结合工程探讨预应力抗拔锚杆技术
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摘要：某体育馆工程地下室有严格的抗浮要求，管桩基础抗拔力根本承担不了地下水浮力与大斜柱的拉力，在传递拉力的大斜柱下部承台部位，设计了预应力抗拔锚杆。整个工程共设计160根，长度14.5m～30m，本文主要对其应用情况作分析探讨。
Abstract: a stadium project have strict requirements of the basement anti_floating, pile foundation of basic cannot afford to pull force groundwater buoyancy and big inclined column pulling force, in the passing of the great tension inclined column pile caps is site, the design of the prestressed BaMao stem. The whole project design of 160 root, length of 14.5 m ~ 30 m, this paper discussed the applications.
Keywords: stadium; Foundation pit; Slope shoring; prestressed resistant extraction rock bolt
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
0、前言
在地下基坑边坡支护工程中，打设抗拔锚杆能很好地改变受力状态，有利于基坑边坡及支护桩的稳定并降低边坡支护工程的成本，因而在深基坑支护工程中得到广泛的应用，国内的相关设计与施工规范也已经出台。
由于抗拔锚杆在承担拉力上的固有功能，施工成本不高，有着较好的应用前景。近年来，在地下水丰富的地下工程中，为解决地下建（构）筑物的抗浮问题，不断出现设计采用抗拔锚杆作为抗拉或抗拔构件的工程实例。
1、工程概述
某体育馆工程占地41.9公顷，包括36000座位的体育馆与2800座位的游泳馆等。其中体育馆建筑面积123125m2，在平面布局上采用外圈圆套椭圆对称的布置形式，主体建筑看台部分地上3层，地下2层，为钢筋砼框架结构，屋盖为大跨度钢结构和索膜结构。
按工程地质勘探报告，该工程建设场地的土层分布如表1：
（表1 建设场地土层分布情况）
该工程临近河畔，建设场地中地下水丰富，并受河水涨落潮影响。地下室的开挖深度范围内基本为粉细砂层，地下水渗透性很强。因此，该工程地下室（包括各条地下通道与各个水池等）有严格的抗浮要求。
2、预应力抗拔锚杆的应用目的
在该工程的U~~T轴间沿环行均匀设置了40个大斜柱来承担体育馆上部结构的荷载，其下大承台（14T500）设计为：长11.25m×宽4.00m×高3.20m，砼强度等级C50。每个大承台下施打了14条高强预应力砼管桩（PHC），φ500×125（AB型），桩身砼强度等级C80，单桩竖向承载力特征值2300 kN，竖向抗拔力特征值300kN。
大承台上部两根大斜柱中，1根传递压力，另1根传递拉力。由于建筑物屋盖为面积庞大的索膜结构，承受的风荷载相当大，因而大斜柱受拉力很大，要求大承台具有较强的抗倾覆能力。而管桩的抗拔力根本承担不了地下水浮力与大斜柱的拉力，故在传递拉力的大斜柱下部承台部位，设计采用了预应力抗拔锚杆。
设计的抗拔锚杆φ170mm，单根锚杆抗拔力特征值1000kN，预应力锁定值800kN。锚杆体为9φs15.2（7φ5，fptk=1860Mpa）的高强低松驰钢绞线，采用OVM15型张拉端锚具（穴模）及相应配件，包括锚垫板、锚板、螺旋筋与夹片等。每个大承台4根锚杆，共计160根，长度14.5m～30m，上端用千斤顶张拉后锚固于承台的上表面。如下图1。
（图1 大承台中预应力抗拔锚杆设计示意图）
3、锚固力设计计算
抗拔锚杆的设计，锚杆体抗拉强度较易满足，计算也比较简单，关键在于其所能承受或提供的锚固力大小以满足建（构）筑物的抗拔荷载要求，计算简图如下图2，锚固力计算公式：
（1）
式中： —锚杆的锚固段长度； —锚固体直径； —锚固长度有效因子； —灌浆体与预应力筋的握裹力或灌浆体与岩层间的粘结强度。
由上式1可知：决定锚杆极限抗拔力的主要因素有：锚固体直径、锚固体长度、锚固体周围岩体的抗剪强度。因而锚杆锚固力的大小，除了锚杆体及钻孔等因素之外，更取决于岩层受锚杆拉力时所能提供的抗力，这种抗力只有在大于锚杆锚固力时才能保证稳定。
锚杆主要有几种破坏形态：①锚杆断裂；②沿锚杆体与注浆体界而破坏；③沿注浆体与地层界而的破坏；④埋入稳定地层深度不够使地层呈锥体拔出；⑤注浆体被压碎丧夫锚固能力；⑥群锚夫效。
依据上述理论和该工程的实际情况，施工前，根据土工试验确定的锚固区土层抗剪强度，通过水泥浆试验确定水泥浆强度，通过钢绞线抽出性试验确定水泥浆的握裹力，通过上述的参数复核锚杆的抗拔承载力。
（图2 抗拔锚杆锚固端示意图）
4、施工工艺要点
在承台垫层施工后钻锚杆孔清孔植入预应力筋灌浆锚固绑扎承台钢筋、预应力套管定位支模、浇筑承台（承台砼浇注时注意预应力套管）在承台浇筑后砼达到75%强度并不少于7天进行预应力张拉、锚固锚头密封、地下室底板施工。
4.1 合理锚固长度
锚固段并不是越长越好。一般情况下，单根预应力钢绞线的锚固区应力为倒三角形分布，而该工程锚杆与管桩的间距较小，在锚杆周围的某角度范围内为梯形分布，但锚固区整体受力基本相同，即开始加载时，锚固区上部首先进入工作状态，继续加载时，下部的锚固区逐渐起作用，当到达锚固力时，再往下的区段基本不参加工作。故在施工时，可以根据钢绞线的外径和水泥浆的握裹力确定最合力的锚固长度。
4.2 成孔及清孔
钻孔时采用泥浆护壁并捷渣，清孔采用清水或高压风。为保证清孔效果，不能用泥浆作为冲洗液，否则因泥浆附着于钻孔孔壁起隔离作用，使水泥浆体与孔壁间的摩擦力大为减少。钻孔完毕，采用清水与高压风联合作用，将孔内残渣及孔壁清洗干净。
4.3 钢绞线的防腐
锚杆体为9φs15.2钢绞线，在长期高应力状态下，若受腐蚀将直接影响其应力状态甚至导致断裂从而影响结构的安全性和耐久性。作为锚杆的预应力钢绞线自由段部分直接暴露在地下的水、酸等腐蚀介质中，该工程预应力钢绞线采用环氧树脂保护层，外包HDPE塑料套管。
使用的材料有出厂合格证明书,符合国家标准；对环氧树脂进行相关检测，通过盐雾试验检测耐腐蚀和抗老化性；用无损检测来检查涂层连续性、厚度均匀性；用涂层粘附性试验和砼抽出试验检查其粘结强度等。端头的密封水泥浆施工时，应用特殊配制水泥浆，严格控制水泥浆的密实性、含水率和氯化物含量。
此外，在锚固力复核计算时，考虑预应力钢绞线的腐蚀率，该工程参考欧洲的相关规范并结合自有经验，按70年建筑使用年限，计算时考虑1mm锈蚀量。