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摘要：主要介绍锚杆作为岩石地基水池抗浮措施的工程实践，采用锚杆抗浮替代管桩抗拔，即减少可大型设备进退场费用，又解决岩石地基无法施工管桩的的困境。相对于采用冲孔灌注桩作为抗拔桩，以及采用浇筑大量混凝土增加自重抗浮更为经济，是工程中水池抗拔设计的一种不错选择。
关键词：岩石锚杆;抗浮设计;锚固长度;耐久性
随着我国综合国力的增强，城市的不断发展扩大，人们生活、工业生产和环境保护的需要，污水处理水池类构筑物工程的建设逐年增多。水池一般都是现浇钢筋混凝土结构，抗浮是设计的基本要求之一，当构筑物自身重量不能满足整体或局部抗浮要求时，就必须对构筑物采取一定的抗浮措施。
在传统的抗浮设计中，不外乎采用抗拔桩（管桩）或增加压重以达到满足抗浮要求。在具体工程实践中，对于岩石地基上水池抗浮而言，采用锚杆抗浮为上上策。
1.工程及的质概况
1.1工程概况
梅州市江南污水处理厂二期工程总规模：15万m3/d;近期：5.0万m3/d。污水处理厂中的主要构筑物SBR池埋深较深，需要采取抗浮措施。
1.2场地地质概况
本场地原始地貌属低山丘陵地貌，地貌单元属丘陵坡脚及冲积区，经人工开挖填土平整，场地平坦。根据钻孔揭露，场地在勘探深度内的土层为①人工填土层、②冲积土层，③坡积土层、④残积土层及⑤白垩系基岩，SBR池底板以下为白垩系基岩：中风化砂岩。
中风化砂岩：褐黄、褐灰、灰青色，岩石砂质结构，厚层状构造，裂隙发育，岩芯破碎，以块状为主，夹碎块状或短柱状，锤击声较脆，岩质较软岩，岩体基本质量等级分类为Ⅴ类。
2.方案选择及确定
2.1抗浮设计水位的确定
根据地质报告，基岩裂隙发育，富含一定裂隙水，其含水透水性较好。补给来源主要接受梅江河侧向及大气降水补给，其动态受季节性影响。
勘察期间适逢春雨季节，测得各孔内地下水位埋深为0.20～12.00m，标高为68.87～84.01m，综合考虑，将抗浮设计水位取82.75 m（设计地坪标高）。
2.2抗浮措施的比较
水池构筑物抗浮措施常见的有：1、自重抗浮;2、配重抗浮;3、锚固（锚杆和抗拔桩）抗浮;4、通过肓沟排水降水等达到抗浮目的。
本工程场地紧邻河道，地下水和河道发生水力联系，并受大气降水的补给影响，水位和水量的强度季节性较为明显。河道水位较高，因此，欲通过降地下水位来满足抗浮要求时不可行的。
配重抗浮一般适用于于小型池体或结构自重与浮力相差不大的池体，而SBR池面积尺寸大，埋深较深，结构自重抗浮严重不足，若采用大量低标号混凝土压载抗浮，池壁计算高度增加，板厚和配筋相应加大。经技术经济比较，加大结构自重或配重抗浮均不经济。
抗浮锚杆具有良好的地层适应性，断面尺寸小，布置灵活，锚固效率高，由于其单向受力的特点，有利于建筑结构的应力与变形协调，可减少结构造价。本场地水池底板座落在强（中）风化砂岩上，可以充分利用锚杆与岩层间的摩擦力。因此，SBR池采用锚杆抗浮。
3.锚杆的设计
本工程中的锚杆为永久性抗浮锚杆，它通过杆体和注浆体形成的锚固体与岩（土）层之间的摩擦作用传递摩阻力【1】。锚杆的类型的选择同锚杆锚固段所处的岩土层类型、工程特性、锚杆的承载力、锚杆的材料和长度、施工工艺等有关，而其中选择预应力钢筋锚杆或普通钢筋锚杆的在抗浮设计中是一个关键内容。在水浮力作用下锚杆受拉，各种因素引起的锚杆变形可能是水池底板产生竖向位移，水浮力越大位移越大，位移可能会造成底板开裂而发生渗漏。可见应该从控制底板位移和裂缝的角度出发来设计锚杆。本工程从使用要求、工期以及造价等方面综合考虑，抗浮锚杆选用普通钢筋岩石锚杆，杆体采用螺纹钢，用一定的构筑措施，将锚杆顶端预留部分直接浇入混凝土底板。避免预应力锚杆复杂的锚下构造、预应力张拉及封锚等程序，施工简单，工期短。
3.1确定设计荷载
锚杆布置时，为避免应力集中，最小间距不小于1.50m，以免群锚效应发生而降低锚固力。SBR池按2.5 m X2.5 m矩形格网布置。
