提要：抗浮錨樁(以往經(jīng)常稱為抗浮錨桿或錨桿)是介于樁和錨桿之間的受力構(gòu)件，其受力狀態(tài)與抗拔樁同，但施工工藝與錨桿類似，故其側(cè)阻力的形成和變化與土中錨桿或邊坡支護(hù)的土釘類似。抗浮錨樁設(shè)計要建筑物或地下構(gòu)筑物設(shè)計基準(zhǔn)期，故檢討目前抗浮錨樁的設(shè)計方法和施工工藝，使之體現(xiàn)抗浮錨樁的受力特性是本文的目的。可供參考。
　　關(guān)鍵詞：抗浮錨樁，施工工藝
　　抗浮錨樁協(xié)助地下結(jié)構(gòu)抗浮使一些地下結(jié)構(gòu)設(shè)計合理并經(jīng)濟(jì)，尤其是大空間大跨度的地下結(jié)構(gòu)。大空間的地下結(jié)構(gòu)使用抗浮錨樁是比較合理和經(jīng)濟(jì)的選擇。
　　廈門市工人文化宮的地下影劇院和下沉廣場地下室采用抗浮錨樁協(xié)助抗浮取得了較好的效果。抗浮錨樁與錨桿的不同之處是除了錨桿由自由段和錨固段二段組成、有的錨桿在錨固段抗拔試驗后對自由段進(jìn)行再次注漿，而抗浮錨樁為一段整孔注漿外，其它施工方法基本相同；而在與樁的差別上主要是埋置方式相同。錨桿在各類工程應(yīng)用較多，有許多成熟的經(jīng)驗，并有一些錨桿方面的設(shè)計施工規(guī)程，但用于抗浮設(shè)計的抗浮錨樁尚無規(guī)程或條文規(guī)定，只能按有關(guān)規(guī)程和參照有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行設(shè)計施工，很不方便。
　　1抗浮錨樁的荷載
　　用抗浮錨樁替代難以承擔(dān)水壓力的地下結(jié)構(gòu)形式(如大空間地下結(jié)構(gòu))抗浮和承載可以化解設(shè)計困難，也可以用于解決建筑物和構(gòu)筑物自重（即恒載，含它們上面的覆土和可用于抗浮的準(zhǔn)永久荷載）不足以抵抗地下水浮力的抗浮問題，也可以承擔(dān)壓力。其荷載計算在文獻(xiàn)[1]有規(guī)定，設(shè)計水位對地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水壓力和浮力的最大值分別為pWmax、SFwmax，算式為：
　　pWmax=γhmax(1)
　　SFWmax=CWpWmax或γAhmax(2)
　　抗浮錨樁的拔力計算式：
　　SZH=SFWmax-∑CGiγGiGik(3)
　　式中：γ是水容重，hmax為地下水計算深度，A為抗浮錨樁的承載面積，γGi分項系數(shù)[1]，CW、CGi分別為水壓力、永久荷載的荷載效應(yīng)系數(shù)，下標(biāo)W代表地下水、G代表永久荷載，i代表第i個永久荷載，k代表荷載標(biāo)準(zhǔn)值。
　　由例題可求出抗浮錨樁的最大拔力SZHmax：
　　SZHmax=pWmaxab-γGigab-γGigLa-NG
　　式中NG和g是柱或墻傳來的荷載。當(dāng)抗浮錨樁承受荷載的單元上沒有這些荷載時可令其為0。g和腳標(biāo)G表示恒載。
　　2抗浮錨樁與錨桿、抗拔樁的差別和抗浮錨樁抗力計算與驗算式
　　抗浮錨樁是小直徑鉆孔樁，一般只承受拔力。只有在地下水位變低，地下室底板以上的荷載可以滿足抗浮要求時才承擔(dān)反向的壓力荷載。出現(xiàn)這種情況時一般地基土大多滿足承載要求。所以僅在這里參考抗拔樁和錨桿的有關(guān)資料研究抗浮錨樁承載力計算式。
　　比較抗拔樁和錨桿與抗浮錨樁的設(shè)計目的及施工方法可以歸納出抗浮錨樁在土中的埋置同樁，工作狀態(tài)介于二者之間更靠近樁，荷載條件與二者有差異，因此計算式主要是解決分項系數(shù)或安全系數(shù)問題。
