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预应力抗浮锚杆不同部位张拉受力机理分析
奥福科技有限公司
王锁军
抗浮锚杆规范规定张拉部位位于钢筋混凝土基础底板板顶，见下图：
看起来很复杂，是因为防水构造，如果单纯考虑受力的话，可以看如下简图（1）：
注意该图锚杆顶端是自由的。
在张拉过程中，注浆锚固体受固定端端板向上的压力，周围土体对锚固体产生向下摩阻力，两力平衡。张拉锚具对基础底板产生压力，基础底板对地基土产生压力。该压力锚杆周边大并成环形向周边地基土递减。
压力型预拉力锚杆相对于普通型锚杆，锚固浆体不会产生裂缝，在水浮力作用下，结构上浮变形很小，甚至为零。
但这种锚杆最大的问题是防水构造复杂，很难做好，普遍漏水。因此，工程实践中出现了在垫层张拉的做法。有一些公司或科研单位也开发出了在垫层张拉的新技术。
因为一般垫层张拉，因垫层刚度差，若锚杆顶端仍保持自由状态，对于一般的地基土，张拉过程中局部地基土下沉凹陷，垫层下陷开裂，无法达到张拉应力锁定值要求，所以出现了锚固浆体自承载的张拉方法。见下图，张拉支架或锚具直接固定在锚杆顶端，或通过垫层直接将张拉压力传至锚杆顶端。
受力机理可简化为如下简图（2）：
看上述的简图（1）、（2）受力机理有很大的不同。
简图（1）在基础底板张拉，因为基础底板对地基土施加了压力，当水位从基础底板标高开始逐渐上升时，向上的均布水压力逐渐替换地基土的不均匀上反力（底板刚度使这两种力完成替换），锚杆承载范围的底板上浮力合力达到，此时锚杆的受力状态完全不变。
而简图（2）因为预拉力是锚固浆体上下两端受压的自平衡，基础底板对地基土并无压力（这里不分析结构重力产生的地基土压力），因此向上水压力会使基础底板拉动锚杆钢筋，此时钢筋的拉力叠加原有预拉力直至达到。这是两种张拉锚筋受力的最大不同。此时锚固浆体的受力由两端受力状态逐渐转入锚杆端部端板向上的压力与周围土体向下摩擦力的平衡。
考察两种受力状态，可以归纳如下几点：
（1）垫层张拉，钢筋的受力最大值为，按分项系数法计算钢筋面积则为：
=
，这里用了分项系数法（恒载分项系数取1.3，如果水浮力按活载应为1.5），
是钢筋的实际受力，不是一般锚筋计算的安全系数2.0。实际上在计算锚筋面积时用安全系数法太保守，应该用分项系数法。
（2）在底板张拉，按规范计算锚筋面积=
，这里的2是安全系数。故在垫层张拉时锚筋面积应比底板张拉锚筋面积增加30%。
（3）垫层张拉，当水浮力逐渐上升时，锚固浆体受力由两端压力的轴心受力改为一端受压与周围土体摩擦力的平衡，可以认为锚固浆体受力状态不变，无需重新验算。
（4）两种张拉方式都消除了钢筋的弹性变形，提高了锚杆的刚度。但底板张拉锚筋拉力始终不变，可以认为底板在水浮力的作用下没有上浮变形。但是因垫层张拉钢筋应力增大，产生弹性变形。锚固浆体与周围土体摩擦力逐渐形成的过程中，也会产生向上变形，两种变形叠加，故垫层张拉会产生上浮变形，上浮变形多大没有资料支持。
（5）如果上述分析正确的话，抗浮锚杆标准图集22G815页46的一种张拉节点做法，可能就有问题了。
图中的基础底板压在锚固浆体上，当进行张拉时，因为锚固体的刚度远大于周围地基土，所以压力将主要由锚固浆体承担，这样其实际的受力又变成了上面分析的简图（2），就达不到基础底板张拉一般认为的效果，存在不安全隐患。
（6）垫层张拉预压力使锚杆锚固浆体产生轴压力，产生浆体膨胀的“泊松效应”，应该会增加摩擦系数。同样在底板张拉时，锚固体内部的预压力是周围土体的摩擦力和端部压力造成的，也会产生泊松效应，但因此时浆体轴力由零逐渐增大到端板压应力，故泊松效应不如垫层张拉时明显。但是在底板张拉土体的摩擦力基本无变化（因地基土的弹性回填松弛，可能摩擦力会稍微变小），故上浮变形可忽略不记。所以说，在垫层张拉锚杆抗变形能力和防腐能力优于普通锚杆，但是抗上浮变形效果却无法和底板张拉等同。
能否有一种方法，即达到底板张拉达到抗上浮变形的效果，又基本不存在张拉孔封堵漏水的难题呢？我觉的底板分两次施工可能是不得已而为之的技术，请大家讨论。预应力锚杆工程公司如果能开发出这样的新技术，一定会受到市场的欢迎。
2025年1月17日
勘察设计大师、规范主编
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