抗浮设计（共6篇）
抗浮设计 篇1
抗浮锚杆设计总结 1 适用的规范
抗浮锚杆的设计并无相应的规范条文，《建筑地基基础设计规范 GB50007---2002》中“岩石锚杆基础”部分以及《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》有关锚杆的部分可以参考使用，不过最好只用于估算，锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，有一些锚杆构造做法可以参考。对于锚杆估算，推荐使用《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》，对于岩土的分类较细，能查到一些必要的参数。2 锚杆需要验算的内容 1)锚杆钢筋截面面积；
2)锚杆锚固体与土层的锚固长度； 3)锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度； 4)土体或者岩体的强度验算； 3 锚杆的布置方式与优缺点
1)集中点状布置，一般布置在柱下；优点：可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力；由于锚杆布置集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有很强的抵抗力。缺点：要求锚固于坚硬岩体中，不适用于软岩与土体，破坏往往是锚固岩体的破坏；由于局部锚杆较密，锚杆施工不方便；地下室底板梁板配筋较大。
2)集中线状布置，一般布置于地下室底板梁下；优点：由于锚杆布置相对集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有较强的抵抗力。缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力（个人认为考虑的话偏于不安全，对于跨高比小于6的底板梁，可以适当考虑上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力），要求锚固于较硬岩体中，不适用于软岩与土体；地下室底板板配筋较大。
3)面状均匀布置，在地下室底板下均匀布置；优点：适用于所有土体和岩体；地下室底板梁板配筋较小。缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力（个人认为考虑的话偏于不安全）；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于能分担的锚杆较少，此情况抵抗力差；由于锚杆布置相对分散，对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。
4)集中点状布置推荐用于坚硬岩；集中线状布置推荐用于坚硬岩与较硬岩；面状均匀布置推荐用于所有情况； 4 注意事项
1)集中点状布置，抗浮锚杆与岩石锚杆基础结合为优，需注意柱底弯矩对锚杆拉力的影响，特别是柱底弯矩较大的时候；
2)参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》，应选用永久性锚杆部分内容； 3)岩石情况（坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩）应准确区分，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》表7.2.3-1注4；
4)锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》附录C；
5)抗浮设计水位的确定应合理可靠，一般应由地质勘测单位提供，比较可靠和有说服力，应设置水位观测井，对于超出抗浮设计水位的情况应有应对措施；
6)锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响（附图一填充部分），特别是锚杆间距较为密集时的情况；当单根锚杆影响范围内的土体自重（附图二填充部分）大于锚杆拉力时，可以不考虑锚杆间距影响； 7)由于锚杆钢筋会穿过底板外防水，锚杆钢筋应有防水措施；
8)锚杆锚固体与（岩）土层的锚固长度应取有效锚固长度，由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动，特别是采用爆破开挖的基坑，一般要加300-500MM；
CFG桩设计及施工方案 第一章：工程概况 1.1工程简介：
