抗浮预应力锚杆设计技术规范

抗浮预应力锚杆设计技术规范引言随着我国城市建设的快速发展，地下空间开发利用日益广泛，深基坑工程、地下构筑物（如地下室、地下车库、地铁车站、水池等）的抗浮问题愈发突出。抗浮预应力锚杆作为一种经济、高效、占地少的抗浮措施，在工程实践中得到了广泛应用。为规范抗浮预应力锚杆的设计行为，确保工程结构的安全可靠、经济合理、技术先进、便于施工，特制定本技术规范。本规范旨在为相关工程技术人员提供系统性的设计指导，涵盖从方案选型、勘察要求、设计计算、材料选择、构造措施到施工要点及验收监测等各个环节，强调设计过程中的安全性、耐久性与可操作性。1总则1.1目的与适用范围本规范旨在规定抗浮预应力锚杆（以下简称“锚杆”）设计的基本要求、技术方法和质量控制标准，以保证其在各类建（构）筑物抗浮工程中安全有效地发挥作用。本规范适用于一般地质条件下，采用抗浮预应力锚杆作为主要抗浮措施的建（构）筑物基础工程设计。对于特殊地质条件（如存在强烈腐蚀性介质、极高地应力等）或有特殊使用要求的工程，尚应结合具体情况进行专门研究，并符合国家现行有关标准的规定。1.2基本原则锚杆设计应遵循安全可靠、经济合理、技术先进、便于施工的原则。设计前应进行充分的工程地质勘察和水文地质勘察，准确掌握场地条件。设计过程中应综合考虑结构荷载、地下水浮力、岩土体性质、环境条件及施工工艺等因素，进行全面的技术经济分析。1.3与相关标准的关系本规范未涉及的内容，应符合国家现行有关工程建设标准的规定。当本规范与国家现行强制性标准相抵触时，应以国家现行强制性标准为准。2术语与符号2.1术语2.1.1抗浮预应力锚杆：为抵抗建（构）筑物在地下水浮力作用下产生的上浮趋势，预先施加拉力的锚杆。2.1.2锚固段：锚杆埋入稳定岩土体中，通过灌浆体与岩土体粘结，将锚杆所受拉力传递给岩土体的区段。2.1.3自由段：锚杆在锚固段和锚头之间，不与周围岩土体产生粘结力，主要起传递拉力和适应锚杆张拉变形作用的区段。2.1.4锚头：锚杆顶部与结构物连接，用于承受和传递预应力的部件。2.1.5抗拔承载力特征值：锚杆在正常使用条件下，所能承受的最大抗拔力，由锚杆与岩土体间的粘结强度、锚杆杆体强度等因素综合确定。2.1.6锁定荷载：锚杆张拉至设计预应力后，通过锚具锁定时的荷载值。2.2主要符号Nk——锚杆的抗拔承载力特征值；Nd——锚杆的设计抗拔力；fptk——预应力筋抗拉强度标准值；As——预应力筋截面面积；la——锚固段长度；lf——自由段长度；qsik——锚固段与岩土体间粘结强度特征值；D——锚杆锚固段直径。3基本规定3.1勘察要求锚杆设计应以详细的工程地质勘察和水文地质勘察资料为依据。勘察报告应明确场地各土层的分布、物理力学性质指标（尤其是与锚杆抗拔承载力相关的指标）、地下水位及其变化趋势、不良地质作用等。对于重要工程或地质条件复杂的场地，应进行专门的锚杆抗拔试验，以确定粘结强度特征值等关键设计参数。3.2抗浮水位抗浮水位的确定是抗浮设计的关键。应根据场地的水文地质条件、历史最高水位、周边环境影响、地下水补给与排泄条件以及工程使用期间可能出现的不利情况综合分析确定。必要时，应考虑长期水位变化趋势和极端水文条件的影响。3.3设计使用年限锚杆的设计使用年限应与主体结构的设计使用年限相适应。设计时应根据使用年限要求，考虑材料的耐久性、防腐措施以及后期维护等因素。3.4设计计算锚杆设计应进行承载力计算和变形验算。承载力计算包括锚杆与岩土体间的粘结承载力、锚杆杆体的抗拉承载力等。变形验算应满足主体结构对变形的限制要求。3.5构造措施锚杆的构造设计应保证其受力明确、传力可靠、施工方便，并满足防腐、耐久性要求。锚头、锚固段、自由段的构造应符合本规范及相关标准的规定。