底板厚400 mm处，抗浮力设计值（未考虑池壁自重）：50.17KN/ m2，抗浮力特征值（未考虑池壁自重）：37.275KN/ m2，
底板厚850 mm处，抗浮力设计值（未考虑池壁自重）：42.25KN/ m2;抗浮力特征值（未考虑池壁自重）：30.19KN/ m2，
底板厚400 mm处，锚杆布置：2.5m X2.5 m，单根锚杆设计值最大荷载为Nt =314KN;单根锚杆抗拔特征值最大荷载为Nt =233KN;
底板厚850 mm处，锚杆布置：2.5 m X2.5 m，单根锚杆设计值最大荷载为Nt =264KN;单根锚杆抗拔特征值最大荷载为Nt =189KN;
3.2确定锚杆钢筋截面面积
目前在现行《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）、《建筑边坡工程技术规范》（GB5030-2002）、《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005【2】、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《土层锚杆设计与施工》（CECS22：90）以及《锚杆喷射混凝土支护技术规程》（GB50086-2001）等规范与规程中都有关于锚杆计算的条文。
由【3】可知，在锚杆抗浮计算中，一般宜采用《岩石锚杆（索）技术规程》进行计算。 根据《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005，第7.4.1条。
由于本工程抗浮锚杆属于永久锚杆，考虑永久破坏后，对池体危害较大，因此抗拔安全系数取K=2.0，杆体截面设计时钢筋抗拉安全系数Kt=1.6。
钻孔直径取D=150mm，选用HRB400级钢筋作为杆体，
As≥Kt.Nt/fyk=1.6x314（或264）/（400）=1256（或1056）mm2，设计选用3根φ25抗拔主筋。
3.3确定锚杆锚固长度
根据《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005中，
式7.5.1-1，有锚杆锚固长度La≥K.NtX1.4/π.D.fmg.φ=2.0x314（或264）/（3.14X150X0.7X1.0）=1905mm（或1601mm）;
式7.5.1-1，有锚杆锚固长度La≥K.NtX1.4/nπd.ζ.fms.φ=2.0x314（或264）/（3X3.14X25X0.70X2.5X1.0）=1524mm（或1281 mm）;
通过计算，锚杆锚固段长度较小，但考虑实际施工诸多不确定因素后，确定定锚杆进入中风化砂岩（层号⑤2）层大于2.0 m，且最小桩长为4.0m。
3.4锚杆耐久性问题
在岩石锚杆工程中，锚杆的耐久性问题越来越受到人们的重视，为保证永久锚杆锚固段钢筋保护层不小于20 mm，应设置对中支架（图1）。
在浮力作用下，底板于地基界面处将形成微小的缝隙，此处的锚杆由于长期受到地下水的侵蚀容易产生锈蚀。因此，对在底板和地基界面上下各250 mm范围内的锚杆涂上环氧树脂防止钢筋锈蚀。对于场地环境为氯化物或化学腐蚀环境，不宜设计永久锚杆，否则，应采取特别费防腐措施，本工程场地不存在腐蚀环境。
4.锚杆的施工
4.1施工顺序
测量放线—→钻机就位—→钻孔—→按放锚杆—→一次注浆—→二次注浆—→成锚。
4.2施工有关要求
锚杆工程施工前，应根据锚固工程的设计条件、现场地层条件和环境条件编制施工组织设计。为确保锚杆施工质量，对施工技术的要求如下。
1）、钻孔前，根据设计要求和地层条件，定出孔位、做出标记;锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于100mm，成孔直径不小于180mm;钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的1%;锚杆钻孔深度不应小于设计长度，应不宜大于设计长度500mm。