表1-1 序 号 项
目 内
容 工程名称 东风小区W2区7#、8#、9#、10#住宅及南区地下车库工程 2 工程地址 北京市朝阳区东风乡南十里居 3 建设单位 北京宝润房地产开发有限公司 4 设计单位 马建国际建筑设计顾问有限公司 合同工期 2001年11月20日—2001年12月23日 6 质量目标 优良 1.2 结构设计概况
表1-2 序 号 项 目 内
容 结构形式 基础结构形式 筏板基础，底板厚600mm 2 土质水位 土质情况 直接持力层为重粉质粘土，粉质粘土第④层及粘质粉土 地下水位 地下水埋深0.5-3.3m。水位标高32.71-35.26 滞水层：6m左右 设防水位：2.4m 地下水水质 对基础混凝土无腐蚀性 建筑物地基 地基土质层 粉质粘土（第④层）地基承载力 200Kpa 地基渗透系数 垂直4.86×10-6cm/s；水平3.6×10-6cm/s 4 抗震等级 工程设防烈度 8度 结构安全等级 二级 剪力墙抗震等级 二级 土方标高及工程量 地下室层数 2层，局部3层 地下车库 2层
基坑开挖深度-6.80m 建工程外包面积 约为14000m2 基坑周长 约为900m 基坑有效深度 暂按6.30m计 6 地面标高 相对标高 ±0.000=＋36.100m 自然地坪平均绝对标高 为＋35.600m 第二章：编制依据
2.1北京市京岩工程公司提供的《岩土工程勘察报告2001-1032》及甲方提供的基础平面图、地基技术要求等。
2.2《建筑基坑支护技术规程》
2.3《建筑地基与基础设计规范》 2.4《混凝土结构设计规范》 2.5《建筑地基处理技术规范》
2.6 须进行有效降水, 不计静水压力，土体重度取r=20kN/ m3。2.7地面超载按一般情况, 考虑为q=20kN/m2。第三章：CFG桩工程设计 3.1基础设计考虑
因8#、10#住宅楼对地基强度要求200KPa，而天然地基承载力标准值140KPa，所以要人工改良地基。根据目前北京地区高层建筑地基基础方案的实践情况，综合经济、技术和安全各方面指标，采用CFG桩复合地基方案。3.2.地基处理设计方案
采用长螺旋钻成孔砼泵车压灌工艺，CFG桩布桩以正方形为主，局部调整为三角形，桩径0.4m，设计桩顶标高29.65m，按规范要求预留0.5m保护桩长，则有效桩顶标高29.15m，设计桩端标高21.15m，故设计桩长8.5m，有效桩长8.0m。桩体材料为现场搅拌C15混凝土，塌落度18cm-22cm。褥垫层厚度15cm，虚铺18cm，用平板振动器密实到15cm。其中8#楼设计桩数436根，10#楼设计桩数401根。复合地基的设计计算依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—91）中的复合地基计算公式: fsp.k=m fp.k+(1-m)fs.k 其中：
fsp.k:复合地基的承载力标准值 fp.k:桩体单位截面积承载力标准值 fs.k:桩间土的承载力标准值 m：面积置换率
m=d2/de2 de：等效影响圆的直径
（de=1.13s s为桩间距）d：桩的直径
单桩承载力按370KN设计，桩间土的承载力标准值参考勘察报告取140kpa，复合地基承载力标准值要求200KPa经计算正方形为桩间距1.9-1.93m。
在桩顶铺设15cm厚0.3～0.5cm的碎石垫层，以利于桩土应力的调节与发挥，并协调基础底板的变形。验算如下：
置换率m=0.03364 因变形要求控制很小，桩间土发挥系数取0.75 则桩顶平均应力sp=[fsp,k-0.75(1-m)fk]/m=2928.3Kpa 单桩桩顶平均荷载Qp=Apxsp=367.8KN<[370] 砼C15：3sp=8.758Mpa<[10] 根据规范分层总和法和复合地基模量法计算复合地基的总沉降S=jsåI=1nP0(Ziai-Zi-1ai-1)/Esi=14.84mm<[30]，满足要求。3.3设计施工单位选择
坡施工单位选择北京派力基础工程公司，该公司为地基与基础工程施工一级资质和甲级工程勘察和甲级岩土工程设计资质。（有关资质文件项目保存）第四章：施工部署 4.1施工准备 4.1.1原材料要求
①水泥：选用po.32.5硅酸盐水泥，并有出厂合格证及试验报告。②砂：中砂，含泥量不大于3%。
③石子：碎石，粒径10—50mm，含泥量不大于2%。4.1.2材料配置
根据CFG桩施工需要，提前准备施工所需砂石、水泥及其它材料。所进材料应按照规定位置堆放并做好防护措施，防止受冻、受潮。4.1.3测量放线
