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摘要抗浮锚杆作为一种有效解决地下结构地下水浮力的技术已在国内外得到广泛应用。本文介绍分析南京某工程地下室底板隆起的破坏原因及利用抗浮锚杆抵抗地下水浮力的设计过程，并对锚杆进行破坏性拉拔试验，确定该地区土质条件下锚杆的极限抗拔力，为抗浮锚杆的设计、施工提供依据。
关键词:抗浮锚杆抗拔试验破坏标准极限抗拔力
1 前言
近年来，随着城市的发展，地下建筑不断增多，基础的抗浮问题没得到及时的处理而引发的质量事故时有发生，地下结构抗浮问题越来越受到人们的重视。地下水造成的地下室破坏大致有2类:一类是地下室底板隆起并破坏，这种破坏多发生在高层建筑的地下室中；一类是地下建筑整体浮起，导致梁柱结点处开裂，同时底板也破坏，这种破坏多发生在整个建筑均在地下的情况。工程上主要通过压重法、抗浮桩及抗浮锚杆来解决抗浮问题。前两者都通过加大地下室底板厚度来抵抗浮力产生的弯矩和剪力，因而工程的造价比较高。相对而言，抗浮锚杆具有单点受力小，底板结构受力均匀合理、施工便捷、工期短、造价低等优点。本文分析南京某工程地下室隆起破坏事故原因，提出在原地面上采用抗浮锚杆抵抗地下水浮力，并介绍了抗浮锚杆的设计过程以及锚杆的破坏性拉拔试验，确定该地区土质条件下锚杆的极限抗拔力，为抗浮锚杆的设计、施工提供依据。
2 工程及地质概况
该工程为南京市某综合训练中心，竣工后室内射击馆底板出现大面积的上拱鼓起，钻孔后发生涌水现象。经调查了解，射击馆西侧道路施工时进行大量填方，受降雨影响，形成了不可忽略的水头差，在组织专家讨论研究中，专家一致认为地下水的浮托作用是造成本事故的主要原因。根据勘探报告，西侧马路地下水位较高（相对标高为-0.94-3.12m），地下水易向地势较低处补给，相对标高-1.0m作为本工程防水设计水位，底板底-5.0m作为本工程抗浮设计水位。射击馆底板以下土体大部分为中风化板岩。场地地下水主要为孔隙潜水，赋予上部填土孔隙之中。地下水受大气降水的补给影响，水位受补给的强度和季节性的影响较明。
3 抗浮锚杆设计
3.1设计思路
根据实际情况，锚杆孔径采用180。为了便于布置，暂定每9㎡布置一根抗浮锚杆，即锚杆间距为3×3m，锚杆全部锚入到中风化板岩。根据《岩土工程勘探报告》中原地面以下的土层信息，将整个射击馆分为三个设计区域：①A区域，原地面与中风化板岩之间约有粘性土层8m；②B区域，原地面与中风化板岩之间约有粘性土层4m；③C区域，原地面下无粘性土层而直接到岩石层。为使地下水及时排出并有效的降低地下水的浮力，在射击馆室内四周布置排水盲沟，中间连通，四角400X400的集水方井，盲沟内填中粗砂和砾石。
3.2抗浮设计
1）锚杆的抗浮力
由下式确定：
式中：F为单位面积计算抗浮力标准值（KPa）；H为水头高度（m）；∑hi·rwi为单位面积底板自重（KPa）；rw为水的重度（KN/m3）。
2)锚固长度
由下式确定：
式中：k1为抗浮安全系数，取1.05；k2为永久性锚杆的安全系数；A为单根锚杆作用面积； D为锚杆孔径；L1，L2分别为粘土层、岩石层作用长度；τ1,τ2为粘土层、岩石层与锚杆粘结强度经验值；La为锚固长度。
3)钢筋截面选择
由下式确定：
式中：fy为钢筋的抗拉设计值（KN）；As为钢筋截面面积。
计算结果：单根抗拔力设计值为157.5KN，锚杆间距为3×3m，锚杆直径为180mm，钢筋为228，锚杆为全长粘结型，长度分别为10m，8m，5m。4 抗拔试验
4.1试验目的和试验装置
