压力分散型抗浮锚杆施工技术
一、 绪论
1. 引言
随着基坑越来越深，结构抗浮问题日益突出。对于抗浮设计承载力不是很高的工程通常采用拉力型抗浮锚杆，如北京酒仙桥污水处理厂沉淀池、清河污水处理厂曝气池，抗浮锚杆抗拔力设计值为均小于250kN，锚杆杆体均采用1根Ф40的钢筋。传统的拉力型锚杆的荷载是依赖其固定段杆体与灌浆体接触的界面上的粘结应力由顶端向底端传递的。锚杆工作时，固定段的灌浆体易出现张拉裂缝，防腐性能差。对于抗浮设计承载力较高的工程，传统的拉力型锚杆已不能有效的满足工程建设需要。 摩阻应力拉力荷载浆体受拉杆体拉力型锚杆 与传统的拉力型锚杆相比，压力型锚杆则借助无粘结预应力钢绞线使之与灌浆体隔开和特制的承载体，将荷载直接传至底部的承载体由底端向固定段的顶端传递的。锚杆工作时，固定段的灌浆体受压，不易开裂，用于永久性锚固工程是有发展前途的。如首都机场扩建工程结构抗浮采用了压力分散型锚杆技术，锚杆设计承载力为2200kN，锚杆杆体采用14Ф15.2的钢绞线。 摩阻应力拉力荷载压力型锚杆 浆体无粘结受拉杆体承载体2. 抗浮基本原理 当建筑物基础埋藏较深时，在历史最高地下水位情况下，结构的重量包括静第 14 页
载荷不足以抵抗地下水的上浮力，必须增加结构重量或将其锚固于下卧层中，以增强结构对竖向位移的抵抗能力。而增加结构底板的厚度，常常是很不经济的。近十多年来，采用将底板锚固于下卧地层的方法来抵抗垂直位移。
第一种方法是增加结构的重量。通常是把结构基底的厚度t增加了一个数值
t'，但这样会使基底进一步下降，从而又增大了上浮力。因此增大了结构基底的作
用又会部分地增大体积所排开的水抵消。
如果完全依靠结构重量抵抗上浮力的影响以保证结构稳定，那么基底的厚度必须增加一个厚度t'，这一增量可从力的平衡条件求得：
mv?F(h?t')?v?F(tp?t')?b t'??b?tp?mv?h??vmv??v??b
整个结构基底需要增加的重量为：
G???b?t??F??b?b?tp?mv?h??vF
mv??v??b式中 ?b——结构砌体的重度；?v——水的重度；h——基底面以上的地下水高度；tp——基底的厚度；F——基底面积；mv——上浮的安全系数（1.05~1.20）。
第二种方法是将结构锚固于下卧地层中，所需的锚固力少于前一种方法中基底增加的重量，可用下面的平衡式计算锚固力。
mv?F?h??v?F?tp??b?P P?F(mv?h??v?tp??b)
3. 压力分散型锚杆
压力分散型锚杆是近几年来发展起来的一种压力型锚杆，它最早由英国人研究成功。近十年来，这种锚杆在日本得到很大发展，被命名为KTB工法，主要用于永久边坡工程。我国冶金部建筑研究总院、长江科学院等单位于1997年在国内首次开发了这种压力分散型锚杆，并对其工作特征进行了较系统深入的研究，取得了满意的效果。
3.1 力学机理
压力分散型锚杆是在同一钻孔中安装几个单元锚杆，而每个单元锚杆均有自己的杆体、自由长度和固定长度，而且承受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶施
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加的，并通过预先的补偿张拉（补偿各单元锚杆在同等荷载下因自由长度不等而引起的位移差）而使所有单元锚杆始终承受相同的荷载。采用压力分散型锚杆，由于能将集中力分散为若干个较小的力分别作用于长度较小的固定段上，导致固定段上的粘结应力值大大减小且分布也较均匀，能最大限度地调用锚杆整个固定范围内的地层强度。此外，使用这种锚固系统的整个固定长度理论上是没有限制的，锚杆承载力可随固定长度的增加而提高。
粘结应力粘结应力沿锚固段的分布
3.2 结构构造
目前，冶金部建筑研究总院等单位开发的压力分散型锚杆的结构构造主要有两种。一种是无粘结钢绞线绕承载体弯曲成“U”型，构成单元锚杆，再由若干个单元锚杆组成总体锚杆。承载体是聚酯与纤维的复合体，具有高强高韧性的特点。另一种结构构造的主要区别在于承载体由钢板制成，钢板上开有若干个直径为20mm的圆孔，与承载体相固定的无粘结钢绞线穿过圆孔借助挤压簧与挤压套相压接。这种结构构造可用于承载力设计值大于1000kN的压力分散型锚杆。 二、 工程概述
1. 工程概况