　　2.1抗浮錨樁的側(cè)阻力引起地面土層松動問題
　　文獻(xiàn)[2]的條文和說明介紹的抗壓、抗拔樁側(cè)阻力實測對比資料表明λ與L/d(L為樁長、d為樁徑)有關(guān)。L/d的值小，表明相對入土深度淺，λ值也小。采用長樁抗拔較合理，起因是樁的上拔量。
　　樁頂上拔量可以分為兩部分：一部分是將樁身視為剛體時的上拔量，反映為抗拔樁底的上拔量；另一部分是樁身受拉變形引起的樁頂上拔量。后者由于樁側(cè)阻力的作用其樁身的應(yīng)變自樁頂往下是逐漸減小，樁身各段的伸長量也是自樁頂往下是逐漸減小。假定樁足夠長，在某一深度樁的內(nèi)拉力為0，則該深度以上的樁側(cè)阻力與樁頂拔力平衡，該深度以下的樁身沒有上拔量，樁頂則只有樁身受拉變形引起的上拔量。
　　由此可知樁側(cè)阻力抵消樁內(nèi)拉力的速度與樁頂上拔量有關(guān)系：由n根小直徑樁與1根大直徑樁的截面面積和配筋相等關(guān)系可導(dǎo)出n(n=2、3、4…)根小直徑樁的周長之和是1根大直徑樁周長的n0.5倍，也即樁側(cè)表面積增加了n0.5倍。說明小直徑樁加大了L/d，實際上加快了樁側(cè)阻力抵消樁內(nèi)拉力的速度，減小了樁頂?shù)纳习瘟俊＿M(jìn)而可以把引起地表土層松動的樁身臨界上拔量的位置控制在盡可能淺的地方。
　　長樁樁身受拉變形的樁頂上拔量可以以樁身自上往下的最下面一條裂縫為界分兩段近似估算。下段可按材料力學(xué)的方法積分計算。該估算且忽略了樁底的上拔量。進(jìn)行本文研究感到遺憾的是做抗浮錨樁檢測時沒意識到要測量地表土層松動的幾何數(shù)據(jù)和地表面處的鋼筋上拔數(shù)據(jù)用于分析錨樁上層土松動的臨界上拔量。但根據(jù)現(xiàn)場觀察分析松動土層的破裂底面呈倒圓臺體。破壞的土體超出地表的破裂線，并有裂隙或呈碎塊狀，這是因為倒圓臺體的斜面徑線大于平面徑線，地表土體被樁帶起時受到擠壓等引起的。考慮土層破裂松動后仍對下面的土層產(chǎn)生壓力，下面沒破壞的土層還有自身結(jié)構(gòu)的作用，以及樁側(cè)阻力的極限值，推斷各類松動土層的深度會有一個界限值，與土的類別、樁身上拔量和樁徑有關(guān)，應(yīng)專題研究。我們所做的基本試驗在抗浮錨樁被拔動后地表隆起土層松動的直徑約0.4m。
　　抗浮錨樁是小直徑樁，L/d均較大，依據(jù)文獻(xiàn)[2]條文說明的資料數(shù)據(jù)分析并結(jié)合上面的討論和抗浮錨樁的施工工藝綜合考慮，扣除地表下L△的埋置深度處理地表土層松動問題，L△≈0.3～0.5m。實際上抗浮錨樁的L/d≈26已是文獻(xiàn)[2]條文說明的資料數(shù)據(jù)的L/d的最小值，若參照其鉆孔樁長12m時的λ=0.98的試驗數(shù)據(jù)，該處理方法可行的。
　　2.2關(guān)于抗力分項系數(shù)的取值從這幾個方面考慮：
　　本文拔力計算式已按不利荷載組合原則不考活荷載作用，設(shè)計水位即為最高水位，恒載考慮了分項系數(shù)折減，壓力注漿的樁側(cè)阻力大于重力式澆注，另外采用注漿或澆注的樁由于漿液與土體的結(jié)合程度優(yōu)于預(yù)制樁故其側(cè)阻力應(yīng)大于預(yù)制樁，抗拔樁身承載力由鋼筋決定其樁身的缺陷對地基抗拔力的影響小于抗壓樁，不計抗拔錨樁的自重抗力，比較錨桿的安全系數(shù)、抗拔樁的抗力分項系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性和發(fā)生破壞產(chǎn)生的社會影響等，建議抗拔錨樁的地基抗力分項系數(shù)γS取1.5。
　　抗拔錨樁的抗拔極限承載力計算式為：
　　RZH=πd∑qsikLi(4)
　　抗浮錨樁的在拔力的作用下應(yīng)滿足下式：