2）、锚杆放入钻孔前，应将孔道内的土屑清理干净，并检查杆体的制作加工质量及存储方式，杆体居中支架应符合设计要求（见图1）。安放杆体时，应防止扭曲、弯曲，注浆管宜随杆体一同放入钻孔。安放杆体时，不得损坏防腐层，不得影响正常的注浆作业。
3）、锚杆注浆采用两次注浆，一次注浆时，注浆材料选用灰砂比为1：0.5的水泥砂浆（砂子粒径不大于2mm），注浆压力取1.0MPa，注浆前应进行洗孔，至孔内流出清水时放可进行注浆。注浆作业从孔底开始，自上而下的连续浇注，当孔口溢出浆液时，可停止注浆。二次注浆应在一次注浆形成的注浆体强度达到5.0MPa后进行，注浆材料采用水灰比0.45的纯水泥浆，注浆压力取2.0MPa，注浆材料中必要时可添加适量早强剂。
5.锚杆的验收试验
根据《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005规定，验收试验的锚杆数取锚杆总数的5%，且不得小于3根。最大试验荷载为设计荷载的1.50倍，即Pmax=1.50X314=471kN。根据本工程验收试验曲线：锚头位移相对稳定，满足设计及规范要求。
6.抗浮效果
目前，该水池已投入使用并经过多次汛期的考验，通过沉降观测，池体上测点高程基本没有变化，达到了预期效果。
7.结论
1）、在水池类抗浮设计中，当地基承载力满足要求，而自重抗浮严重不足时，采用土（岩）层锚杆抗浮是可行的。
2）、另外，当底板下有坚硬土层且深度不大时，特别是岩石地基的情况。，设锚杆抗浮与配重抗浮相比，锚杆抗浮效果好，造价低，且有施工简便、快捷。经造价分析比较，本工程锚杆抗浮设计较配重抗浮节约造价50%。
参考文献：
[1]、陈棠菌，王贤能.抗浮锚杆应力——应变状态的线弹性理论分析[J].岩土力学，2006，27（11）：2033-2036
[2]、CECS22：2005 岩石锚杆（索）技术规程[S]
[3]、冷利浩.抗浮锚杆在结构设计中计算方法的合理选择[J].四川建筑.第30卷2期 2010.04
关键词：岩石锚杆;抗浮设计;锚固长度;耐久性
随着我国综合国力的增强，城市的不断发展扩大，人们生活、工业生产和环境保护的需要，污水处理水池类构筑物工程的建设逐年增多。水池一般都是现浇钢筋混凝土结构，抗浮是设计的基本要求之一，当构筑物自身重量不能满足整体或局部抗浮要求时，就必须对构筑物采取一定的抗浮措施。
在传统的抗浮设计中，不外乎采用抗拔桩（管桩）或增加压重以达到满足抗浮要求。在具体工程实践中，对于岩石地基上水池抗浮而言，采用锚杆抗浮为上上策。
1.工程及的质概况
1.1工程概况
梅州市江南污水处理厂二期工程总规模：15万m3/d;近期：5.0万m3/d。污水处理厂中的主要构筑物SBR池埋深较深，需要采取抗浮措施。
1.2场地地质概况
本场地原始地貌属低山丘陵地貌，地貌单元属丘陵坡脚及冲积区，经人工开挖填土平整，场地平坦。根据钻孔揭露，场地在勘探深度内的土层为①人工填土层、②冲积土层，③坡积土层、④残积土层及⑤白垩系基岩，SBR池底板以下为白垩系基岩：中风化砂岩。
中风化砂岩：褐黄、褐灰、灰青色，岩石砂质结构，厚层状构造，裂隙发育，岩芯破碎，以块状为主，夹碎块状或短柱状，锤击声较脆，岩质较软岩，岩体基本质量等级分类为Ⅴ类。
2.方案选择及确定
2.1抗浮设计水位的确定
根据地质报告，基岩裂隙发育，富含一定裂隙水，其含水透水性较好。补给来源主要接受梅江河侧向及大气降水补给，其动态受季节性影响。
勘察期间适逢春雨季节，测得各孔内地下水位埋深为0.20～12.00m，标高为68.87～84.01m，综合考虑，将抗浮设计水位取82.75 m（设计地坪标高）。
2.2抗浮措施的比较
