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预应力抗浮锚杆配置设计
党玉晶，中冶建设研究院有限公司
作者简介：党玉晶，中冶建设研究院有限公司教授级高级工程师，2002年参加国家统一考试，取得第一批注册土木工程师（岩土）资格、国家一级注册建造师工程师;长期从事岩土工程及地基与基础工程研究、设计、咨询、施工管理工作。在此期间，在《工业建筑》、《建筑结构》、《建筑科学》、《建筑技术》、《工程测量》、《建筑技术》等学术期刊上发表论文。在学术会议上发表学术论文五十余篇。
1、抗浮锚杆通常采用预应力螺纹钢筋或钢绞线。有预应力和非预应力之分。在抗浮锚结构设计中，不同之处在于前者有自由段，自由段的长度与施加预应力控制锚头总位移（变形）的效果有关，而无自由截面的预应力螺纹钢筋或钢绞线的防浮锚则位于钢体内。配置设计上没有区别。与抗浮锚杆抗拉极限承载力标准值相匹配的预应力螺纹钢筋或钢绞线的截面积As按下式计算[1]：
(1)
式中：fpy为预应力螺纹钢筋或钢绞线的抗拉强度设计值（N/mm2）； Nd为抗浮锚拉力设计值（N），
（
和
分别为工况系数和抗浮锚拉力标准值，
等于单根抗浮锚杆抗拉承载力特征值Rta，
,
=Rta=Ruk/2，Ruk为抗浮锚杆极限拉拔承载力标准值），即
。
为了避免高拉力钢筋遇到腐蚀介质时产生应力腐蚀的风险，增强钢筋在腐蚀介质中的自腐蚀能力，应考虑一定的腐蚀余量，其横截面积应考虑一定的腐蚀余量。预应力螺纹钢筋或钢绞线。因此，建议在计算预应力螺纹钢筋和钢绞线的截面积As时，采用式（1）：
[1]。
2、如上所述，抗浮锚分为预应力锚和非预应力锚两大类。施加预应力与不施加预应力的抗浮锚杆结构设计的区别在于前者具有自由截面。防腐钢结构吧，预应力螺纹钢筋或钢绞线在自由截面内可以自由伸缩，利用弹性伸长来施加预应力。锚固段全长自由段采用压力式预应力锚杆的承载机构。压力式预应力抗浮锚杆由于锚固段内的灌浆体处于受压状态，无需对加固采取防腐结构措施。锚固段内的全粘结锚栓（或摩擦锚栓）也称为拉力锚栓。只有当其所在地层的位移对其产生一定的反作用力时，才能承受外力，而张拉锚固全长锚固段的注浆体处于受拉状态，反作用力不能保证腐蚀耐久性。因此，全粘结锚（或摩擦锚）在锚固段内较大的锚头位移（变形）对于上部结构设计来说是难以接受的，并且当水浮力周期性变化时，长期的塑性位移（变形）积累接二连三会导致锚杆失效。预应力抗浮锚具有较强的控制岩土体位移（变形）的能力。由于预应力在整个生命周期内的长期作用，水浮力变化引起的位移（变形）都在弹性范围内。不会造成锚固失效。
3、预应力锚杆是典型的后张法预应力结构。张拉荷载和锁紧荷载应分别满足张拉控制应力和上部结构位移（变形）控制极限的要求。基本原理如下：如图1所示，锚栓自由段长度为L，锚栓底部承载体为固定端，底座（基础底板或防水板）是张紧的固定端。当受拉端施加预应力P（小于等于Nd）时防腐钢结构吧，锚杆自由截面伸长量为△L，通过底板对基础进行压缩（压力为P/A，A为单根预应力抗浮锚杆所分担的抗浮面积），压缩力为S，通过锚锁将预应力P施加到锚杆上。
由图1可见，只有当锚杆上的水浮力F大于预应力P时，锚杆才会产生位移（变形）。因此，采用预应力锚杆锚固时，结构与地面的位移（变形）会比较小。 ，如图2所示。
4、根据有效应力原理，预应力P（总应力）等于土骨架力（有效应力）与水浮力（孔隙水压力）之和。由此不难理解，当压力P/A一定时，在不增加式（1）计算的预应力螺纹钢的情况下，预应力P将逐渐从土骨架力平衡过渡到水浮力平衡，因为水的浮力。或者钢绞线的截面积、预应力螺纹钢筋或钢绞线的截面积即可满足式（1）的计算结果。
参考
[1] 党玉晶等.囊式膨胀锚杆抗拔承载机理浅析及现场试验研究[J].工业建筑，待出版。