　　γoSZHmax≤RZH/γS(5)
　　式中d、qsik、Li分別為抗浮錨樁直徑、樁側(cè)表面第i土層抗拔極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、第i土層的厚度，γo為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。另外抗浮錨樁同錨桿一樣其施工工藝對承載力有較大的影響，所以要求抗浮錨樁盡可能先做基本(也有稱破壞)試驗再設(shè)計或調(diào)整設(shè)計。該試驗周期短費用較低，經(jīng)過各方配合一般可做到不影響工期。抗浮(工程)錨樁嚴(yán)格按照抗浮(基本試驗也有稱破壞試驗)錨樁的設(shè)計和施工工藝施工時，其驗收檢測的設(shè)計拔力的檢測系數(shù)可適當(dāng)小于抗力分項系數(shù)γS。
　　抗浮錨樁的樁身承載力也就是鋼筋承載力，按文獻(xiàn)[6]要求應(yīng)滿足下式：
　　γoSZHmax≤fyAs(6)
　　土中氣與水對鋼筋有一定的銹蝕作用，當(dāng)抗浮錨樁有裂縫或樁身缺陷使氣和水與鋼筋有接觸的機(jī)會，若干年后銹蝕會使鋼筋面積減少影響結(jié)構(gòu)安全，因此設(shè)計要考慮鋼筋弱銹蝕的影響。鋼筋防銹處理在永久性錨桿的設(shè)計中有使用；預(yù)應(yīng)力預(yù)制樁的混凝土可以滿足抗裂要求以保護(hù)鋼筋；對于建筑工程的抗浮錨樁一般工程量較小，可用加大鋼筋直徑來抵消弱銹蝕減少的鋼筋面積，以此解決鋼筋面積減少對設(shè)計要求承載力的影響。考慮弱銹蝕的鋼筋直徑調(diào)整計算式：
　　d=2(γoSZHmax)0.5/(πfyk)0.5+2△(7)
　　式中符號本文沒說明的見文獻(xiàn)[3]。△為設(shè)計基準(zhǔn)年限內(nèi)鋼筋弱銹蝕的厚度，可結(jié)合地下水的腐蝕性和各地的經(jīng)驗數(shù)據(jù)考慮。式(7)有如下考慮：恒載已考慮分項系數(shù)折減；水壓力按設(shè)計水位計算是最高水位實際已經(jīng)包含了活載分項系數(shù)且起主要作用；鋼筋加大后抗浮錨樁可能產(chǎn)生的裂縫將變小乃至沒有；所以用fyk驗算是合適的。另外鋼筋直徑加大后也可能或者部分解決式(6)配筋的樁身極限承載力與式(5)要求的拔力檢測加載的匹配。值得一提的是用加大鋼筋直徑抵消弱銹蝕減少鋼筋面積的方法決定了減少鋼筋根數(shù)加大鋼筋直徑的配筋原則是節(jié)約鋼筋的有效方法，對于拔力較大的抗浮錨樁可將大直徑鋼筋焊成鋼筋束，廈門工人文化宮工程也是用鋼筋束做抗拔筋。
　　3抗浮錨樁的施工、試驗
　　3.1抗浮錨樁施工
　　抗浮錨樁的施工方法和在土層內(nèi)的工作原理與錨桿相似，這里不贅述，僅討論部分與抗拔力有關(guān)的施工問題。
　　抗浮錨樁的抗拔力取決土層產(chǎn)生的側(cè)阻力、鋼筋的強度和水泥砂漿對鋼筋的握裹力。后二者其材料本身和構(gòu)造就可以滿足要求，而土層和抗浮錨樁之間的側(cè)阻力與成孔后的清孔至注漿這一階段的施工措施有較大的關(guān)系。成孔過程形成的泥漿護(hù)壁在地下水位以下的不同土層內(nèi)對抗浮錨樁的抗拔力影響不同，應(yīng)采取合適的施工措施。如泥漿護(hù)壁附著在側(cè)阻力較大的土層上時其作用類似于隔離劑影響原土層的摩阻力發(fā)揮，注漿前應(yīng)盡可能清除泥漿及泥漿護(hù)壁，如果清孔時在抗浮錨樁底部沖出若干球狀孔（即擴(kuò)孔，方法是將清孔鋼水管端部封堵，在端部側(cè)面切割出水口）對抗拔力的提高是勿需說明的；易崩塌的砂類土應(yīng)采取合適的施工措施清孔注漿，保持一定的注漿壓力使?jié){液滲入土層對保證或提高抗浮錨樁的抗拔力是有利的；泥漿護(hù)壁、淤泥和淤泥質(zhì)土在抗浮錨樁界面的摩阻力差別較小，清孔時只需將孔內(nèi)泥漿排除干凈，同砂類土一樣保持一定的注漿壓力對保證或提高抗浮錨樁的抗拔力是有利的。