当进行人工清槽和钻孔渣土时，在基坑内每隔5m钉入30cm长的Φ6钢筋，将标高抄测到距设计标高，每两根钢筋之间拉小线，以此严格控制清土标高。底面标高允许偏差为0∽-50mm，不允许超挖。集水坑清底时，在坡顶上口线和下口线的位置钉入30cm长的Φ6钢筋并拉小线用于控制坑位。4.1.4材料机械配置 4.1.4.1临水、临电配置
依据所投入机械设备用电功率统计，设备总计电力约450KVA，考虑到设备使用顺序及正常使用率，工程需电力400KVA，因此，只需大于400KVA变压器就可满足施工的需要；依据用水设备和施工经验及北京市的水压，需水量5～10立方m/小时，只需直径32mm管的水源就能满足施工用水。4.1.4.2机械配置 地基处理施工设备
序号 名称 型号 单位 数量 1 长螺旋钻机 ZKL600 台套 2 2 砼泵车 电动 台套 2 3 砼搅拌机 升降式 台套 2 4 翻斗运输车 柴油机 台套 2 5 三轮车 自卸式 台套 10 4.1.5材料检验及有关报告 4.1.5.1材料送检
现场砂石、水泥及外加剂需送实验室进行试验，试验合格后方可使用。使用过程中应有专人对材料进行保管，防止因材料受冻、受潮导致混凝土质量下降。4.1.5.2混凝土配合比
因CFG桩混凝土现场搅拌，需事先由实验室出具有关配合比。施工时严格按照配合比进行。4.2施工部署
住宅楼土方开挖至标高-6.5m，在此工作面上进行CFG桩施工，车库开挖可预留15cm土。CFG桩施工完毕后3天可清除余土，负责运到现场指定堆放区，并随清土凿桩头。CFG强度达到设计要求后，可由专业测试单位进行复合地基载荷试验。试验合格后进行褥垫施工。4.2.1施工进度
8#楼、10#楼CFG桩施工工期为12天，施工由东侧开始，后退向西施工。8#楼共设计桩数436根，10#楼共设计桩数401根。8#住宅楼计划平均每天36根，10#楼住宅楼计划每天33根。桩机施工顺序沿桩位线南北向施工，详见桩机施工流水顺序示意图。（附图一）4.2.2施工平面布置
4.2.2.1根据施工需求和土方开挖进度，具体平面布置根据现场实际情况设置两台搅拌机，两台地泵。分别布置于8#楼、10#楼基坑外西侧，搅拌机布置于边坡之上，距变坡距离大于2000mm。地泵布置在基坑底部，由砼搅拌机搭设钢板溜槽至地泵，溜槽下部用钢管架子搭设。再由地泵沿基坑边铺设泵管至CFG桩操作面。（附图二 5.3施工质量要求
5.3.1根据桩位平面布置图及甲方提供的控制点和轴线施放桩位图。5.3.2放好的桩位经总包、监理验收确认后方可施工。
5.3.3钻机就位应准确，钻机机架及钻杆应与地面保持垂直，垂直度误差≤1%。
5.3.4混凝土灌注过程中应保持混凝土面始终高于钻头面，钻头低于混凝土面15~25cm。5.3.5桩机下基坑要求按1：6放坡，放坡宽度大于5000mm。桩位误差：桩位偏差不得大于d/2(d为设计桩径)。5.3.6桩体误差：
桩径：400mm±20mm；
桩长：8.5m±0.1m；
5.3.7混凝土配合比由试验室做出，有关部门认可，并写在黑板上挂在施工现场的搅拌机上。施工现场不得任意更改
5.3.8混凝土坍落度控制在20±2cm。
5.3.9混凝土搅拌要均匀，搅拌时间不得低于2分钟。
5.3.10CFG桩施工期间，每天做一组混凝土试块，标准养护并送检28天强度。同时留置一组同条件强度试块。5.4凿桩头施工方法
首先用水准仪将设计桩头标高打在桩身上，然后由两个工人用两根钢钎在截断位置从相对方向同时剔凿，将多余的桩截掉。5.5断桩及桩身达不到标高处理方法
5.5.1桩顶下1m以上断桩，将断桩挖出，按600直径挖至断裂部位后，清除桩头泥土，用C20砼浇灌至设计标高。桩顶下1m以下断桩，应进行补桩。
5.5.2桩身达不到标高，应按600直径开挖至现有标高，清除桩头泥土，用C20砼浇灌至设计标高。5.6验收要求
验收实验要求作3台复合地基静载荷试验，并按20%数目进行低应变测试 第六章：质量保证措施 6.1施工质量保证机构
建立由项目经理领导、项目副经理中间控制，技术质量组全体人员基层检查的管理系统，以确保各项质量保证措施落实到各分部工程及各道工序中。并在施工过程中设专职质量员，班组设兼职质量员进行自检互检，发现不符合质量标准的问题及时纠正。6.2.施工质量保证措施
6.2.1严把材料进场关，保证使用符合规范要求的水泥、砂、石、外加剂等材料，并做好材料试验，并认真填写有关记录；
6.2.2砼强度必须符合设计要求，现场施工时每工作日制作一组砼试块(100×100×100)，并做好砼试块制作记录和试块的现场养护；
6.2.3现场堆放的材料必须有专人保管，并有一定的保护措施，防止受冻、受潮，影响混凝土质量。