试验在施工之前对锚杆作极限抗拔试验，以确定锚杆所能提供的极限抗拔力，揭示锚杆在使用过程中可能影响其承载力的因素，以便在正式施工前調整锚杆设计及施工参数。根据工程的岩土情况，共对场区不同位置的6根锚杆进行抗拔试验。试验采用ZY-50穿心千斤顶加载，上下用两块30mm厚的钢板垫块，2个百分表分别用支架固定并置于钢板上显示位移。
图1 锚杆基本试验设备安装示意图
4.2试验方法
锚杆基本试验应采用分级循环加、卸荷法，并应符合下列规定：
1、每级荷载施加或卸除完毕后，应立即测读变形量；
2、在每次加、卸载时间内应测读锚头位移二次，连续二次测读的变形量小于0.1mm 时，可施加下一级荷载；
3、加、卸荷等级、测读间隔时间宜按表规范《岩土锚杆(索)技术规程CECS22 2005》确定。
4、当出现下列情况之一时，认为锚杆破坏可停止本根锚杆的试验：
①后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的锚头位移的2倍；
②锚头位移不收敛；
③钢筋出现正常的拉现象。
4.3试验结果及分析
1号锚杆加载过程中，锚头位移均匀变化，锚杆加载到395kN时位移突然变大，锚固体破坏，按规范，取其前一级荷载350kN为抗拔极限承载力；2号、6号锚杆加载到370kN时压力加不上，锚固体破坏，按规范，取其前一级荷载325kN为抗拔极限承载力。3号、4号和5号锚杆加载过程中，锚头位移均匀变化，锚杆加载到385kN时位移突然变大，锚固体破坏，按规范，取其前一级荷载335kN为抗拔极限承载力。
5 结语
1）抗浮锚杆设计时，设计人员一般会将锚杆深入到岩石层中且不计土层对锚杆的粘结力；根据实验结果表明，本工程设计中同时考虑土层和岩石层的粘结力是合理的，并且根据土层信息分区域设计，从而达到节约成本的效果。
2）本事故的源头在于工程初期不够重视地下水的浮力作用，如果能设法把地下水位降低，那么才能从根本上解决地下室的抗浮问题；本工程在室内底板中设置排水暗沟，并及时的排出了地下水，因而保证了设计的安全性。在类似的抗浮锚杆工程中可以通过在外围设置排水沟，将会大大的降低地下水位，减少锚杆的用量，进而提高经济效益。
关键词:抗浮锚杆抗拔试验破坏标准极限抗拔力
1 前言
近年来，随着城市的发展，地下建筑不断增多，基础的抗浮问题没得到及时的处理而引发的质量事故时有发生，地下结构抗浮问题越来越受到人们的重视。地下水造成的地下室破坏大致有2类:一类是地下室底板隆起并破坏，这种破坏多发生在高层建筑的地下室中；一类是地下建筑整体浮起，导致梁柱结点处开裂，同时底板也破坏，这种破坏多发生在整个建筑均在地下的情况。工程上主要通过压重法、抗浮桩及抗浮锚杆来解决抗浮问题。前两者都通过加大地下室底板厚度来抵抗浮力产生的弯矩和剪力，因而工程的造价比较高。相对而言，抗浮锚杆具有单点受力小，底板结构受力均匀合理、施工便捷、工期短、造价低等优点。本文分析南京某工程地下室隆起破坏事故原因，提出在原地面上采用抗浮锚杆抵抗地下水浮力，并介绍了抗浮锚杆的设计过程以及锚杆的破坏性拉拔试验，确定该地区土质条件下锚杆的极限抗拔力，为抗浮锚杆的设计、施工提供依据。
2 工程及地质概况
该工程为南京市某综合训练中心，竣工后室内射击馆底板出现大面积的上拱鼓起，钻孔后发生涌水现象。经调查了解，射击馆西侧道路施工时进行大量填方，受降雨影响，形成了不可忽略的水头差，在组织专家讨论研究中，专家一致认为地下水的浮托作用是造成本事故的主要原因。根据勘探报告，西侧马路地下水位较高（相对标高为-0.94-3.12m），地下水易向地势较低处补给，相对标高-1.0m作为本工程防水设计水位，底板底-5.0m作为本工程抗浮设计水位。射击馆底板以下土体大部分为中风化板岩。场地地下水主要为孔隙潜水，赋予上部填土孔隙之中。地下水受大气降水的补给影响，水位受补给的强度和季节性的影响较明。