　　土層的強度一般低于砂漿強度，因此抗浮錨樁的土層抗力取決于其界面或周邊土層的側(cè)阻力。而側(cè)阻力的大小取決于抗浮錨樁與周邊土層相互間的壓力。因此討論樁和錨桿的側(cè)阻力(錨桿稱抗剪強度或摩阻力)的一些問題，對設(shè)計抗浮錨樁有益。
　　文獻(xiàn)[4]第11章《錨固技術(shù)》詳細(xì)論述了施工工藝和土層類別對τ的影響和錨桿的其他內(nèi)容。歸納起來τ取決于土層對錨桿的側(cè)壓應(yīng)力和土層的類別與性質(zhì)。土層的類別與性質(zhì)和埋深對錨桿的側(cè)壓應(yīng)力是自然產(chǎn)生的；而高壓注漿產(chǎn)生的錨桿附加側(cè)壓應(yīng)力的逐漸擴(kuò)散和減小將使土層的τ也逐漸減小[7]，因此抗浮錨樁施工的注漿壓力從保證樁身質(zhì)量和樁身與原土層粘結(jié)考慮可以高一些，保證樁與土粘結(jié)的原則下可以在封堵注漿口時適當(dāng)釋放注漿壓力，封堵注漿口可以參照灌注樁的施工要求適當(dāng)超注或用砂土堆載等其它方法處理。
　　樁的側(cè)阻力多由勘察按土層的種類、特性和埋深等提出。歸納起來樁的側(cè)阻力也是取決于土層對樁的側(cè)壓應(yīng)力和土層的類別與性質(zhì)。但值得注意的是非擠土樁成孔后樁周土層會朝樁孔徑向移動，使孔壁側(cè)向的原靜止土壓力發(fā)生“解除”現(xiàn)象。所以從基樁的施工角度看，抗浮錨樁注漿后封堵注漿口應(yīng)注意保持一定的壓力使其側(cè)壓力能接近、恢復(fù)或略超過原靜止土壓力。
　　綜合錨桿和樁的關(guān)于側(cè)阻力的論述，抗浮錨樁施工措施除前面提及的外，很重要的一點是根據(jù)不同土質(zhì)情況選擇合理的注漿壓力，尤其是注漿口封堵的合理壓力。
　　廈門市工人文化宮的地下影劇院和下沉廣場是伸出主體平面外2000m2多的單層地下室，用抗浮錨樁協(xié)助單層地下室抗浮。本工程施工前做了兩組抗浮錨樁的基本(破壞)試驗，依據(jù)修改工藝后的第二組抗浮錨樁的基本試驗結(jié)果修訂施工方案進(jìn)行六百多根抗浮錨樁施工。抗浮試驗錨樁施工概述：
　　第一組3根，其中372#采用二次注漿施工工藝，成孔采用清水鉆進(jìn)，用清水洗孔20min后下錨筋，下到5.8m受阻后用清水邊沖渣邊下錨筋，下錨筋歷時1h，錨筋至孔底后再繼續(xù)洗孔10min注水灰比為0.5:1的水泥漿并摻千分之一三乙醇胺外加劑；395#、414#抗浮錨樁采用一次注漿工藝，用0.4:1:1水泥砂漿注漿。395#成孔采用清水鉆進(jìn)，清水洗孔20min后下錨筋，下到4.5m受阻后用清水邊沖渣邊下錨筋，下錨筋歷時4h，再洗孔10min注漿。414#成孔采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，錨筋一次下至孔底，洗孔20min注漿。
　　第二組5根，用414#樁的工藝成孔注漿，洗孔改為10min。
　　3.2抗浮錨樁試驗
　　抗浮錨樁抗拔試驗的時間由水泥沙漿強度增長的時間與土體固結(jié)時間決定。必須滿足鋼筋與水泥砂漿界面所能承受的握裹力合力大于水泥砂漿與土體界面(固結(jié)后的)側(cè)阻力合力的條件。文獻(xiàn)[7]提到是在1～2天的時間錨桿做抗拔試驗，文獻(xiàn)[4]在C.0.6條中對不同類型的土規(guī)定了10、15、25天不等的成樁后到開始抗拔試驗的間歇時間，抗浮錨樁可以結(jié)合土層性質(zhì)參照文獻(xiàn)[7][4]確定抗拔試驗時間。本工程抗浮錨樁配2Φ25鋼筋束，樁徑160mm，驗收檢驗數(shù)按總數(shù)的2%抽樣，檢驗值取1.2倍抗浮錨樁抗拔力的設(shè)計值和0.8倍的鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值兩者的較小值。兩組試驗抗浮錨樁埋置情況見下表：