水池构筑物抗浮措施常见的有：1、自重抗浮;2、配重抗浮;3、锚固（锚杆和抗拔桩）抗浮;4、通过肓沟排水降水等达到抗浮目的。
本工程场地紧邻河道，地下水和河道发生水力联系，并受大气降水的补给影响，水位和水量的强度季节性较为明显。河道水位较高，因此，欲通过降地下水位来满足抗浮要求时不可行的。
配重抗浮一般适用于于小型池体或结构自重与浮力相差不大的池体，而SBR池面积尺寸大，埋深较深，结构自重抗浮严重不足，若采用大量低标号混凝土压载抗浮，池壁计算高度增加，板厚和配筋相应加大。经技术经济比较，加大结构自重或配重抗浮均不经济。
抗浮锚杆具有良好的地层适应性，断面尺寸小，布置灵活，锚固效率高，由于其单向受力的特点，有利于建筑结构的应力与变形协调，可减少结构造价。本场地水池底板座落在强（中）风化砂岩上，可以充分利用锚杆与岩层间的摩擦力。因此，SBR池采用锚杆抗浮。
3.锚杆的设计
本工程中的锚杆为永久性抗浮锚杆，它通过杆体和注浆体形成的锚固体与岩（土）层之间的摩擦作用传递摩阻力【1】。锚杆的类型的选择同锚杆锚固段所处的岩土层类型、工程特性、锚杆的承载力、锚杆的材料和长度、施工工艺等有关，而其中选择预应力钢筋锚杆或普通钢筋锚杆的在抗浮设计中是一个关键内容。在水浮力作用下锚杆受拉，各种因素引起的锚杆变形可能是水池底板产生竖向位移，水浮力越大位移越大，位移可能会造成底板开裂而发生渗漏。可见应该从控制底板位移和裂缝的角度出发来设计锚杆。本工程从使用要求、工期以及造价等方面综合考虑，抗浮锚杆选用普通钢筋岩石锚杆，杆体采用螺纹钢，用一定的构筑措施，将锚杆顶端预留部分直接浇入混凝土底板。避免预应力锚杆复杂的锚下构造、预应力张拉及封锚等程序，施工简单，工期短。
3.1确定设计荷载
锚杆布置时，为避免应力集中，最小间距不小于1.50m，以免群锚效应发生而降低锚固力。SBR池按2.5 m X2.5 m矩形格网布置。
底板厚400 mm处，抗浮力设计值（未考虑池壁自重）：50.17KN/ m2，抗浮力特征值（未考虑池壁自重）：37.275KN/ m2，
底板厚850 mm处，抗浮力设计值（未考虑池壁自重）：42.25KN/ m2;抗浮力特征值（未考虑池壁自重）：30.19KN/ m2，
底板厚400 mm处，锚杆布置：2.5m X2.5 m，单根锚杆设计值最大荷载为Nt =314KN;单根锚杆抗拔特征值最大荷载为Nt =233KN;
底板厚850 mm处，锚杆布置：2.5 m X2.5 m，单根锚杆设计值最大荷载为Nt =264KN;单根锚杆抗拔特征值最大荷载为Nt =189KN;
3.2确定锚杆钢筋截面面积
目前在现行《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）、《建筑边坡工程技术规范》（GB5030-2002）、《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005【2】、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《土层锚杆设计与施工》（CECS22：90）以及《锚杆喷射混凝土支护技术规程》（GB50086-2001）等规范与规程中都有关于锚杆计算的条文。
由【3】可知，在锚杆抗浮计算中，一般宜采用《岩石锚杆（索）技术规程》进行计算。 根据《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005，第7.4.1条。
由于本工程抗浮锚杆属于永久锚杆，考虑永久破坏后，对池体危害较大，因此抗拔安全系数取K=2.0，杆体截面设计时钢筋抗拉安全系数Kt=1.6。
钻孔直径取D=150mm，选用HRB400级钢筋作为杆体，
As≥Kt.Nt/fyk=1.6x314（或264）/（400）=1256（或1056）mm2，设计选用3根φ25抗拔主筋。
3.3确定锚杆锚固长度
