錨桿抗拔試驗(yàn)在地下室的運(yùn)用

梁洪康，楊鐵林，王其勝，沈飛，楊智碩

（嘉應(yīng)學(xué)院，廣東 梅州 514000）

隨著地表面用地緊張，建筑行業(yè)只能不斷進(jìn)行科學(xué)的革新，建筑從地表面的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到地下空間來(lái)。從抗浮錨桿對(duì)地下室抗浮的影響實(shí)驗(yàn)到抗浮錨桿施工技術(shù)的出現(xiàn)再到抗浮錨桿在地下工程的運(yùn)用等，這些優(yōu)秀的前人經(jīng)驗(yàn)不斷地對(duì)我們建筑科技的進(jìn)步提供了經(jīng)久不衰的動(dòng)力。本論文以梅州某監(jiān)察院地下室的施工為例，通過(guò)在該項(xiàng)目實(shí)地勘察與實(shí)驗(yàn)得到單錨抗拔的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與相關(guān)文獻(xiàn)所獲得的群錨效應(yīng)比較，得出的抗浮錨桿在地下室的優(yōu)化運(yùn)用和優(yōu)化方案。

1 工程概況

1．1 工程概況

梅州某地下室受廣東省代建項(xiàng)目管理局委托，對(duì)基礎(chǔ)錨桿進(jìn)行了基礎(chǔ)錨桿抗拔試驗(yàn)，目的是檢測(cè)基礎(chǔ)錨桿的抗拔承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，確定本次檢測(cè)11根基礎(chǔ)錨桿。這些錨桿成孔平均直徑為169mm，錨桿長(zhǎng)度為7500mm，桿體材料與材料強(qiáng)度為C25，錨桿類型為巖石錨桿。根據(jù)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，各類檢測(cè)錨桿的有關(guān)參數(shù)見表1。檢測(cè)錨桿位置平面圖見圖1。

表1 各類檢測(cè)錨桿的有關(guān)參數(shù)

圖1 檢測(cè)錨桿位置平面圖

1．2 檢測(cè)所用儀器設(shè)備、方法

本次試驗(yàn)采用反力樁或地基提供支座反力，反力架的承載力具有1.2倍的安全系數(shù)，試驗(yàn)時(shí)用油壓千斤頂分級(jí)加載。試驗(yàn)加載方法采用：試驗(yàn)加載方法和沉降觀測(cè)。

1．3 試驗(yàn)加載過(guò)程

加載分級(jí)進(jìn)行，采用逐級(jí)等量加載，分級(jí)荷載宜為最大試驗(yàn)荷載的1/10。每級(jí)荷載施工完成后，應(yīng)每間隔10min測(cè)讀一次位移量：巖石錨桿／土層錨桿30min內(nèi)的錨頭位移增量不大于0.05mm/0.10mm時(shí)，可視為錨頭位移達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，則可繼續(xù)施加下一級(jí)荷載。各類錨桿的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2。

圖2 錨桿試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1．4 試驗(yàn)檢測(cè)依據(jù)

本試驗(yàn)依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》（DBJ/T 15-60-2019)。

2 結(jié)果分析

2．1 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

以下情況說(shuō)明了11根受檢基礎(chǔ)錨桿的抗拔承載力特征值均滿足設(shè)計(jì)要求：（1）錨桿桿體沒(méi)有被破壞；（2）該級(jí)荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨頭位移增量沒(méi)有達(dá)到或超過(guò)前一級(jí)荷載產(chǎn)生的單位荷載下的位移增量的5倍；（3）土層錨桿在3h內(nèi)、巖石錨桿在2h內(nèi)，錨頭位移已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；（4）已加載至最大試驗(yàn)荷載值，且錨頭位移達(dá)到位移相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

從圖3中可以看出：錨桿編號(hào)5#、18#、117#、141#在荷載500KN發(fā)生位移的平均值為6.695；錨桿編號(hào)20#、64#、76#、213#在荷載500KN發(fā)生位移的平均值為11.1175；錨桿編號(hào)114#、177#、188#在荷載500KN發(fā)生位移的平均值為8.78。

圖3 錨桿荷載-位移抗浮試驗(yàn)折線圖

2．2 試驗(yàn)分析

根據(jù)圖3錨桿荷載-位移抗浮試驗(yàn)折線圖及相關(guān)規(guī)范的情況，說(shuō)明了單根錨桿的極限承載力能夠很好的滿足要求，并能保證良好的抗拔性能。但是，在錨桿與錨桿之間分布距離較近的時(shí)候，錨桿之間會(huì)發(fā)生一定量的影響，抗浮錨桿在受到荷載的作用下，對(duì)于該錨桿周圍的土體會(huì)產(chǎn)生影響，因此對(duì)于另外一根錨桿也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

