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作者：张智浩
笔者近来发现在许多抗浮锚杆工程中，各参与方往往只关注抗浮锚杆的承载力，而对其变形控制问题重视不足。不仅施工单位认为只要承载力满足要求即可，部分设计单位和检测单位也持类似观点。然而，在某些情况下，这种认识对抗浮工程的后期正常使用可能埋下重大隐患。如西北某大型地下工程采用非预应力抗浮锚杆，在正常使用四年后的某个雨季，突发地下室底板冒水、梁柱破坏等抗浮失效事故，造成巨大经济损失。在事故原因分析与追责过程中，为证明自身施工质量无问题，施工单位对部分结构底板进行了拆除开挖，并对既有锚杆进行再张拉，以验证锚杆承载力是否存在不足。再张拉试验结果显示，锚杆承载力仍满足设计要求、但其对应的竖向变形已远超结构构件使用限值。业主与设计方曾就此事到我院（我院为《岩土锚杆技术规程》CECS 22主编单位）请教探讨事故原因。最终分析表明，事故的主要原因在于确定非预应力抗浮锚杆极限承载力时，未充分考虑地下结构的变形控制要求与非预应力锚杆使用期竖向塑性变形累积危害，锚杆极限承载力取值过高造成的。
近年来，北京地区因连年实施地下水补水措施，地下水位持续上升。尤其在雨季短时强降雨叠加影响下，地下水位短期内大幅上升现象十分显著，给既有地下结构的抗浮工程带来了巨大考验，目前已发生多起地下结构因上浮而发生破坏的案例。经统计分析，近期发生的采用了抗浮锚杆措施的上浮事故中，抗浮锚杆类型多为非预应力全长粘结型锚杆。深入分析事故原因后发现，除地下水位上升、早期设计中对浮力荷载考虑不足，以及锚杆施工质量缺陷等因素外，非预应力抗浮锚杆使用期内自身竖向变形过大也是引发事故的重要原因。
抗浮锚杆作为一种结构构件，其设计应考虑与地基基础及上部结构的共同作用，并保证相互之间的变形协调。《抗浮锚杆技术规程》YB/T 4659-2018（以下简称《规程》）对锚杆的竖向变形作出了相应规定：
1.第3.1.6条第三款：计算基础结构及锚杆竖向变形时，作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，应符合下式要求：
Sd ≤ C （3.1.6-1）
式中：Sd——作用组合的效应设计值；
C——设计对变形、裂缝等规定的相应限值，应按《混凝土结构设计规范》GB50010及《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的有关规定执行。
根据上述规定，对于非预应力抗浮锚杆，考虑到锚杆筋体直接锚固于基础底板内，可以认为在工作状态下锚杆锚头的竖向变形即反映了基础底板的竖向变形。如图1所示（基础底板抗浮不足时，底板与抗浮锚杆共同变形示意），工作状态下底板因浮力荷载产生的竖向变形与锚杆锚头的竖向变形均为h，该值应小于基础底板挠曲变形限值。
图1 结构底板、抗浮锚杆协调变形示意图
结构底板的挠曲变形限值由《混凝土结构设计规范》GB50010第3.4.3条规定：
按上表要求如结构底板跨度8100mm时，挠度限值为32.4mm，底板发生挠曲变形并直到超过此限值时，底板可能会出现开裂并不断发展。当底板裂缝贯穿、且宽度超过0.2mm时，底板混凝土刚性防水功能将失效、将会造成抗弯承载力降低、渗水及防腐能力下降等一系列问题。因此，非预应力抗浮锚杆发挥抗拔承载力时所对应的锚杆竖向变形限值最大值不应大于底板挠曲限值，即锚杆抗拔承载力取值应按变形控制进行。
2.如何防止非预应力锚杆在工作状态下竖向变形过大而导致结构底板破坏？《规程》中的以下两条规定，分别从锚杆的极限承载力取值和验收荷载下锚头总竖向变形取值两方面，作出了相应要求：
第7.2.7条“单锚极限抗拔承载力取值应符合下列规定”第2款：对于非预应力锚杆，取7.2.4条1~3款规定的破坏荷载的前一级荷载与锚头位移s=30mm所对应荷载二者之间的小值。
第7.3.6条“当符合下列要求时，可判定非预应力锚杆验收合格”第3款：锚头总位移未超过设计允许值，当设计未做要求时，锚头累计总位移量不大于25mm。
锚杆抗拔极限承载力取值案例分析：
北京通州某非预应力抗浮锚杆工程，采用非预应力全长粘结型抗浮锚杆，锚杆直径200mm，长度14 m，杆体为3根直径25mm的钢筋。锚杆穿越地层主要包括：③粉细砂层、④细中砂层、⑤粉质黏土与粘质粉土、⑥细中砂混粉土与黏土层、⑦细中砂层、⑧粉质黏土层。
锚杆抗拔基本试验曲线如图2所示。若不考虑锚杆变形控制值要求，其抗拔极限承载力按《规程》第7.2.7条要求可取525kN，但此时对应的锚杆锚头变形约为75.62 mm，远超《规程》规定的变形控制值30mm。试验单位依据《规程》相关要求，建议按设计要求或取锚头变形为40mm（较规程30mm规定已一定程度放宽）时所对应的荷载值400kN作为抗拔极限承载力。
基于上述取值，抗拔承载力特征值确定为200kN，对应曲线中第三荷载循环时，此时锚头变形约为9mm（其中弹性变形4mm，塑性变形5mm）。虽然特征值荷载水平下锚头总变形仅为9mm左右，尚远小于结构底板的变形限值，但需注意，该值仅为第三个荷载循环下的竖向变形值。若按第七荷载循环考虑，由于每次荷载循环均产生塑性变形累计，此时对应的总变形约为45mm，已超过结构底板可承受的竖向变形范围了（当然，基本试验为逐级加载多循环试验、加卸载幅度偏大，与实际可能发生的地下水位变化引起的荷载变化并不完全一致）。
图2 锚杆抗拔基本试验曲线
抗浮锚杆在使用期内将反复发生多次、甚至数十次地下水位变化带来的加卸载循环。每一次加卸载荷载循环，都可能使锚杆的产生竖向塑性变形进一步累积，总变形值随之不断增大。此现象对于锚固地层为黏粒含量较高的土层条件时的非预应力抗浮锚杆尤其显著，其具体发展程度取决于实际荷载变幅及加卸载次数，可通过等荷载多循环试验加以确定。
综上，在实际设计中，应结合自身结构方案类型确定合理的变形限值，并针对不同应用地层，结合基本试验结果选择抗浮锚杆类型，按照变形控制要求合理确定极限抗拔承载力及抗拔承载力特征值，尤其是非预应力锚杆更要特别注意变形控制问题。