根据《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005中，
式7.5.1-1，有锚杆锚固长度La≥K.NtX1.4/π.D.fmg.φ=2.0x314（或264）/（3.14X150X0.7X1.0）=1905mm（或1601mm）;
式7.5.1-1，有锚杆锚固长度La≥K.NtX1.4/nπd.ζ.fms.φ=2.0x314（或264）/（3X3.14X25X0.70X2.5X1.0）=1524mm（或1281 mm）;
通过计算，锚杆锚固段长度较小，但考虑实际施工诸多不确定因素后，确定定锚杆进入中风化砂岩（层号⑤2）层大于2.0 m，且最小桩长为4.0m。
3.4锚杆耐久性问题
在岩石锚杆工程中，锚杆的耐久性问题越来越受到人们的重视，为保证永久锚杆锚固段钢筋保护层不小于20 mm，应设置对中支架（图1）。
在浮力作用下，底板于地基界面处将形成微小的缝隙，此处的锚杆由于长期受到地下水的侵蚀容易产生锈蚀。因此，对在底板和地基界面上下各250 mm范围内的锚杆涂上环氧树脂防止钢筋锈蚀。对于场地环境为氯化物或化学腐蚀环境，不宜设计永久锚杆，否则，应采取特别费防腐措施，本工程场地不存在腐蚀环境。
4.锚杆的施工
4.1施工顺序
测量放线—→钻机就位—→钻孔—→按放锚杆—→一次注浆—→二次注浆—→成锚。
4.2施工有关要求
锚杆工程施工前，应根据锚固工程的设计条件、现场地层条件和环境条件编制施工组织设计。为确保锚杆施工质量，对施工技术的要求如下。
1）、钻孔前，根据设计要求和地层条件，定出孔位、做出标记;锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于100mm，成孔直径不小于180mm;钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的1%;锚杆钻孔深度不应小于设计长度，应不宜大于设计长度500mm。
2）、锚杆放入钻孔前，应将孔道内的土屑清理干净，并检查杆体的制作加工质量及存储方式，杆体居中支架应符合设计要求（见图1）。安放杆体时，应防止扭曲、弯曲，注浆管宜随杆体一同放入钻孔。安放杆体时，不得损坏防腐层，不得影响正常的注浆作业。
3）、锚杆注浆采用两次注浆，一次注浆时，注浆材料选用灰砂比为1：0.5的水泥砂浆（砂子粒径不大于2mm），注浆压力取1.0MPa，注浆前应进行洗孔，至孔内流出清水时放可进行注浆。注浆作业从孔底开始，自上而下的连续浇注，当孔口溢出浆液时，可停止注浆。二次注浆应在一次注浆形成的注浆体强度达到5.0MPa后进行，注浆材料采用水灰比0.45的纯水泥浆，注浆压力取2.0MPa，注浆材料中必要时可添加适量早强剂。
5.锚杆的验收试验
根据《岩石锚杆（索）技术规程》CECS22：2005规定，验收试验的锚杆数取锚杆总数的5%，且不得小于3根。最大试验荷载为设计荷载的1.50倍，即Pmax=1.50X314=471kN。根据本工程验收试验曲线：锚头位移相对稳定，满足设计及规范要求。
6.抗浮效果
目前，该水池已投入使用并经过多次汛期的考验，通过沉降观测，池体上测点高程基本没有变化，达到了预期效果。
7.结论
1）、在水池类抗浮设计中，当地基承载力满足要求，而自重抗浮严重不足时，采用土（岩）层锚杆抗浮是可行的。
2）、另外，当底板下有坚硬土层且深度不大时，特别是岩石地基的情况。，设锚杆抗浮与配重抗浮相比，锚杆抗浮效果好，造价低，且有施工简便、快捷。经造价分析比较，本工程锚杆抗浮设计较配重抗浮节约造价50%。
参考文献：
[1]、陈棠菌，王贤能.抗浮锚杆应力——应变状态的线弹性理论分析[J].岩土力学，2006，27（11）：2033-2036
[2]、CECS22：2005 岩石锚杆（索）技术规程[S]
[3]、冷利浩.抗浮锚杆在结构设计中计算方法的合理选择[J].四川建筑.第30卷2期 2010.04