吴鑫泷，张 斌，王永健
（中国华西工程设计建设有限公司，四川 成都 610000）
早期曾经有论文对不同规范标准计算得出的抗浮锚杆工程量进行过比较，给出了合理的费效比结论[1]。经过许多年的发展，规范标准也在不断地修订，都有了不同程度的改进。重新对现有的规范进行比较分析，更有助于设计人员加深对抗浮锚杆的认知和理解。
目前抗浮锚杆设计依据标准分类繁多，从国标到行标，再到地标。为了选择安全可靠又经济实惠的抗浮锚杆设计方案，先要对各层面的规范依据有个初步认识。现今抗浮锚杆设计采用的规范主要有国标《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015） 及《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）[2]，行标《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476—2019）[3]，还有地标《四川省建筑地下结构抗浮锚杆技术标准》（DBJ51/T102—2018）[4]。
（1）《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）中，锚杆拉力计算采用设计值，较其他类规范所用的锚杆拉力标准值需要乘1.35 和工作条件系数γw，这是该规范最显著的特点。
式中：Nd——锚杆拉力设计值，kN；
Nk——锚杆拉力标准值，kN；
γw——工作条件系数，一般情况取1.1。
而锚杆的杆体截面面积按照式（2）计算。
式中：As——锚杆杆体截面积，mm2；
fy——杆体抗拉强度设计值，N/mm2。
锚杆抗拔承载力需要满足式（3）、式（4）要求，所求锚固段长度取其中的较大值。
式中：La——锚杆锚固段的长度，m；
fmg——锚固段浆体与地层之间极限黏结强度标准值，MPa；
f′ms——锚固段浆体与锚杆杆体之间的黏结强度设计值，MPa；
D——锚杆锚固段钻孔直径,mm；
d——杆体钢筋直径，mm；
K——抗拔安全系数；
ξ——采用两根或两根以上钢筋时，界面黏结强度降低系数，取0.70～0.85；
ψ——锚固段长度对极限黏结强度的影响系数；
n——钢筋或钢绞线根数。
（2）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）中，锚杆钢筋截面积应满足式（5）的要求。
式中：Nak——锚杆轴向拉力标准值，kN；
Kb——杆体抗拉安全系数。
锚杆锚固段长度计算需要对下列两个公式进行比较后选择其中较大值。
①锚固体与岩土层间的长度应满足式（6）的要求。
式中：la为锚固段长度，m；
K——锚固体抗拔安全系数；
frbk——岩土层与锚固体极限黏结强度标准值，kPa，通过试验确定；
D——锚杆锚固段钻孔直径，mm。
②锚杆杆体与锚固砂浆间的锚固长度应满足式（7）的要求。
式中：fb——钢筋与锚固砂浆间的黏结强度设计值，kPa，由试验确定。
（3）《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476—2019）中，锚杆杆体截面面积按式（8）计算。
式中：Nt——荷载效应的基本组合下锚杆拉力标准值，kN；
Kt——杆体抗拉安全系数，取2.0。
对于锚杆锚固体长度由试验确定，计算时又分为岩层和土层锚固体长度。
①岩层锚固段长度如式（9）所示。
式中：K——锚固体抗拔安全系数，取2.0；
frbk——锚固体与岩层间黏结强度标准值，kPa，由试验确定；
d——锚固体直径，mm；
ξ——经验系数，取0.8。
②土层锚固体长度计算如式（10）所示。
式中：K——锚固体抗拔安全系数，取2.0；
qsia为锚固体与土层间黏结强度标准值，kPa，由试验确定。
（4）《四川省建筑地下结构抗浮锚杆技术标准》（DBJ 51/T102—2018）中，锚杆杆体截面积按式（11）确定。
式中：Kb——锚杆杆体抗拉安全系数，取2.0；
fy、fpy——钢筋或钢绞线抗拉强度设计值，kPa。
锚固长度应按试验确定，可按式（12）、式（13）估算，并取较大值。
①锚杆锚固段与岩土层间的长度应满足式（12）要求。
式中：l1——锚杆锚固段长度，m；
K——锚固体抗拔安全系数，取2.0；
qsia——岩土层与锚固体间的极限黏结强度标准值，kPa；
D——锚固体直径，mm。
②锚杆杆体与锚固砂浆间的锚固长度应满足式（13）要求。
式中：l2——杆体与水泥浆之间的锚固长度，m；
n——钢筋根数；
d——钢筋直径，mm；
fb——钢筋与锚固段注浆体间的黏结强度标准值，MPa。
（5）规范差异与公式比较如下。
这次选择的4 本规范是2010年后更新过的版本，也是抗浮设计现行参照标准，具有一定的代表性。
通过前文有关锚杆计算公式中可以看出，各规范计算原理基本一致，锚杆杆体截面积都是锚杆轴向拉力除以钢筋抗拉强度，再赋予一些差异系数和安全系数；
锚固段长度则是通过计算轴向拉力与单位长度黏结力（岩土层与锚固体、钢筋与锚固砂浆）比值，然后取大者确定作为锚固段长度，相同条件下结果的大小跟安全系数成正比，本文就各公式中的差别进行对比。
①《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》中与其他3 本规范最明显的差异就是锚杆轴向拉力选择了设计值而不是标准值，也可以理解为相较于标准值放大1.35×1.1=1.485 倍。
