提要：抗浮錨樁(以往經常稱為抗浮錨桿或錨桿)是介于樁和錨桿之間的受力構件，其受力狀態與抗拔樁同，但施工工藝與錨桿類似，故其側阻力的形成和變化與土中錨桿或邊坡支護的土釘類似。抗浮錨樁設計要建筑物或地下構筑物設計基準期，故檢討目前抗浮錨樁的設計方法和施工工藝，使之體現抗浮錨樁的受力特性是本文的目的。可供參考。
　　關鍵詞：抗浮錨樁，施工工藝
　　抗浮錨樁協助地下結構抗浮使一些地下結構設計合理并經濟，尤其是大空間大跨度的地下結構。大空間的地下結構使用抗浮錨樁是比較合理和經濟的選擇。
　　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。錨桿在各類工程應用較多，有許多成熟的經驗，并有一些錨桿方面的設計施工規程，但用于抗浮設計的抗浮錨樁尚無規程或條文規定，只能按有關規程和參照有關文獻進行設計施工，很不方便。
　　1抗浮錨樁的荷載
　　用抗浮錨樁替代難以承擔水壓力的地下結構形式(如大空間地下結構)抗浮和承載可以化解設計困難，也可以用于解決建筑物和構筑物自重（即恒載，含它們上面的覆土和可用于抗浮的準永久荷載）不足以抵抗地下水浮力的抗浮問題，也可以承擔壓力。其荷載計算在文獻[1]有規定，設計水位對地下結構產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[1]，CW、CGi分別為水壓力、永久荷載的荷載效應系數，下標W代表地下水、G代表永久荷載，i代表第i個永久荷載，k代表荷載標準值。
　　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反向的壓力荷載。出現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或安全系數問題。
　　2.1抗浮錨樁的側阻力引起地面土層松動問題
　　文獻[2]的條文和說明介紹的抗壓、抗拔樁側阻力實測對比資料表明λ與L/d(L為樁長、d為樁徑)有關。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。后者由于樁側阻力的作用其樁身的應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，在某一深度樁的內拉力為0，則該深度以上的樁側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。
　　由此可知樁側阻力抵消樁內拉力的速度與樁頂上拔量有關系：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系可導出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，實際上加快了樁側阻力抵消樁內拉力的速度，減小了樁頂的上拔量。進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。下段可按材料力學的方法積分計算。該估算且忽略了樁底的上拔量。進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據和地表面處的鋼筋上拔數據用于分析錨樁上層土松動的臨界上拔量。但根據現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生壓力，下面沒破壞的土層還有自身結構的作用，以及樁側阻力的極限值，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，應專題研究。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，依據文獻[2]條文說明的資料數據分析并結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[2]條文說明的資料數據的L/d的最小值，若參照其鉆孔樁長12m時的λ=0.98的試驗數據，該處理方法可行的。
　　2.2關于抗力分項系數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，設計水位即為最高水位，恒載考慮了分項系數折減，壓力注漿的樁側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合程度優于預制樁故其側阻力應大于預制樁，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、抗拔樁的抗力分項系數、結構重要性和發生破壞產生的社會影響等，建議抗拔錨樁的地基抗力分項系數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滿足下式：
　　γoSZHmax≤RZH/γS(5)
　　式中d、qsik、Li分別為抗浮錨樁直徑、樁側表面第i土層抗拔極限側阻力標準值、第i土層的厚度，γo為結構重要性系數。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)試驗再設計或調整設計。該試驗周期短費用較低，經過各方配合一般可做到不影響工期。抗浮(工程)錨樁嚴格按照抗浮(基本試驗也有稱破壞試驗)錨樁的設計和施工工藝施工時，其驗收檢測的設計拔力的檢測系數可適當小于抗力分項系數γS。
　　抗浮錨樁的樁身承載力也就是鋼筋承載力，按文獻[6]要求應滿足下式：
　　γoSZHmax≤fyAs(6)
　　土中氣與水對鋼筋有一定的銹蝕作用，當抗浮錨樁有裂縫或樁身缺陷使氣和水與鋼筋有接觸的機會，若干年后銹蝕會使鋼筋面積減少影響結構安全，因此設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計中有使用；預應力預制樁的混凝土可以滿足抗裂要求以保護鋼筋；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計要求承載力的影響。考慮弱銹蝕的鋼筋直徑調整計算式：
　　d=2(γoSZHmax)0.5/(πfyk)0.5+2△(7)