6.2.4混凝土现场浇灌过程中一定要确保桩体混凝土的密实性，保证桩截面尺寸，钻头提升应保持匀速，提升速度不得大于混凝土浇筑速度，防止发生缩径，断桩。6.2.5浇灌过程中即随时监控混凝土质量，确保混凝土的和易性和塌落度。
6.2.6做好并收集、整理好各种施工原始记录，质量检查记录、设计变更、现场签证记录等原始资料，并做好施工日志。
6.2.7因由地泵至CFG桩操作面的距离较长，所以每根桩浇注混凝土前，应对泵管中剩余混凝土进行塌落度检测。6.2.8预防断桩：
①砼塌落度应严格按设计规范要求控制。
②灌注砼前应检查砼搅拌机，保证砼搅拌时能正常运转；
6.2.9清基底及运料时，用跳板铺设作为运输路线，以免扰动基底土质。如在清土时发现有水，在边坡处设排水沟或集水坑。第七章：施工安全保证措施 7.1.安全保证体系
以项目经理为首，由安全、工程、技术质量、安装、行政和基层专职安全员等各方面的管理人员组成安全保证体系，建立项目经理部安全工作委员会，领导和组织实施安全工作。7.2.分析安全难点, 确保安全管理重点
7.2.1因CFG桩施工与土方施工、护坡施工相交叉，所以现场施工人员一定要听从管理人员指挥。
7.2.2现阶段由于土钉墙及锚固端混凝土尚未达到设计强度，边坡仍然处于不稳定状态，要加强对边坡的稳定检测，发生危险现象，及时疏散人员并逐级报告进行处理。7.2.3现场电气设备均作漏电保护装置，配电线采用三相五线制。7.2.4施工机械的使用严格按照有关规定执行，无关人员严禁使用。7.3.安全管理
7.3.1严格执行国家及北京市有关施工现场安全管理条例及办法。
7.3.2制订施工现场安全防护基本标准，如： 基坑防护标准，各类洞口及临边地带的防护标准，施工临时用电安全防护标准，各类施工机械和设备的安全防护标准，施工现场消防工作管理标准等。
7.3.3建立严格的安全教育制度，坚持入场教育、坚持每周按班组召开安全工作教育研讨会，增强安全意识，使安全工作落到广大群众基础上。7.3.4编制安全技术交底，设计和购置安全设施；
7.3.5强化安全法制观念，严格执行安全工作文字交底，双方认可，坚持特殊工种持安全操作证上岗制度等；
7.3.6加强施工管理人员的安全考核，增强安全意识，避免违章指挥。7.4施工安全措施 7.4.1机械安全
7.4.1.1钻机应放置平稳，安装后钻杆中心线的偏斜应小于全长的1%。
7.4.1.2钻孔中如遇卡钻，应立即切断电源、停止下钻，在未查明问题前不得强行启动。7.4.1.3钻孔过程中遇有机架晃动、移动、偏斜应立即停钻。7.4.1.4地泵如布置在基坑边，应与基坑边保持2m距离。
7.4.1.5泵管铺设应尽量减少弯曲，支撑应牢固，接头处应连接可靠。
7.4.1.6严禁将垂直管道直接接设在地泵输出口上，输出口前应有不少于10m长的水平管。7.4.1.7铺设从坑边倾斜进入坑底的管道时，其下端应接一段不小于基坑深5倍的水平管。（否则应采用弯管或软管）
7.4.1.8泵送时料斗内应保持一定量混凝土，不得吸空。7.4.1.9清洗泵管时，出口方前方10m内不得有人。
7.4.1.10软管与混凝土泵管、钻机连接处一定要连接牢固紧密。7.4.1.11基坑内集水坑处四边用架杆搭设一米高防护围栏。7.4.2人员安全
7.4.2.1钻机作业中，施工人员必须佩戴安全帽。7.4.2.2钻机作业中，应有专人负责电缆的收放。7.4.2.3钻孔时，严禁用手清除螺旋片上的泥土。7.4..2.4工人上下基坑要走人行安全通道。
抗浮设计 篇2
目前, 随着社会经济的日益发展, 国民收入的逐渐增加, 民用建筑设计中, 高层和超高层建筑逐渐增多, 基础埋深逐渐加大, 同时裙楼纯车库地下室部分或广场的地下商场等也越来越广泛, 地下室抗浮稳定性和浮力对底板产生弯矩和剪力等问题对结构安全产生的影响日益突出。
2 水浮力的产生及抗浮措施的分析
那么为什么会产生抗浮问题呢?水浮力又与什么要素有关呢?当基础建在没有水的基坑中时, 地基必然要对基础底板产生压力。在使用期间, 如果地下水汇聚到基坑中, 使得基坑内有水, 此时存在浮力的问题。同时当地下室建造完成以后, 基坑回填后便不存在基坑了, 地下室的底板, 侧墙都与土体接触。只要在土体孔隙中有水, 缝隙中有水, 只要是能够与水连通, 就能传递水压力, 就会产生浮力的作用。那么首先应讨论天然地基上基础的基底土反力与水浮力的关系, 如果没有地下水, 基底反力之和等于上部结构加基础的自重及全部可变荷载, 两者是平衡的, 基底反力作用于基础底板, 产生弯矩和剪力。如果有地下水, 基底下的浮力抵消了部分荷载。土反力与浮力之和共同平衡荷载, 底板上的弯矩和剪力不会减小。如果浮力超过向下的荷载, 则发生上浮事故, 底板的弯矩和剪力就会增加。如果是桩基, 情况复杂一些, 如荷载通过柱基直接传给桩, 则地下水的浮力全部传给底板, 与没有地下水的情况相比, 底板的弯矩和剪力就会增加得很多。如果是采取分散布桩, 桩既承受荷载, 又承受浮力, 情况和天然地基有些相似。
