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摘要：抗浮锚杆是建筑工程地下结构常用的抗浮措施，与一般的基础桩相比具有独特的性能。本文通过介绍不同抗浮概念的认识，重点探讨了抗浮锚杆在工程设计中的应用，并结合工程实例阐述了抗浮锚杆的抗拔静载荷试验，为类似工程研究提供科学的指导。
关键词：抗浮锚杆；工程设计；承载机理；荷载试验
随着我国社会经济建设的快速发展，城市建设规模得到不断的扩大，地下室、地下车库和下沉式广场等地下构筑物数量日益增加。这些不同功能的建筑物由于功能的需要，其地下室往往会连成一个整体，不仅增加了工程项目结构设计的难度，而且也提高了工程地下结构的抗浮要求。目前，国内建筑地下结构主要采用重平衡法、浮力消除法、综合设计方法和锚杆抗浮法等抗浮方式，其中抗浮锚杆作为一种常用的抗浮措施，具有造价低廉、工艺技术简单、施工周期短等优点，与其他一般基础桩相比具有一定的优势。但我国对抗浮锚杆的设计并没有一个系统的规定，很可能造成抗浮锚杆设计不合理，给建筑工程地下结构带来一定的安全隐患。因此，建设单位有必要加强抗浮锚杆的设计工作研究，通过不断的探索，以逐步完善抗浮锚杆设计规范。
1几个抗浮概念的认识
1.1浮力标准值是结构合理使用年限内的最大极限值
在GB50009-2001（（建筑结构荷载规范》中，并未提到浮力。但根据永久荷载和可变荷载的定义，建筑物的浮力应该是永久荷载。而且浮力不同于其它的永久荷载，工程中所取的地下抗浮设防水位，都是历史最高水位，有时甚至还在历史最高水位上0.5—1.0m，因此按照该水位计算的浮力都是浮力的最大极限值，这与其它永久荷载不同，如结构自重，一般取正态分布的某一保证率下的分位值。而结构在使用过程中，实际受到的浮力都比该设计值小，不可能出现实际浮力超越设计值的情况。
因此，对浮力进行荷载组合时，笔者建议可以适当降低其荷载分项系数。
1.2抗浮锚杆的裂缝验算
由于抗浮锚杆为圆形截面，规范也未明确该公式是否适用于圆形截面的计算，工程实践中对抗拔桩的裂缝验算基本是按照该公式进行。但大量工程实际设计结果表明，在利用该公式进行抗浮锚杆的裂缝验算时，裂缝宽度基本都超过0.2mm，一般在0.3～0.5mm，这是由于：
1）锚杆的截面配筋率远远大于抗拔桩、混凝土梁等的配筋率，按照常规设计结果，一般锚固体直径取150mm，锚杆钢筋取3φ20，截面配筋率最少都达到5.3%，远远超过常规的抗拔、受拉构件（一般在约1%），按此计算，裂缝问纵向受拉钢筋应变不均匀系数 接近于1，对计算结果影响很大，而按照1%的配筋率计算， 值一般在0.5以下；
2）混凝土的保护层厚度方面，抗浮锚杆的钢筋一般都放在孔中央，导致保护层厚度较大，而一般的抗拔桩则是将钢筋分布在桩截面的周边，混凝土保护层厚度较小，由于抗浮锚杆的C取值偏大，也使得裂缝计算结果偏大；
3）抗浮锚杆的实际受力机理是，它不是抗弯构件，即使按照轴心受拉构件来看，其受力也是顶部大，下部小，而且锚固体周围的土层摩阻力对裂缝的开展也有约束作用，完全不同于混凝土结构设计规范上的轴心受拉构件、受弯构件；
4）经过作者查阅资料，发现最大裂缝计算仍是一个试验公式，多个参数均是在试验结果的拟合下得出的，试验的前提也是构件周边无任何约束，试验的对象主要针对的是轴心受拉构件和受弯构件，这与抗浮锚杆的受力情况完全不同。
但是《规范》中并未对锚固体的裂缝验算进行相关要求。而通过以上分析，（1）式也不适对岩土的锚固体裂缝进行验算。从笔者收集的资料看，目前尚无因岩土锚固体开裂导致钢筋腐蚀断裂的案例。综上，考虑到抗浮锚杆的施工工艺与锚杆施工的一致性，且使用环境远好于一般的基坑边坡锚杆，同时其后压浆形成的锚固体和周围的地层结合紧密，因此，笔者建议不进行裂缝验算。
2卵石层抗浮锚杆的设计思路
2.1根据历史最高水位计算浮力标准值