②在抗浮锚杆计算中，锚固体和地层间锚固长度一般为大值，同一地层环境下，计算锚固段长度与抗拉安全系数成正比，由大到小依次是：a.《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》中锚固段长度，需要考虑抗拔力设计值中扩大系数1.35×1.1，再结合锚固工程的3 个安全等级K 值分别对应2.2、2.0、2.0，相当于3 个等级分别扩大3.267、2.97、2.97 倍；
b.《建筑边坡工程技术规范》中锚固段长度，针对边坡3 个等级K 值分别乘以2.6、2.4、2.2；
c.《四川省建筑地下结构抗浮锚杆技术标准》中锚固段长度，K 值为常量2；
d.《建筑工程抗浮技术标准》中K 为常量2，但被赋予ξ 经验系数0.8 后，实际等效为1.6 也是最小的。综上所述，根据4 本规范的不同标准，锚固段长度差异是明显的，结果比对《建筑工程抗浮技术标准》的锚固段长度最短，也是其中最为经济的。
③以锚杆杆体截面积为比较对象，其值与锚杆轴向拉力取值和安全系数关联紧密，其结果由大到小依次是：a.《建筑边坡工程技术规范》，轴向拉力为标准值，K 值针对边坡3 个边坡等级分别取值2.2、2.0、1.8；
b.《建筑工程抗浮技术标准》及《四川省建筑地下结构抗浮锚杆技术标准》，轴向拉力为标准值，K值均为2；
c.《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》，虽未设安全系数，但锚杆轴向拉力采用设计值，等效于最终扩大1.48 倍，也是最小。对比可知，同样抗浮标准环境条件下，锚杆杆体截面积按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》最为经济。
《建筑工程抗浮技术标准》在抗浮锚杆计算中锚固段长度有较大经济优势，同是该规范又是最新的抗浮设计规范，应该广受推崇，但在实际中却因规范内一些相关条款的制约，在适用性方面备受争议，造成取舍两难的困境。原文有关抗浮锚杆固体裂缝控制设计应符合规定描述如下。
抗浮设计等级为甲级的工程，按不出现裂缝进行设计，在荷载效应标准组合下锚固浆体中不应产生拉应力，并应满足式（14）要求。
式中：σck——荷载效应标准组合下正截面法向应力，kPa；
σpc——扣除全部应力损失后，锚固浆体有效预压应力，kPa。
该条款意味着抗浮等级为甲级的工程采用锚杆抗浮时必须使用预应力锚杆，限制或否定了拉力型锚杆在甲级抗浮工程中的使用。
单纯从质量控制方面来说，初衷是好的，既推广了预应力锚杆的使用，又控制了甲级抗浮工程的裂缝发展，但仅为提高抗浮标准就要额外增加大量投入，费效比低，常常也得不到建设投资方的认可，不少设计方案退而求其次，只能选择其他参照标准或抗浮形式。另外，技术成本的提升，也增大了施工技术难度，会进一步导致建设成本和施工风险的增加，往往得不偿失。
除了抗浮锚杆单根计算，还应重视整体抗浮稳定验算，可参照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》相应的抗浮稳定安全系数计算公式。
式中：W——基础下抗浮锚杆范围内总的土体重量（计算时采用浮重度，kN）；
G——结构自重及其他永久荷载标准值之和，kN；
Ff——地下水浮力标准值，kN；
K——抗浮稳定安全系数，应满足国家现行有关标准的规定。
另外，理论计算也需要经历实际检验。抗浮锚杆正式施工前，应选择最不利地层进行基本试验，以确定单根锚杆的抗拔力极限值，并根据试验结果调整设计，具体参见各规范。值得注意的是，不同专业也会存在执行标准的冲突。2022年以前，四川检测采用标准为《四川省建筑地基基础检测技术规程》（DBJ 51/T014—2013），其中一项条款指出：永久性锚杆抗拔试验的最大加载应取锚杆轴向拉力设计值的1.5倍，临时锚杆可取锚杆拉力设计值的1.2 倍，但其最大应力值不应大于杆体强度标准值的0.8 倍，即满足式（16）的要求。
式中：Nd——锚杆拉力设计值，N；
fy——普通钢筋抗拉强度设计值，N/mm2；
As——钢筋的截面积，mm2。
该规范条款曾使许多正式抗浮设计方案折戟施工现场，这是因为钢筋截面积满足设计要求，却不能满足检测要求。笔者曾经检查出不少报告中的这类问题，甚至发现过个别按设计要求完工却验收不达标的情况，所以这些问题促使众多项目增加了钢筋截面积设计值和检测值的对比，最后取大值来兼顾验收。
2022年1月1日起《四川省建筑地基基础检测技术规程》已经正式实施，对应的该条款也已修订。
（1）抗浮设计中可采用的方法有很多，需要综合自然环境等各方面的因素，选择适宜的抗浮形式。以往抗浮锚杆普遍采用拉力型锚杆，其经济实惠、造价低廉、施工便捷，广受各方欢迎。推荐使用预应力锚杆时，常常因其成本高昂，技术门槛高，各建设方便放弃抗浮锚杆形式转而采用其他方案解决抗浮问题，这从技术层面来说不利于抗浮锚杆的持续发展，也会造成抗浮锚杆设计的瓶颈期，因此技术革新任重而道远。
（2）现行锚杆设计规范庞多，选择适合的标准对结构抗浮稳定和造价有直接的影响。除了重视单根锚杆的计算外，还需要考虑整体抗浮稳定验算，兼顾整体抗浮和局部抗浮设计。
（3）建筑工程中虽然抗浮设计相对单一，但仍需要考虑与相关专业的衔接和影响，除了遵守设计规范外，也要兼顾检测等专业的相互关联，避免冲突。
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