在沿海地区, 尤其在纯地下室部位上, 荷载不大, 浮力挺大, 浮力大于向下的荷载, 这样的抗浮问题便尤为突出。因为地下水抗浮措施不当, 将可能引起车库结构整体上浮、上部结构梁、板、柱产生大量裂缝、地下室底板局部大幅度隆起, 产生破坏性裂缝等等。在我国因此引起的工程实例也有很多。
一般而言, 地下室上浮的原因是结构体重量及地下室侧壁摩擦力之和小于水浮力所引起。所以在上浮的处理方案上大体可以分两大类:一种是在结构施工阶段对进行与结构相联系的加载或抗拔措施, 这种前期造价成本高;一种则是在工程交付后对采取消减浮力的方法, 即抽水、解压法, 这种方案需要增加运营的维护工作, 对运营期的物管管理能力有一定要求。目前国际和国内采取第一种方法的较多, 如香港汇丰银行大楼的地下室抗浮案例给我们提供借鉴: (1) 该楼1985年建成, 4层地下室, 基础埋深20米, 地面以上43层, 高75米, 底层平面尺寸55mX72m, 采用钢结构悬挂结构系统, 底层仅有8根巨型钢格构柱落地, 上部荷载全部由这8根巨型钢格构柱传至基础。 (2) 整体抗浮稳定性毫无问题, 但水头大、底板受荷跨度大, 需要考虑加永久性岩石锚杆来减少底板跨度, 或者采取主动疏散水压力措施。 (3) 地下室侧壁采用三墙合一的做法, 采用地下连续墙做法, 最底的墙厚2米, 并在墙脚注浆止水。经评估, 在正常使用阶段渗入止水帷幕的水量不大。 (4) 奥雅纳设计团队最初曾考虑采取主动疏散水压力措施。后与业主日后的大楼管理团队沟通, 结论是管理方面遇到的问题大大抵消了采取主动疏散水压力措施所带来的好处, 最后采用了永久性岩石锚杆。结合上述特点, 我们不难理解: (1) 只要具备适合的条件, 即使在地下水位高的地区 (上海、香港) 也可能采用主动疏散水压力措施。 (2) 采取主动疏散水压力措施, 除了技术可行以外, 可能也要考虑业主大楼管理团队的管理能力, 需要与之沟通。另外在市场经济下, 还要适当考虑日后大楼产权可能易手、管理能力变动的风险。另外, 地下室上浮的意外事件不一定只发生在沿海地区, 即使土质是透水性极低的软件粘土层或极稳定的卵石层中, 也有可能发生上述事件。而且低水位时也有可能发生上浮事件, 因突如其来的暴风雨、地表水渗透或施工企业不注意等因素, 都有可能产生。地下水浮力超过结构物荷载及侧壁摩擦力之和时 (即力的平衡改变) , 则抗浮问题随之发生, 建筑物将有可能因此发生上述的破坏现象。所以, 必须采取有效的处理措施, 那我们就第一种抗浮方案作如下简要介绍。
3 加载与抗拔的几种抗浮方案的方法
在具体的设计中应根据工程特点、地质情况、场地条件和环境等因素 (如基坑的支付形式、基坑深度、基坑底的土层条件等) , 综合考虑, 因地制宜, 选择一个最佳的抗浮方案。
3.1 加大结构自重法
加大结构自重法包括结构顶板上压载、基础底板上加载及结构本身加大自重等方法增加地下结构物自身重量, 使其自身的重力始终大于地下水对结构物所产生的浮力, 确保结构物不上浮。这种方法的优点是施工及设计较简单;缺点是当结构物需要抵抗浮力较大时, 由于需大量增加混凝土或相关配重材料用量, 故费用增加较多。
3.2 延伸基础底板法
延伸基础底板法, 就是将建筑物基础结构中的底板向外延伸而形成外围伸出板, 由外围伸出板上的覆土压力来抵抗水浮力。这种抗浮力可能有两种:一种是垂直压力和伸出板压力之和;另一种是为垂直压力与土间摩擦力之和, 要取这两种力量中的较小者。但是, 为了要延伸基础底板而成外围伸出板, 开挖的土方量要增加, 建筑物的占地面积要增加, 其所增加的抗浮变大。此法外围伸出板适用于不受场地限制的规模较小地下结构物的抗浮, 否则, 不宜采用。在实际工程中, 对规模较大的地下结构物的抗浮, 很少采用此法抗浮措施。
3.3 加大侧壁摩擦法
土壤与地下建筑物间存在摩擦力, 这种力量也可以抵抗地下结构物的上浮。该力的大小依土壤的侧压力及各土层的摩擦情况而定。但是这种侧压力的大小很难准确确定, 所以它的可靠度不高, 如需采用, 其设计的安全系数应当提高, 并且要在地下结构物有相关的位移后, 才能真正地起动这种摩擦力。若地下水位不时变动则这种位移也会变动。这种位移的数量及其随水位变动的性质, 往往不能适用于某些地下结构物, 在实际工程中, 对规模较大的地下结构物的抗浮, 很少采用此法作抗浮措施。