4勘察与荷载4.1岩土工程勘察针对抗浮锚杆设计的岩土工程勘察，除应满足常规勘察要求外，尚应重点查明：1.各岩土层的厚度、重度、抗剪强度、压缩性、渗透性等；2.岩土体的完整性、节理裂隙发育程度及其充填物性质（对岩质地基）；3.地下水位、水质对锚杆材料的腐蚀性评价；4.对锚杆施工和承载力有影响的不良地质现象。4.2作用与荷载4.2.1永久荷载：包括结构自重、土重、永久设备自重等。4.2.2可变荷载：包括楼面活荷载、屋面活荷载、施工荷载等。4.2.3浮力：由地下水对结构物产生的向上的作用力，应根据确定的抗浮水位计算。4.2.4其他荷载：如温度作用、地震作用等，应根据具体情况考虑。4.3荷载效应组合抗浮设计应根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，对荷载效应进行组合。承载能力极限状态下，应采用基本组合；正常使用极限状态下，应采用标准组合。5设计计算5.1基本要求锚杆的布置应根据结构形式、基础类型、荷载大小、地质条件及施工条件等综合确定，力求受力均匀，避免应力集中。锚杆间距应根据锚固段土体（岩体）的相互作用、施工操作空间等因素确定，不宜过小。锚杆设计应进行承载力计算，并验算锚杆杆体强度、锚固段长度等。5.2锚杆布置5.2.1锚杆宜采用行列式或梅花形布置。5.2.2锚杆的间距（排距和列距）应根据计算确定，且不宜小于锚杆直径的某一倍数（具体倍数需结合地质条件和施工工艺确定，通常应考虑避免群锚效应）。5.2.3锚杆的倾角宜根据地质条件、施工设备和抗拔力要求确定，一般可采用5°～25°，以避免与地下管线或其他构筑物冲突，并有利于提高锚固效果和施工便利性。5.3锚杆材料5.3.1预应力筋：宜采用高强度低松弛钢绞线或精轧螺纹钢筋，其性能应符合国家现行标准的规定。钢绞线的公称直径、强度级别应根据设计拉力经计算确定。5.3.2锚具：应根据预应力筋的类型和张拉要求选用，其性能应符合国家现行标准的规定，并具有足够的承载能力和可靠性。5.3.3套管：自由段的套管应具有足够的强度和刚度，能保护预应力筋不受损伤，并允许预应力筋在其中自由滑动。套管材料可采用塑料或金属。5.3.4水泥浆体：锚固段灌浆宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不应低于某一标准值（如M30，具体根据设计要求）。水泥应采用普通硅酸盐水泥，其强度等级不宜低于42.5级。浆体应具有良好的流动性、和易性和泌水性，必要时可掺入适量的外加剂，但不得影响浆体的强度和耐久性。5.4锚杆承载力计算5.4.1锚杆抗拔承载力特征值Nk：应根据锚固段与岩土体间的粘结强度特征值和锚杆杆体抗拉强度标准值，并结合锚杆数量综合确定。按粘结强度计算：Nk≤π·D·la·qsik按杆体强度计算：Nk≤fptk·As/γs式中，γs为预应力筋的材料分项系数。5.4.2锚杆设计抗拔力Nd：应根据作用在结构上的浮力与其他荷载的效应组合确定，并考虑必要的安全储备。Nd=Nk/γR，γR为锚杆抗拔承载力分项系数。5.5锚杆杆体截面设计锚杆杆体（预应力筋）的截面面积As应根据设计抗拔力Nd和预应力筋的抗拉强度设计值fpy确定：As≥Nd/fpy预应力筋的根数应根据单根预应力筋的截面面积和所需总截面面积计算确定，并取整数。5.6锚固段长度计算锚固段长度la应根据锚杆设计抗拔力Nd、锚固段直径D及岩土体与浆体间的粘结强度特征值qsik，并考虑相应的分项系数计算确定：la≥Nd/(π·D·qsik·γq)式中，γq为锚固段粘结强度分项系数。计算得到的锚固段长度尚应满足最小锚固长度的要求，最小锚固长度应根据岩土性质和施工工艺确定。5.7自由段长度设计自由段长度lf应根据基坑开挖深度、地下水位、锚杆倾角以及结构物可能产生的沉降等因素确定。