锚杆抗拔试验在地下室的运用

梁洪康，杨铁林，王其胜，沈飞，杨智硕

（嘉应学院，广东 梅州 514000）

随着地表面用地紧张，建筑行业只能不断进行科学的革新，建筑从地表面的重点转移到地下空间来。从抗浮锚杆对地下室抗浮的影响实验到抗浮锚杆施工技术的出现再到抗浮锚杆在地下工程的运用等，这些优秀的前人经验不断地对我们建筑科技的进步提供了经久不衰的动力。本论文以梅州某监察院地下室的施工为例，通过在该项目实地勘察与实验得到单锚抗拔的实验数据，与相关文献所获得的群锚效应比较，得出的抗浮锚杆在地下室的优化运用和优化方案。

1 工程概况

1．1 工程概况

梅州某地下室受广东省代建项目管理局委托，对基础锚杆进行了基础锚杆抗拔试验，目的是检测基础锚杆的抗拔承载力是否满足设计要求。根据相关规范，确定本次检测11根基础锚杆。这些锚杆成孔平均直径为169mm，锚杆长度为7500mm，杆体材料与材料强度为C25，锚杆类型为岩石锚杆。根据设计的相关规范，各类检测锚杆的有关参数见表1。检测锚杆位置平面图见图1。

表1 各类检测锚杆的有关参数

图1 检测锚杆位置平面图

1．2 检测所用仪器设备、方法

本次试验采用反力桩或地基提供支座反力，反力架的承载力具有1.2倍的安全系数，试验时用油压千斤顶分级加载。试验加载方法采用：试验加载方法和沉降观测。

1．3 试验加载过程

加载分级进行，采用逐级等量加载，分级荷载宜为最大试验荷载的1/10。每级荷载施工完成后，应每间隔10min测读一次位移量：岩石锚杆／土层锚杆30min内的锚头位移增量不大于0.05mm/0.10mm时，可视为锚头位移达到相对稳定，则可继续施加下一级荷载。各类锚杆的试验数据如图2。

图2 锚杆试验数据

1．4 试验检测依据

本试验依据《建筑地基基础检测规范》（DBJ/T 15-60-2019)。

2 结果分析

2．1 检测数据分析

以下情况说明了11根受检基础锚杆的抗拔承载力特征值均满足设计要求：（1）锚杆杆体没有被破坏；（2）该级荷载产生的单位荷载下的锚头位移增量没有达到或超过前一级荷载产生的单位荷载下的位移增量的5倍；（3）土层锚杆在3h内、岩石锚杆在2h内，锚头位移已达到相对稳定标准；（4）已加载至最大试验荷载值，且锚头位移达到位移相对稳定标准。

从图3中可以看出：锚杆编号5#、18#、117#、141#在荷载500KN发生位移的平均值为6.695；锚杆编号20#、64#、76#、213#在荷载500KN发生位移的平均值为11.1175；锚杆编号114#、177#、188#在荷载500KN发生位移的平均值为8.78。

图3 锚杆荷载-位移抗浮试验折线图

2．2 试验分析

根据图3锚杆荷载-位移抗浮试验折线图及相关规范的情况，说明了单根锚杆的极限承载力能够很好的满足要求，并能保证良好的抗拔性能。但是，在锚杆与锚杆之间分布距离较近的时候，锚杆之间会发生一定量的影响，抗浮锚杆在受到荷载的作用下，对于该锚杆周围的土体会产生影响，因此对于另外一根锚杆也会产生一定的影响。

根据史三元、崔立杰的研究可表明在满足要求的情况下植入单根锚杆，该锚杆的承载力与钢筋发生破坏时的承载力非常的接近，但是当在一定的范围内植入三根或者三根以上的锚杆时，其产生的承载力并没有得到极大的提升。相反，会因为在局部的范围内随着锚杆数量的增加而使得群锚的承载力损失，因而造成承载力的下降，而钢筋相对于之前的滑移量也会减少，这就是群锚效应所带来的危害。随着锚杆数量的逐步增加，产生的群锚效应也会越发的明显。

两个锚杆之间的距离，由两个因素所决定，一是需要抵抗地下水浮力的抗浮条件，二是单一锚杆所提供的抗拔力。在两个锚杆水平间距过于近时，锚杆间在土中产生的应力会发生叠加，这种影响会使锚杆的抗拔能力下降，同时锚杆的位移量增大，此种现象则是锚杆的群锚效应。通过Yilmaz.M（M.图格鲁尔·伊尔马兹）、Larnach.W.J及Mcmullan.D.J的研究可发现，锚杆群中每个锚杆件受到的荷载是不均匀分布的，群锚杆的承载效率都是基本低于单一锚杆件的承载效率，群锚的工作效应和单锚杆的工作效应不相等，群锚的承载力与单锚杆的承载力之和也不相等。

2．3 对于抗浮锚杆承载力的关键性影响因素

因此在部分大量使用锚杆来提高锚固的承载力的基建工程中，在检测之时通过单纯的检测单个锚杆的极限抗拔承载力时，会得到具有误差的数值，当按照固定步骤所布置锚杆而忽略群锚效应时，会在地下水偶然性的上涨时不能满足极限抗拔承载力的要求。以下是部分因锚杆的极限抗拔承载力不足引发的事故：（1）2019年，某工程因无法靠自重抵抗地下水浮力而导致其发生上浮。（2）2020年，南昌市某地下室因连续强降雨导致地下水浮力增大致使40多根承重柱开裂。

另外，也会因为在检测单根锚杆时忽略群锚效应，不合理的布置锚杆，不符合经济性，导致工程预算的增加。因此，引入并应用群锚效应系数显得尤为重要，在引入群锚系数后可根据当地的岩石土层以及地下水的实际情况，合理的计算所需锚杆的数量，在保证安全性的基础上，可减少工程预算，将经济性最大化。

工程运用及部分研究显示，锚固土层的特性和锚杆的形状对于抗浮锚杆承载力有着重要的影响因素，孙涛对于现场的抗拔实验，采取不同的施工流程工艺，得出以下结论：第一，锚固土层的性质对于抗拔锚杆的极限承载力的影响是非常大的。而在承受荷载小时，对荷载-位移的影响很细微。第二，运用变截面锚杆时可使侧摩阻力提升，可以使抗拔承载力提高，也可使在相同受到荷载的位移减少。

另外唐孟华、曹绍林在实验中得出，在一定的长度内，可以根据实际情况增加自由端的长度，可以在一定范围内使锚杆的极限抗拔能力提升，但是超过了一定的范围，增加锚杆的自由端长度，其承载力不会得到提升，更有甚者会使其下降。

在国内外的部分群锚抗浮工程中，会使用一些方式来减少群锚效应，例如将锚杆与土层形成不同的角度插入，使锚固段在土层深处张开、将锚固段放置在土层的不同深度形成错开的位置、拉远锚杆之间的水平距离等。

3 结语

（1）探究单锚基础在多种典型岩石地基中的抗拔极限拉力的问题，通过网络资料查找文献以及对现场基础锚杆抗拔实验的分析，检验了锚杆在接近极限拉力条件下的工作性能和安全程度。

（2）发现了锚索设计施工中的缺陷，引入了群锚效应系数，分析了锚杆间距对群锚基础承载性能的影响，从多方面探究分析基础锚杆抗拔试验的数据，有效提高了工程土体的强度和稳定性，并且能降低工程造价，施工更加方便，加固周期缩短。