JOB竞博.土木吧丨预应力抗浮锚杆筋体配置设计

　　作者简介：党昱敬，中冶建筑研究总院有限公司教授级高级工程师，2002年参加全国统一考试取得首批注册土木工程师（岩土）资格，国家一级注册建造师；长期从事岩土工程和地基与基础工程研究、设计、咨询、施工管理工作，期间在《工业建筑》、《建筑结构》、《建筑科学》、《建筑技术》、《工程勘察》、《施工技术》等学术期刊和学术会议上发表学术论文五十余篇。

　　一、抗浮锚杆筋体通常采用预应力螺纹钢筋或钢绞线，有施加预应力和不施加预应力之别，其施加预应力和不施加预应力，在抗浮锚杆结构设计中，不同之处在于前者有自由段，设置自由段长短与施加预应力控制锚头总位移（变形）效果有关，而有与无自由段预应力螺纹钢筋或钢绞线的抗浮锚杆在筋体配置设计上没有区别。与抗浮锚杆抗拔极限承载力标准值相匹配的预应力螺纹钢筋或钢绞线的截面面积As按下式计算[1]：

　　式中：fpy为预应力螺纹钢筋或钢绞线抗拉强度设计值（N/mm2）；Nd为抗浮锚杆拉力设计值（N），（和分别为工作条件系数和抗浮锚杆拉力标准值，等于单根抗浮锚杆抗拔承载力特征值Rta，，=Rta=Ruk/2，Ruk为抗浮锚杆抗拔极限承载力标准值），即。

　　为避免高拉力筋体遇有腐蚀介质出现应力腐蚀风险，加强筋体在腐蚀介质中的自防腐能力，预应力螺纹钢筋或钢绞线截面面积As应考虑一定的腐蚀裕量。因此建议在采用式（1）计算预应力螺纹钢筋和钢绞线]。

　　二、如上所述，抗浮锚杆分为预应力锚杆和非预应力锚杆两类，其施加预应力和不施加预应力在抗浮锚杆结构设计中不同之处在于前者设置自由段，预应力螺纹钢筋或钢绞线在自由段内可自由伸缩，利用弹性伸长施加预应力。锚固段通长自由段呈压力型预应力锚杆承载机理，压力型预应力抗浮锚杆因锚固段注浆体处于受压状态，无需对筋体采取防腐构造措施。锚固段全黏结型锚杆（或摩擦型锚杆），也称拉力型锚杆，其是所处地层出现的位移对其产生一定的反作用力时，它才承受外力，且拉力型锚杆因全长锚固段注浆体处于受拉状态，防腐耐久性也无法保障。因此，锚固段全黏结型锚杆（或摩擦型锚杆）较大的锚头位移（变形）对上部结构设计难以接受，且当水浮力大小处于周期性变化时，长期的塑性位移（变形）逐次累加，会导致锚杆失效。预应力抗浮锚杆则有很强的控制岩土位移（变形）的能力，全生命周期内因受预应力长期作用，使水浮力大小变化所产生的位移（变形）均在弹性范围内，而不会导致锚杆失效。

　　三、预应力锚杆是一种典型的后张法预应力结构，张拉荷载和锁定荷载应分别满足张拉控制应力和上部结构位移（变形）控制限值要求。其基本原理如下：如图1所示，锚杆的自由段长度为L，以锚杆底端承载体为固定端，台座（基础底板或防水板）为张拉固定端。当在张拉端施加预应力P（小于等于Nd）后，则锚杆自由段的伸长为△L，地基通过基板受压（其压力为P/A，A为单根预应力抗浮锚杆分担的抗浮面积）后，产生压缩为S，预应力P通过锚具锁定被加到锚杆中。

　　由图1可知，只有当锚杆受到的水浮力F大于预应力P时，锚杆才会产生位移（变形），因此采用预应力锚杆进行锚固时，结构与地层位移（变形）相对较小，如图2所示。

　　四、根据有效应力原理，预应力P（总应力）等于土骨架力（有效应力）与水浮力（孔隙水压力）之和。由此不难理解，当压力P/A恒定时，预应力P由起初土骨架力平衡逐步过渡到由水浮力平衡，而不会因水浮力作用增加由式（1）计算的预应力螺纹钢筋或钢绞线截面面积，预应力螺纹钢筋或钢绞线）计算结果即可。

　　[1] 党昱敬等. 囊式扩体锚杆抗拔承载机理浅析及现场试验研究 [J]. 工业建筑, 待发表.