3 抗浮锚杆设计
3.1设计思路
根据实际情况，锚杆孔径采用180。为了便于布置，暂定每9㎡布置一根抗浮锚杆，即锚杆间距为3×3m，锚杆全部锚入到中风化板岩。根据《岩土工程勘探报告》中原地面以下的土层信息，将整个射击馆分为三个设计区域：①A区域，原地面与中风化板岩之间约有粘性土层8m；②B区域，原地面与中风化板岩之间约有粘性土层4m；③C区域，原地面下无粘性土层而直接到岩石层。为使地下水及时排出并有效的降低地下水的浮力，在射击馆室内四周布置排水盲沟，中间连通，四角400X400的集水方井，盲沟内填中粗砂和砾石。
3.2抗浮设计
1）锚杆的抗浮力
由下式确定：
式中：F为单位面积计算抗浮力标准值（KPa）；H为水头高度（m）；∑hi·rwi为单位面积底板自重（KPa）；rw为水的重度（KN/m3）。
2)锚固长度
由下式确定：
式中：k1为抗浮安全系数，取1.05；k2为永久性锚杆的安全系数；A为单根锚杆作用面积； D为锚杆孔径；L1，L2分别为粘土层、岩石层作用长度；τ1,τ2为粘土层、岩石层与锚杆粘结强度经验值；La为锚固长度。
3)钢筋截面选择
由下式确定：
式中：fy为钢筋的抗拉设计值（KN）；As为钢筋截面面积。
计算结果：单根抗拔力设计值为157.5KN，锚杆间距为3×3m，锚杆直径为180mm，钢筋为228，锚杆为全长粘结型，长度分别为10m，8m，5m。4 抗拔试验
4.1试验目的和试验装置
试验在施工之前对锚杆作极限抗拔试验，以确定锚杆所能提供的极限抗拔力，揭示锚杆在使用过程中可能影响其承载力的因素，以便在正式施工前調整锚杆设计及施工参数。根据工程的岩土情况，共对场区不同位置的6根锚杆进行抗拔试验。试验采用ZY-50穿心千斤顶加载，上下用两块30mm厚的钢板垫块，2个百分表分别用支架固定并置于钢板上显示位移。
图1 锚杆基本试验设备安装示意图
4.2试验方法
锚杆基本试验应采用分级循环加、卸荷法，并应符合下列规定：
1、每级荷载施加或卸除完毕后，应立即测读变形量；
2、在每次加、卸载时间内应测读锚头位移二次，连续二次测读的变形量小于0.1mm 时，可施加下一级荷载；
3、加、卸荷等级、测读间隔时间宜按表规范《岩土锚杆(索)技术规程CECS22 2005》确定。
4、当出现下列情况之一时，认为锚杆破坏可停止本根锚杆的试验：
①后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的锚头位移的2倍；
②锚头位移不收敛；
③钢筋出现正常的拉现象。
4.3试验结果及分析
1号锚杆加载过程中，锚头位移均匀变化，锚杆加载到395kN时位移突然变大，锚固体破坏，按规范，取其前一级荷载350kN为抗拔极限承载力；2号、6号锚杆加载到370kN时压力加不上，锚固体破坏，按规范，取其前一级荷载325kN为抗拔极限承载力。3号、4号和5号锚杆加载过程中，锚头位移均匀变化，锚杆加载到385kN时位移突然变大，锚固体破坏，按规范，取其前一级荷载335kN为抗拔极限承载力。
5 结语
1）抗浮锚杆设计时，设计人员一般会将锚杆深入到岩石层中且不计土层对锚杆的粘结力；根据实验结果表明，本工程设计中同时考虑土层和岩石层的粘结力是合理的，并且根据土层信息分区域设计，从而达到节约成本的效果。
2）本事故的源头在于工程初期不够重视地下水的浮力作用，如果能设法把地下水位降低，那么才能从根本上解决地下室的抗浮问题；本工程在室内底板中设置排水暗沟，并及时的排出了地下水，因而保证了设计的安全性。在类似的抗浮锚杆工程中可以通过在外围设置排水沟，将会大大的降低地下水位，减少锚杆的用量，进而提高经济效益。