　　式中符號本文沒說明的見文獻[3]。△為設計基準年限內鋼筋弱銹蝕的厚度，可結合地下水的腐蝕性和各地的經驗數據考慮。式(7)有如下考慮：恒載已考慮分項系數折減；水壓力按設計水位計算是最高水位實際已經包含了活載分項系數且起主要作用；鋼筋加大后抗浮錨樁可能產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加大鋼筋直徑的配筋原則是節約鋼筋的有效方法，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的施工問題。
　　抗浮錨樁的抗拔力取決土層產生的側阻力、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造就可以滿足要求，而土層和抗浮錨樁之間的側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系。成孔過程形成的泥漿護壁在地下水位以下的不同土層內對抗浮錨樁的抗拔力影響不同，應采取合適的施工措施。如泥漿護壁附著在側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揮，注漿前應盡可能清除泥漿及泥漿護壁，如果清孔時在抗浮錨樁底部沖出若干球狀孔（即擴孔，方法是將清孔鋼水管端部封堵，在端部側面切割出水口）對抗拔力的提高是勿需說明的；易崩塌的砂類土應采取合適的施工措施清孔注漿，保持一定的注漿壓力使漿液滲入土層對保證或提高抗浮錨樁的抗拔力是有利的；泥漿護壁、淤泥和淤泥質土在抗浮錨樁界面的摩阻力差別較小，清孔時只需將孔內泥漿排除干凈，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阻力。而側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阻力(錨桿稱抗剪強度或摩阻力)的一些問題，對設計抗浮錨樁有益。
　　文獻[4]第11章《錨固技術》詳細論述了施工工藝和土層類別對τ的影響和錨桿的其他內容。歸納起來τ取決于土層對錨桿的側壓應力和土層的類別與性質。土層的類別與性質和埋深對錨桿的側壓應力是自然產生的；而高壓注漿產生的錨桿附加側壓應力的逐漸擴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量和樁身與原土層粘結考慮可以高一些，保證樁與土粘結的原則下可以在封堵注漿口時適當釋放注漿壓力，封堵注漿口可以參照灌注樁的施工要求適當超注或用砂土堆載等其它方法處理。
　　樁的側阻力多由勘察按土層的種類、特性和埋深等提出。歸納起來樁的側阻力也是取決于土層對樁的側壓應力和土層的類別與性質。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，使孔壁側向的原靜止土壓力發生“解除”現象。所以從基樁的施工角度看，抗浮錨樁注漿后封堵注漿口應注意保持一定的壓力使其側壓力能接近、恢復或略超過原靜止土壓力。
　　綜合錨桿和樁的關于側阻力的論述，抗浮錨樁施工措施除前面提及的外，很重要的一點是根據不同土質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，依據修改工藝后的第二組抗浮錨樁的基本試驗結果修訂施工方案進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，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，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#成孔采用泥漿護壁鉆進，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(固結后的)側阻力合力的條件。文獻[7]提到是在1～2天的時間錨桿做抗拔試驗，文獻[4]在C.0.6條中對不同類型的土規定了10、15、25天不等的成樁后到開始抗拔試驗的間歇時間，抗浮錨樁可以結合土層性質參照文獻[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，驗收檢驗數按總數的2%抽樣，檢驗值取1.2倍抗浮錨樁抗拔力的設計值和0.8倍的鋼筋抗拉強度標準值兩者的較小值。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(可重復使用)應專門制作，張拉裝置是用兩根槽鋼焊成支承千斤頂的簡易托架擱置在墊高的枕木上。
　　抗拔試驗結果反映了第一組抗拔承載力以鋼筋設計強度控制，效果好，但施工工期長成本也較高。改變工藝后進行第二組施工，并在第七天做抗拔試驗（除46#外）滿足設計要求。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。第二階段荷載對應的上拔量均大于前一級荷載對應的上拔量，呈非線性變化。尚有部分曲線呈非線性波浪形增大。這種現象表明抗浮錨樁在上部土層自上而下先后分段產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阻力轉變為摩阻力所承擔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論：
　　（1）372#、395#、414#、285#、446#抗浮錨樁的土體摩阻力已超過鋼筋設計強度，由鋼筋設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#抗浮錨樁因未能達到設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結語
　　用抗浮錨樁協助抗浮可減小埋深、縮短坡道、減少占地，結合水壓力、浮力、選擇合理的地下室底板結構和抗浮錨樁的布置方案可以使設計經濟合理。如有不妥懇請指正。
　　感謝廈門市建筑設計院的設計，福建省四建公司的施工,廈門市建筑科學研究所的檢測，尤其是有關人員對工程的支持和協作，使我們在抗浮錨樁工程驗收后有機會探討該問題。
　　參考文獻：
　　[1]《建筑結構荷載規范》GB50009-001第3.2節〈荷載組合〉。
　　[2]《建筑樁基技術規范》JGJ94—94第5.2.17和18條及條文說明。
　　[3]《混凝土結構設計規范》GB50010—2002第8.1.2條。
　　[4]《地基處理手冊》第11章〈錨固技術〉作者：吳肖茗，中國建筑工業出版社1988年8月第一版第506～526頁。