧钢筋及灌浆管，然后拔除套管后压浆锚固形成直径约为150mm的抗浮锚杆。

具体施工工艺为^[2-3]：

①测量放孔由土建施工单位放出拟建筑轴线，按照具体的《抗浮锚杆平面布置图》测放锚杆位置；②采用哈迈YXZ-90型锚杆钻机跟管钻进。成孔时孔位准确，钻孔垂直，孔深符合设计要求并及时做好成孔深度记录；③成孔后及时清孔；④钢筋制安主筋采用机械连接，按照设计要求下料，沿杆体轴线方向每隔2.0m设置一个箍筋，箍筋采用Ф8钢筋制作，把钢筋、箍筋焊接牢固。钻孔完成且清孔后，将制作好的钢筋和注浆管下入孔中，要求下至设计深度，误差不超过10cm。注浆管端口距孔底20～30cm。⑤下完钢筋后开始拔出套管，拔管时应保证钢筋不随管拔出；⑥通过注浆管进行压力注浆。注浆材料采用P.0.42.5R水泥，按水灰比0.45～0.5配制纯水泥浆，要求第一次灌浆至浆液返出地面为止，再间隔5分钟左右观察如孔内浆液低于地面下10cm时应进行第二次压力补浆，直至浆液稳定；⑦注浆完毕后按照设计图纸要求进行质量自检；⑧自然养护天数大于14天；⑨数量取每种类型锚杆总数的5%，且不少于6根。试验荷载为锚杆轴向拉力设计值的1.5倍，由第三方单位进行；锚杆抗拔试验及验收合格后，即可进行基础施工。

4 结论

本文介绍了基坑工程中，抗浮锚杆的设计与施工技术，在满足技术要求的前提下，若受到现场条件的制约，工期紧，任务重，抗浮锚杆具有可操作性和实施性，其施工作业效率高、工期短且成本较低等优点，研究成果对与本项目相似的工程具有借鉴和参考意义。

参 考 文 献：

[1] 黄琪祺,周健.抗浮锚杆在工程设计中的应用[J].土工基础,2008,22(3):1-3.

[2] 建筑地基基础设计规范(GB50007—2011)[S].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部､中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2012.

[3] 孙垚.抗浮锚杆在工程设计中的应用[J].山西建筑,2014,40(5):72-73.

1曹杰，1988年11月生，男，汉族，四川省泸县人，本科，工程师，从事岩土工程勘察及施工。联系地址：成都市锦江区三色路“五冶大厦”A区1707室，邮编：610023，电话：15882412008

基金项目：无