3.4 抗浮桩和抗浮锚杆法
从施工工艺上分析, 采用抗浮桩时, 可采用人工挖孔泵送混凝土成桩工艺, 或机械钻孔摩擦桩, 抗浮桩工艺流程简单, 成桩质量容易控制。当采用抗浮锚杆时, 可采用工程钻机泥浆护壁回转钻进成孔、注浆泵注浆工艺。从工程进度上分析, 抗浮桩施工工期短于抗浮锚杆施工工期。但人工挖孔泵送混凝土成桩工艺需要先期将水, 且降水深度加大。从综合造价上分析, 抗浮桩总体造价基本等于抗浮锚杆总体造价。
4 抗浮锚杆的设计及施工应用
抗浮锚杆以其用料省, 工效快, 施工方便, 近几年来作为一种抗浮措施, 越来越多地应用于工程实践中。
4.1 抗浮锚杆设计前应考虑的因素
抗浮锚杆设计时, 首先需要考虑到场地地址条件的因素, 这其中包括 (1) 区域地质概况; (2) 自然地理特征; (3) 气象特征; (4) 水文地质条件; (5) 地层结构等因素。分析区域地质概况是为了了解工程所在区域的特有地址特征会对工程的水浮力有何影响;自然地理特征的分析是工程所在地的标高情况、地势、地貌情况等;气象特征分析是要考虑该地区所在的气候带、降雨情况、气温、尤其是极端气温、风速等;水文地址条件的分析是分析场内是否存在有地下水且存在于何处, 是否对工程存在水浮力, 并初步设定抗浮设计水位标高;地层结构的分析是确定工程所在地的土层情况, 分析各土层的天然重度、压缩模量、变形模量、粘结力、内摩擦角、承载力特征值等技术指标, 以便设计计算时套用各参数。
4.2 抗浮锚杆设计的基本步骤
4.2.1 锚杆轴向拉力设计值、标准值的确定
依据《建筑边坡工程技术规范》 (GB50330-2002) ;
式中:Nak-锚杆轴向拉力标准值 (KN) ;
Na-锚杆轴向拉力设计值 (KN) ;
Htk-锚杆所受水平拉力标准值 (KN) ;
а-锚杆倾斜角 (。) ;
γQ-荷载分项系数, 可取1.30, 当可变荷载较大时应按现行荷载规范确定。
4.2.2 锚杆配筋
《岩土锚杆 (索) 技术规程》 (CECS22:2005) 本锚杆属永久性锚杆, 根据工程性质、施工工艺, 按下式计算配筋量:
式中:As-钢锚杆杆体的截面面积 (mm2) ;
kt-安全系数, 宜取1.6;
Nt-锚杆轴向拉力设计值 (KN) ;
fyk-钢筋抗拉强度标准值 (KPa) ;
4.2.3 锚杆锚固长度计算
依据《岩土锚杆 (索) 技术规程》 (CECS22:2005) 规定抗浮锚杆锚固段长度可按式下两个式确定, 并取最大值:
4.2.4 钢筋锚入底板长度的确定
钢筋锚入底板基本长度的确定
式中:fy-普通钢筋抗拉强度设计值;
ft-混凝土轴向抗拉强度设计值;
a-钢筋外形系数;
d-钢筋的公称直径;
la-钢筋锚入底板基本长度;
4.2.5
锚杆数量
4.3 抗浮锚杆设计时应考虑的布置特点
4.3.1 集中点状布置
一般布置在柱下;优点:可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力;由于锚杆布置集中, 对于地下室底板下的外防水施工也比较方便;对于个别锚杆承载力不足的情况, 由于有较多的锚杆分担, 有很强的抵抗力。缺点:要求锚固于坚硬岩体中, 不适用于软岩与土体, 破坏往往是锚固岩体的破坏;由于局部锚杆较密, 锚杆施工不方便;地下室底板梁板配筋较大。
4.3.2 集中线状布置
一般布置于地下室底板梁下;优点:由于锚杆布置相对集中, 对于地下室底板下的外防水施工也比较方便;对于个别锚杆承载力不足的情况, 由于有较多的锚杆分担, 有较强的抵抗力。缺点:不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力 (个人认为考虑的话偏于不安全, 对于跨高比小于6的底板梁, 可以适当考虑上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力) , 要求锚固于较硬岩体中, 不适用于软岩与土体;地下室底板板配筋较大。
4.3.3 面状均匀布置
在地下室底板下均匀布置;优点:适用于所有土体和岩体;地下室底板梁板配筋较小。缺点:不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力 (个人认为考虑的话偏于不安全) ;对于个别锚杆承载力不足的情况, 由于能分担的锚杆较少, 此情况抵抗力差;由于锚杆布置相对分散, 对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。