根据结构自重和上覆土重，计算结构抵抗浮力的标准值。一般该项工作由结构设计单位完成，提供给专项设计单位一个抗浮水压力标准值（即已经考虑了结构自重和覆土重量，还需要抗浮锚杆来抵抗的水压力），在这里表示为S。
2.2计算荷载效应组合
计算正常使用极限状态下的荷载效应下的标准组合，以确定单根抗浮锚杆的抗拔承载力特征值；计算承载力极限状态下的荷载效应基本组合，以确定抗浮锚杆的配筋。
该工程目前已施工，并进行了锚杆的基本试验和验收试验，在锚杆抗拔力特征值260kN的作用下，锚杆锚固体顶部位移为1.4～2.03mm，变形极小。
对比以上计算过程，笔者在锚杆杆体配筋计算上，没有采用《建筑边坡工程技术规范》7.2.2式的计算方法，对比该公式，本方法在杆体面积计算时没有考虑锚杆的抗拉工作条件系数（0.69），导致两者之间的配筋相差约30%，这是因为抗浮锚杆的受力条件和受力机理更趋同于抗拔桩，而不是锚杆的缘故。建筑边坡工程技术规范上的锚杆适用范围主要适用于边坡、基坑的水平向锚杆，而边坡、基坑中的水平向抗拔锚杆受力条件远复杂于抗浮锚杆，它们不但受拉，实际还受剪，还有地下水渗流作用，再加上潜在滑移面的不确定性，在基坑、边坡中设计锚杆，采用《建筑边坡工程技术规范》7.2.2式是非常必要的，但在抗浮锚杆设计中，就显得过于保守了。
4结论
通过探讨抗浮锚杆在工程设计中的应用，笔者总结了以下几点结论：①由于地质条件和施工工艺的不同，GB50010-2002（混凝土结构设计规范》中的裂缝计算公式的适用性也是有限的；②设计人员可按照抗拔桩的设计理论进行抗浮锚杆的长度、配筋计算，也可以不考虑抗浮锚杆的锚固体混凝土裂缝；③本文从《建筑结构荷载规范》的荷载组合人手，建立的抗浮锚杆计算公式比参照边坡规范设计方法节约钢筋约30%；④全粘接锚杆存在一个锚固长度临界值，实验结果表明：在采用全粘接的抗浮锚杆设计计算中，抗浮锚杆单根长度不宜超过6.0m。
参考文献
[1] 王迎喜.地下车库抗浮锚杆设计与应用[J].安徽建筑.2012年第05期
[2] 刘建军.某工程抗浮锚杆的应用[J].低温建筑技术.2012年第07期
关键词：抗浮锚杆；工程设计；承载机理；荷载试验
随着我国社会经济建设的快速发展，城市建设规模得到不断的扩大，地下室、地下车库和下沉式广场等地下构筑物数量日益增加。这些不同功能的建筑物由于功能的需要，其地下室往往会连成一个整体，不仅增加了工程项目结构设计的难度，而且也提高了工程地下结构的抗浮要求。目前，国内建筑地下结构主要采用重平衡法、浮力消除法、综合设计方法和锚杆抗浮法等抗浮方式，其中抗浮锚杆作为一种常用的抗浮措施，具有造价低廉、工艺技术简单、施工周期短等优点，与其他一般基础桩相比具有一定的优势。但我国对抗浮锚杆的设计并没有一个系统的规定，很可能造成抗浮锚杆设计不合理，给建筑工程地下结构带来一定的安全隐患。因此，建设单位有必要加强抗浮锚杆的设计工作研究，通过不断的探索，以逐步完善抗浮锚杆设计规范。
1几个抗浮概念的认识
1.1浮力标准值是结构合理使用年限内的最大极限值
在GB50009-2001（（建筑结构荷载规范》中，并未提到浮力。但根据永久荷载和可变荷载的定义，建筑物的浮力应该是永久荷载。而且浮力不同于其它的永久荷载，工程中所取的地下抗浮设防水位，都是历史最高水位，有时甚至还在历史最高水位上0.5—1.0m，因此按照该水位计算的浮力都是浮力的最大极限值，这与其它永久荷载不同，如结构自重，一般取正态分布的某一保证率下的分位值。而结构在使用过程中，实际受到的浮力都比该设计值小，不可能出现实际浮力超越设计值的情况。
因此，对浮力进行荷载组合时，笔者建议可以适当降低其荷载分项系数。
1.2抗浮锚杆的裂缝验算
由于抗浮锚杆为圆形截面，规范也未明确该公式是否适用于圆形截面的计算，工程实践中对抗拔桩的裂缝验算基本是按照该公式进行。但大量工程实际设计结果表明，在利用该公式进行抗浮锚杆的裂缝验算时，裂缝宽度基本都超过0.2mm，一般在0.3～0.5mm，这是由于：