根據(jù)史三元、崔立杰的研究可表明在滿足要求的情況下植入單根錨桿，該錨桿的承載力與鋼筋發(fā)生破壞時(shí)的承載力非常的接近，但是當(dāng)在一定的范圍內(nèi)植入三根或者三根以上的錨桿時(shí)，其產(chǎn)生的承載力并沒(méi)有得到極大的提升。相反，會(huì)因?yàn)樵诰植康姆秶鷥?nèi)隨著錨桿數(shù)量的增加而使得群錨的承載力損失，因而造成承載力的下降，而鋼筋相對(duì)于之前的滑移量也會(huì)減少，這就是群錨效應(yīng)所帶來(lái)的危害。隨著錨桿數(shù)量的逐步增加，產(chǎn)生的群錨效應(yīng)也會(huì)越發(fā)的明顯。

兩個(gè)錨桿之間的距離，由兩個(gè)因素所決定，一是需要抵抗地下水浮力的抗浮條件，二是單一錨桿所提供的抗拔力。在兩個(gè)錨桿水平間距過(guò)于近時(shí)，錨桿間在土中產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)發(fā)生疊加，這種影響會(huì)使錨桿的抗拔能力下降，同時(shí)錨桿的位移量增大，此種現(xiàn)象則是錨桿的群錨效應(yīng)。通過(guò)Yilmaz.M（M.圖格魯爾·伊爾馬茲）、Larnach.W.J及Mcmullan.D.J的研究可發(fā)現(xiàn)，錨桿群中每個(gè)錨桿件受到的荷載是不均勻分布的，群錨桿的承載效率都是基本低于單一錨桿件的承載效率，群錨的工作效應(yīng)和單錨桿的工作效應(yīng)不相等，群錨的承載力與單錨桿的承載力之和也不相等。

2．3 對(duì)于抗浮錨桿承載力的關(guān)鍵性影響因素

因此在部分大量使用錨桿來(lái)提高錨固的承載力的基建工程中，在檢測(cè)之時(shí)通過(guò)單純的檢測(cè)單個(gè)錨桿的極限抗拔承載力時(shí)，會(huì)得到具有誤差的數(shù)值，當(dāng)按照固定步驟所布置錨桿而忽略群錨效應(yīng)時(shí)，會(huì)在地下水偶然性的上漲時(shí)不能滿足極限抗拔承載力的要求。以下是部分因錨桿的極限抗拔承載力不足引發(fā)的事故：（1）2019年，某工程因無(wú)法靠自重抵抗地下水浮力而導(dǎo)致其發(fā)生上浮。（2）2020年，南昌市某地下室因連續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致地下水浮力增大致使40多根承重柱開裂。

另外，也會(huì)因?yàn)樵跈z測(cè)單根錨桿時(shí)忽略群錨效應(yīng)，不合理的布置錨桿，不符合經(jīng)濟(jì)性，導(dǎo)致工程預(yù)算的增加。因此，引入并應(yīng)用群錨效應(yīng)系數(shù)顯得尤為重要，在引入群錨系數(shù)后可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膸r石土層以及地下水的實(shí)際情況，合理的計(jì)算所需錨桿的數(shù)量，在保證安全性的基礎(chǔ)上，可減少工程預(yù)算，將經(jīng)濟(jì)性最大化。

工程運(yùn)用及部分研究顯示，錨固土層的特性和錨桿的形狀對(duì)于抗浮錨桿承載力有著重要的影響因素，孫濤對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的抗拔實(shí)驗(yàn)，采取不同的施工流程工藝，得出以下結(jié)論：第一，錨固土層的性質(zhì)對(duì)于抗拔錨桿的極限承載力的影響是非常大的。而在承受荷載小時(shí)，對(duì)荷載-位移的影響很細(xì)微。第二，運(yùn)用變截面錨桿時(shí)可使側(cè)摩阻力提升，可以使抗拔承載力提高，也可使在相同受到荷載的位移減少。

另外唐孟華、曹紹林在實(shí)驗(yàn)中得出，在一定的長(zhǎng)度內(nèi)，可以根據(jù)實(shí)際情況增加自由端的長(zhǎng)度，可以在一定范圍內(nèi)使錨桿的極限抗拔能力提升，但是超過(guò)了一定的范圍，增加錨桿的自由端長(zhǎng)度，其承載力不會(huì)得到提升，更有甚者會(huì)使其下降。

在國(guó)內(nèi)外的部分群錨抗浮工程中，會(huì)使用一些方式來(lái)減少群錨效應(yīng)，例如將錨桿與土層形成不同的角度插入，使錨固段在土層深處張開、將錨固段放置在土層的不同深度形成錯(cuò)開的位置、拉遠(yuǎn)錨桿之間的水平距離等。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）探究單錨基礎(chǔ)在多種典型巖石地基中的抗拔極限拉力的問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資料查找文獻(xiàn)以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)錨桿抗拔實(shí)驗(yàn)的分析，檢驗(yàn)了錨桿在接近極限拉力條件下的工作性能和安全程度。

（2）發(fā)現(xiàn)了錨索設(shè)計(jì)施工中的缺陷，引入了群錨效應(yīng)系數(shù)，分析了錨桿間距對(duì)群錨基礎(chǔ)承載性能的影響，從多方面探究分析基礎(chǔ)錨桿抗拔試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，有效提高了工程土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并且能降低工程造價(jià)，施工更加方便，加固周期縮短。