自由段长度应保证锚固段位于稳定的岩土体中，并应使锚杆在张拉后，自由段能产生足够的弹性变形以实现预应力的施加。当锚杆穿越软弱土层或可能产生较大变形的土层时，自由段长度应适当增加。5.8防腐设计锚杆的防腐设计应根据地下水的腐蚀性等级、环境条件以及设计使用年限确定。1.锚固段：预应力筋应采用水泥浆体或水泥砂浆全长包裹防腐。2.自由段：预应力筋应采取双重防腐措施，通常可在预应力筋表面涂防腐油脂或防腐涂料后，再套入塑料套管，套管两端应密封。3.锚头：锚头应采取有效的防腐和保护措施，可采用混凝土封裹，或采用防腐涂料和面漆处理，并应设置排水措施，避免积水锈蚀。4.对于腐蚀性环境，应选用耐腐蚀的预应力筋（如环氧涂层钢绞线），并加强防腐措施。5.9节点构造5.9.1锚杆锚头应与结构物的基础或底板可靠连接。锚头构造应能承受设计拉力，并能方便地进行张拉和锁定操作。5.9.2锚头处应设置锚板、螺旋筋或钢筋网片等加强措施，以防止混凝土局部受压破坏。5.9.3锚杆与基础底板连接处的混凝土强度等级不应低于C30。锚板的厚度和尺寸应根据锚固力计算确定。6施工与质量控制要点6.1施工准备锚杆施工前应编制详细的施工组织设计或施工方案，明确施工工艺、质量控制标准、安全措施等。施工前应对原材料进行检验，确保其符合设计和规范要求。对施工人员应进行技术交底和培训。6.2成孔成孔工艺应根据地质条件选择，可采用螺旋钻、回转钻、冲击钻等方法。钻孔应保证孔位准确、孔径符合设计要求、孔壁平直、孔深满足锚固段长度要求。钻孔过程中应做好记录，如遇异常情况应及时处理。成孔后应清除孔内虚土、沉渣，确保孔底干净。6.3锚杆制作与安放预应力筋应按设计长度下料，其端部应采取防止散丝的措施。自由段的防腐处理应符合设计要求，套管应无破损，两端密封良好。锚杆安放时应保持顺直，避免扭曲、弯折。注浆管应与锚杆一同放入孔内，注浆管底部距孔底宜为一定距离（如100mm~200mm）。6.4注浆注浆是保证锚杆质量的关键工序。注浆应采用孔底注浆法，即从孔底开始注浆，逐渐将空气和水排出孔外，直至浆体从孔口溢出，确保注浆饱满。注浆压力和注浆量应根据地质条件和浆体性质控制。对于重要工程或在易发生离析、泌水的土层中，宜采用二次注浆工艺或高压注浆工艺，以提高锚固段的粘结强度。浆体强度未达到设计要求前，不得对锚杆进行张拉。6.5张拉与锁定锚杆张拉应在浆体强度达到设计强度的某一百分数（如80%）以上时方可进行。张拉前应安装好张拉设备，并进行标定。张拉应分级进行，逐级加载至设计锁定荷载，并持荷一定时间（如5min~10min）后锁定。对于长度较大或地质条件复杂的锚杆，宜采用分批张拉或对称张拉的方式，避免对结构产生不利影响。锁定后，若发现预应力损失较大，应进行补张拉。6.6质量检测与验收锚杆施工过程中应进行严格的质量控制和检验。包括原材料检验、成孔质量检验、注浆质量检验、张拉应力检验等。施工完成后，应按规定对锚杆进行抗拔承载力检验，检验数量和检验方法应符合相关标准的规定。7验收与监测7.1验收抗浮预应力锚杆工程的验收应包括施工过程验收和竣工验收。验收时应提供以下资料：1.工程地质勘察报告、设计文件及图纸会审记录；2.原材料出厂合格证、质保书及进场检验报告；3.施工记录（成孔、注浆、张拉等）；4.锚杆抗拔承载力检验报告；5.隐蔽工程验收记录；6.其他必要的文件和记录。验收应严格按照设计要求和本规范及相关标准的规定进行，确保锚杆工程质量符合要求。7.2监测对于重要的抗浮锚杆工程或地质条件复杂的工程，应进行锚杆应力监测和结构变形监测。监测内容可包括锚杆的预应力损失、结构的上浮量等。监测点的布置应具有代表性，监测频率应根据施工阶段和使用阶段的不同确定。监测数据应及时分析，并根据监测结果调整