1）锚杆的截面配筋率远远大于抗拔桩、混凝土梁等的配筋率，按照常规设计结果，一般锚固体直径取150mm，锚杆钢筋取3φ20，截面配筋率最少都达到5.3%，远远超过常规的抗拔、受拉构件（一般在约1%），按此计算，裂缝问纵向受拉钢筋应变不均匀系数 接近于1，对计算结果影响很大，而按照1%的配筋率计算， 值一般在0.5以下；
2）混凝土的保护层厚度方面，抗浮锚杆的钢筋一般都放在孔中央，导致保护层厚度较大，而一般的抗拔桩则是将钢筋分布在桩截面的周边，混凝土保护层厚度较小，由于抗浮锚杆的C取值偏大，也使得裂缝计算结果偏大；
3）抗浮锚杆的实际受力机理是，它不是抗弯构件，即使按照轴心受拉构件来看，其受力也是顶部大，下部小，而且锚固体周围的土层摩阻力对裂缝的开展也有约束作用，完全不同于混凝土结构设计规范上的轴心受拉构件、受弯构件；
4）经过作者查阅资料，发现最大裂缝计算仍是一个试验公式，多个参数均是在试验结果的拟合下得出的，试验的前提也是构件周边无任何约束，试验的对象主要针对的是轴心受拉构件和受弯构件，这与抗浮锚杆的受力情况完全不同。
但是《规范》中并未对锚固体的裂缝验算进行相关要求。而通过以上分析，（1）式也不适对岩土的锚固体裂缝进行验算。从笔者收集的资料看，目前尚无因岩土锚固体开裂导致钢筋腐蚀断裂的案例。综上，考虑到抗浮锚杆的施工工艺与锚杆施工的一致性，且使用环境远好于一般的基坑边坡锚杆，同时其后压浆形成的锚固体和周围的地层结合紧密，因此，笔者建议不进行裂缝验算。
2卵石层抗浮锚杆的设计思路
2.1根据历史最高水位计算浮力标准值
根据结构自重和上覆土重，计算结构抵抗浮力的标准值。一般该项工作由结构设计单位完成，提供给专项设计单位一个抗浮水压力标准值（即已经考虑了结构自重和覆土重量，还需要抗浮锚杆来抵抗的水压力），在这里表示为S。
2.2计算荷载效应组合
计算正常使用极限状态下的荷载效应下的标准组合，以确定单根抗浮锚杆的抗拔承载力特征值；计算承载力极限状态下的荷载效应基本组合，以确定抗浮锚杆的配筋。
该工程目前已施工，并进行了锚杆的基本试验和验收试验，在锚杆抗拔力特征值260kN的作用下，锚杆锚固体顶部位移为1.4～2.03mm，变形极小。
对比以上计算过程，笔者在锚杆杆体配筋计算上，没有采用《建筑边坡工程技术规范》7.2.2式的计算方法，对比该公式，本方法在杆体面积计算时没有考虑锚杆的抗拉工作条件系数（0.69），导致两者之间的配筋相差约30%，这是因为抗浮锚杆的受力条件和受力机理更趋同于抗拔桩，而不是锚杆的缘故。建筑边坡工程技术规范上的锚杆适用范围主要适用于边坡、基坑的水平向锚杆，而边坡、基坑中的水平向抗拔锚杆受力条件远复杂于抗浮锚杆，它们不但受拉，实际还受剪，还有地下水渗流作用，再加上潜在滑移面的不确定性，在基坑、边坡中设计锚杆，采用《建筑边坡工程技术规范》7.2.2式是非常必要的，但在抗浮锚杆设计中，就显得过于保守了。
4结论
通过探讨抗浮锚杆在工程设计中的应用，笔者总结了以下几点结论：①由于地质条件和施工工艺的不同，GB50010-2002（混凝土结构设计规范》中的裂缝计算公式的适用性也是有限的；②设计人员可按照抗拔桩的设计理论进行抗浮锚杆的长度、配筋计算，也可以不考虑抗浮锚杆的锚固体混凝土裂缝；③本文从《建筑结构荷载规范》的荷载组合人手，建立的抗浮锚杆计算公式比参照边坡规范设计方法节约钢筋约30%；④全粘接锚杆存在一个锚固长度临界值，实验结果表明：在采用全粘接的抗浮锚杆设计计算中，抗浮锚杆单根长度不宜超过6.0m。
参考文献
[1] 王迎喜.地下车库抗浮锚杆设计与应用[J].安徽建筑.2012年第05期
[2] 刘建军.某工程抗浮锚杆的应用[J].低温建筑技术.2012年第07期