　　試驗抗浮錨樁埋置情況表
　　組別 第一組 第二組
　　編號 372# 395# 414# 46# 122# 285# 328# 446#
　　埋置深度m 8.5 8.5 8.3 6.9 9.3 4.0 7.4 7.0
　　殘積土層m 0­4.7 0­4.7 0­5.3 0­3.9 0-6.3 0-2.0 0-5.4 0-3.3
　　強風(fēng)化巖m 4.7-8.5 4.9-8.5 5.3-8.3 3.9-6.9 6.3-9.3 2.0-4.0 5.4-7.4 3.3-7.0
　　錨樁拔力kN 450 500 500 250 250 450 300 400
　　試驗采用“CW100型”千斤頂，電動液壓泵加載，在距地表30mm的鋼筋處焊一個安裝百分表的托板，主要是張拉抗浮錨樁鋼筋束的夾具(可重復(fù)使用)應(yīng)專門制作，張拉裝置是用兩根槽鋼焊成支承千斤頂?shù)暮喴淄屑軘R置在墊高的枕木上。
　　抗拔試驗結(jié)果反映了第一組抗拔承載力以鋼筋設(shè)計強度控制，效果好，但施工工期長成本也較高。改變工藝后進(jìn)行第二組施工，并在第七天做抗拔試驗（除46#外）滿足設(shè)計要求。第一組抗浮錨樁的P—S曲線，呈兩階段變化。其基本形狀是第一階段基本呈線性變化。第二階段荷載對應(yīng)的上拔量均大于前一級荷載對應(yīng)的上拔量，呈非線性變化。尚有部分曲線呈非線性波浪形增大。這種現(xiàn)象表明抗浮錨樁在上部土層自上而下先后分段產(chǎn)生砼的受拉裂縫并縱向收縮，裂縫兩邊的砼與鋼筋相對滑移，鋼筋承擔(dān)拔力增加變形加大，裂縫以上樁土界面的土體因剪切破壞其側(cè)阻力轉(zhuǎn)變?yōu)槟ψ枇λ�承�?dān)的拔力減小造成樁頂上拔量較大增加。
　　抗浮錨樁基本試驗報告的主要結(jié)論：
　　（1）372#、395#、414#、285#、446#抗浮錨樁的土體摩阻力已超過鋼筋設(shè)計強度，由鋼筋設(shè)計強度控制抗浮錨樁抗拔力。
　　（2）328#、122#抗浮錨樁由土體摩阻力控制其抗拔力；46#抗浮錨樁因未能達(dá)到設(shè)計單位提出的雙控施工長度，抗拔力明顯降低。
　　3.3清孔工藝對抗浮錨樁抗拔力有較大的影響。
　　4結(jié)語
　　用抗浮錨樁協(xié)助抗浮可減小埋深、縮短坡道、減少占地，結(jié)合水壓力、浮力、選擇合理的地下室底板結(jié)構(gòu)和抗浮錨樁的布置方案可以使設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理。如有不妥懇請指正。
　　感謝廈門市建筑設(shè)計院的設(shè)計，福建省四建公司的施工,廈門市建筑科學(xué)研究所的檢測，尤其是有關(guān)人員對工程的支持和協(xié)作，使我們在抗浮錨樁工程驗收后有機(jī)會探討該問題。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-001第3.2節(jié)〈荷載組合〉。
　　[2]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—94第5.2.17和18條及條文說明。
　　[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010—2002第8.1.2條。
　　[4]《地基處理手冊》第11章〈錨固技術(shù)〉作者：吳肖茗，中國建筑工業(yè)出版社1988年8月第一版第506～526頁。