4.4 抗浮锚杆施工方法
采用YXZ-50等专业锚杆钻机, 以空压机驱动偏心潜孔锤跟套管钻进成孔, 取出钻杆后立即同时置入钢筋及灌浆管, 然后再钢筋周围填入砂石, 最后拔除套管后压浆形成直径不少于设计要求的抗浮锚杆。
4.4.1 工艺流程
基坑开挖至防水板底标高→锚杆孔位测放→套管钻进成孔至设计深度→清孔提钻→置入锚杆抗拉杆件→填入砂石→拔除套管→灌浆→抗拔试验→防腐处理→浇筑砼垫层→基础底板防水、钢筋制安、砼施工
(1) 准确测放出拟设抗浮锚杆范围主要轴线, 确定锚孔位置并作标记;
(2) 采用YXZ-50型专业锚杆钻机, 以0.75MPa高压风力驱动偏心潜孔锤跟Ф146套管钻进至设计深度。
(3) 成孔完毕后, 置入事先由钢筋及灌浆管制成型的锚杆。钢筋采用规格Ф25Ⅱ级螺纹热轧钢筋, 灌浆管采用Ф25铁皮罐。
(4) 下杆后往孔内投入砂石, 然后拔除套管, 浇筑纯水泥浆, 浆液水灰比0.4:1~0.6;1, 灌浆压力0.5~1.0MPa, 孔口溢浆后缓慢提升灌浆管, 然后反复补浆, 直至孔口浆体饱满无空间。
(5) 防腐处理:采用C20混凝土浇筑孔口, 深度为垫层底面下150mm, 宽度150mm。
4.4.2 保证质量的关键点控制
(1) 锚杆抗拉试验:
施工前应进行不少于3根的锚杆抗拉试验。
(2) 放线布点:
要求孔位准确。
(3) 成孔:
钻孔垂直, 孔深符合设计要求并检查成孔深度记录。
(4) 清孔:
成孔后及时清孔, 钻进完成后, 采用清水换浆, 检查换浆时控制水泵流量和压力, 以免造成孔壁坍塌。
(5) 锚杆:
按照设计要求, 检查已经制作的锚杆。
(6) 下锚杆钢筋:
要求施工人员在主筋放入钻孔之前, 先向孔内投入1-2铲豆石, 使主筋就位后其底部与孔底之间有200mm左右的距离, 确保锚杆有效长度。在钻孔完成且清孔后, 然后将注浆管、排气管顺直地与主筋绑扎在一起, 然后徐徐放主筋下至孔底, 使之就位。检查锚杆钢筋是否下至设计深度, 误差不超过10cm。
(7) 填砾石:
检查钢筋下入孔中并固定后, 在钢筋周围填入6~8砾石, 直至孔口。
(8) 拔套管:
填完砾石后开始拔出套管, 拔管时应保证钢筋不随管拔出。
(9) 安装注浆管排气管:
在主筋放入钻孔之前, 需随主筋绑扎注浆管。注浆管采用直径20mm的硬塑料管, 为防止注浆时在受浆液压力作用下管身爆裂, 影响注浆效果, 注浆管壁后大于3.5mm。注浆管上端长出主筋顶部400mm, 使注浆操作方便;下端短于主筋400mm, 防止塑料管钻入线杆孔底土层使浆液无法流出, 影响注浆质量。考虑注浆时可能会出现浆液内产生的气体排放不及时而造成浆液的假满现象, 故在主筋上部3.5mm范围内设置排气管, 该排气管采用壁厚2.5mm、直径20mm的硬塑料管。
(10) 灌浆:
通过灌浆管进行压力灌浆, 注浆所用浆液采用纯水泥浆, 水泥采用普通硅酸盐425号水泥, 水灰比为大于0.5。为减少锚杆主筋受地下水侵入而被腐蚀, 在水泥浆中掺加水泥量3%的钢筋阻锈剂, 以绑孔在主筋上的注浆管为导管, 注浆口与泥浆泵用高压注浆管与枪头连接, 泥浆泵从灰浆池中汲取水泥浆, 自高压注浆管注入锚杆孔内, 直至排气管冒浆后, 封堵排气孔, 再在1.0-1.5MPa压强了稳压注浆1分钟后停止压浆, 立即拔掉枪头, 封堵注浆管。要求第一次灌浆至浆液返出地面为止, 再间隔5分钟左右观察如孔内浆液低于地面10cm时应进行第二次压力补灌浆, 直至浆液稳定。
(11) 封堵孔口:
第二次注浆结束后, 用C15混凝土封堵孔口, 直至与沉淀池垫层顶面持平。
质量检查。当第二次压浆完毕30分钟之后, 再对浆液面、钢筋的制安进行检查, 如有异常立即纠正, 如无异常该锚杆施工结束。
4.4.3 抗浮锚杆的验收检测
按《岩土锚杆 (索) 技术规程》 (CECS22:2005) 规定进行抗拔试验, 并在施工完成14天后进行, 同时为保证施工工期, 可采取先施工的锚杆先进行试验的原则进行。验收试验的锚杆数量为锚杆总数的5%, 永久锚杆的最大试验荷载应取锚杆轴向拉力设计值的1.5倍。试验要点参照《高层建筑岩土工程勘察规程 (JGJ72-204) 》。
5 结束语
笔者通过在实际工作中, 接触到的抗浮设计方案, 通过收集资料, 并加以学习总结, 从抗浮锚杆的施工工艺及技术要点出发, 对目前国内外常用的抗浮设计方案进行了简要描述。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002.