本工程由1栋高层多功能主体大楼及其四周纯地下室部分组成，主结构为钢筋混凝土框架剪力墙结构＋钢结构，外围纯地下建筑为框架结构，地下四层，基础板厚600mm～2000mm，基础埋深-23.51m，±0.00=44.20m，自然地坪约43.2m左右。抗浮设计水位标高为37.00m，抗浮水压145kN/m2。因此，拟采用压力分散型锚杆技术来解决地下车库及主楼建筑物地下中空部分的整体抗浮问题，保证建筑物的稳定和正常使用。此种工艺在北京基础抗浮工程应用中尚属首次。结构抗浮设计要求单根锚杆的设计承载力为650kN，即要求锚杆的极限承载力为1300 kN（考虑2倍安全系数）。
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2. 岩土工程条件
根据岩土工程勘察报告，基础底板以下地层各层情况如下：
2.1 粘土、重粉质粘土⑤层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，属中低～低压缩性土，层顶标高21.36~24.29m；
2.2 卵石、圆砾⑥层：内含细砂、中砂为杂色，低压缩性，层顶标高19.26~21.53m；
2.3 粉质粘土、重粉质粘土⑦层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，属中低～低压缩性土，层顶标高10.31~12.02m；
2.4 卵石、圆砾⑧层：内含细砂、中砂为杂色，低压缩性，层顶标高6.65~8.88m； 2.5 粉质粘土、粘质粉土⑨层：褐黄色，湿～饱和，硬塑～可塑，低压缩性土，层顶标高-3.67~-3.34m；
2.6 卵石、圆砾⑩层：内含细砂、中砂为杂色，低压缩性，层顶标高-10.94~-10.16m；
2.7 粉质粘土、重粉质粘土⑾层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，低压缩性土，层顶标高-21.54m。
3. 水文地质条件
根据水文地质资料、地下水位勘察地质剖面及勘察报告，本场地揭露4层地
下水，见下面地下水情况一览表：
钻孔内静止水位 地下水层地下水类型 测量时间水位埋深（m） 水位标高（m） 1 2 3 4
三、 锚杆设计
上层滞水 层间潜水 2.20～5.30 38.52～41.02 2003年2月上、中旬 17.70～18.96 24.14～25.02 承压水（测压水头） 19.40～21.10 22.10～23.39 承压水（测压水头） 20.43～20.90 22.25～22.96 第 17 页
1. 锚杆参数设计 1.1 锚杆钢绞线设计 锚杆钢绞线根数可由下式求得： A?K?Nt1.8?650kN==629mm2 1860MPafptk这里采用8根1860MPa 的7Ф4钢绞线（单根钢绞线截面积98.7 mm2），A=8×98.7mm2=789.6 mm2>629mm2 。 Nt—锚杆轴向拉力设计值(kN)，K—安全系数（取1.8），fptk—钢绞线抗拉强度标准值(1860MPa)，A—钢绞线截面积。 锚固体承压面积Ap设计 P/n=1.5 Apβζfc P—压力分散型锚杆的总承载力（取1300kN）； n—单元锚杆数（取n=4）； Ap—单元锚杆承载体与水泥浆体接触面积； β—锚固段水泥浆体局部受压时强度提高系数。β=(A/Ap)0.5，A为水泥浆体截面积（水泥浆体直径 150mm）； ζ—锚固段水泥浆体受压时侧向地层约束力作用的抗压强度提高系数，这里取1.0；
fc—水泥浆体轴心抗压强度标准值(M40)。
对于“P”型锚杆，采用直径为110mm的带孔钢板（以8个孔的为例，Ap =7160 mm2）， 1.5×Ap×1.57×1.0×40N/mm2=674.5 kN >1300kN/4，满足要求。对于“U”型锚杆，采用聚脂纤维承载体（Ap =5700 mm2），1.5×Ap×1.76×1.0×40N/mm2=602 kN >1300kN/4，满足要求。
2. 锚固体长度设计
P=απD(L1fak1+ L2fak2+L3fak3+……)
α—压浆提高系数(取1.3)，D—锚固体直径(取150mm)，Li—土层厚度（m），
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