关于地铁车站的抗浮设计研究 篇3
关键词：地铁车站；抗浮设计；计算
1.工程概况
某城规划建设地下三层地铁站，车站结构高度22.36 m、宽度23.2m、覆土厚度约2.7 m，车站底板埋深约25.06m。车站采用复合墙结构，围护结构采用1.0m 地下连续墙，嵌固深度5.0m，采用明挖顺作法施工。
根据车站地质详勘报告，车站埋深范围内主要分布有〈1〉杂填土、〈3-2〉中粗砂、〈4N－2〉淤泥质土、〈5H－2〉花岗岩残积土等土层，基底以下主要为〈6H〉全风化、〈7H〉强风化花岗岩。
2.抗浮计算
2.1 车站整体抗浮计算
抗浮计算选取延米车站标准断面计算。由于本车站所处位置地势较低，考虑地铁设计的工程经验和地铁百年工程的重要性，抗浮计算水位按最不利工况选取，水位取至地面。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）， ，式中： 为建筑物自重及压重之和， 为浮力作用值， 为抗浮稳定安全系数，在不考虑侧壁摩阻力时，取1.05；考虑侧壁摩阻力时，取1.15。
2.1.1 不计侧壁摩阻力时的抗浮计算
设置压顶梁能够利用围护结构自重和围护结构与岩土间侧壁摩阻力来提供抗浮力，是地铁抗浮设计中优先考虑的抗浮措施。设置压顶梁后，结构抗浮力包括车站主体结构重、围护结构重、压顶梁重、顶板上覆土重及围护结构与岩土间摩阻力（现暂不考虑）。
经计算，车站主体浮力为
车站主体自重及覆土自重
围护结构及压顶梁自
根据前式得： <1.05。故设置压顶梁后在不计围护结构与岩土间摩阻力时，无法满足抗浮要求。
2.1.2 考虑侧壁摩阻力时的抗浮计算
考虑围护连续墙与岩土间摩阻力时，应根据式（2）Nk≤Tuk/2+Gp和式（3）Tuk=Σλiqsikuili计算，计算中qsik应取极限侧摩阻力。
根据式（3）计算得：Tuk=2237.7 kN/m；
围护结构能够提供的有效力为 = G2 + Tuk =3126kN/m；
根据式（1）得： =（3318+3126）/5863=1.10＜1.15。
因此，在考虑侧壁摩阻力时，车站抗浮仍无法满足要求，需要设置抗拔桩。
通过计算可知，若要满足抗浮安全系数Kw≥1.15，抗拔桩需要提供的有效抗浮力应大于298 kN/m。
2.2 整体抗浮有限元计算分析
2.2.1计算模型及荷载
车站围护结构与主体结构采用复合墙结构，围护结构、主体结构共同参与受力，结构尺寸如下图所示：
采用SAP2000建立结构计算模型，各主要结构均采用实体单元模拟。连续墙和主体结构侧墙之间采用仅能受压连杆模拟（连杆受拉时取消），连续墙嵌固段及主体结构底板下均设置弹簧，模型不考虑围护结构侧摩阻力作用，在压顶梁位置用固定铰支座来进行模拟。结合本工程梁柱布置情况，每个断面按照设置两根抗拔桩进行计算。
抗浮计算时采用正常使用工况进行计算。主体结构材料梁板采用C35混凝土，柱采用C50混凝土，相关材料参数均依据《混凝土结构设计规范》（GB 510010-2010）选取。侧向土压力施加在连续墙外侧，由连续墙和主体结构侧墙共同承担；側向水压力施加在主体侧墙外侧，由主体结构侧墙承担。
2.2.2 计算结果分析
计算中，为反映抗拔桩不同受力状态下的结构底板位移及压顶梁受力，将压顶梁模拟为铰支座，抗拔力模拟为竖向力，计算结果如图2和图3所示。
2.抗拔桩节点布置图 3.正常使用工况位移图
试算不同抗拔力下的结构底板、轨道最大位移及压顶梁支座位置反力，试算结果见表2。试算中抗拔力首先取0，计算无抗拔桩时结构底板位移；后在此基础上抗拔力递增，计算不同抗拔力下底板及轨道最大位移情况。
表2 节点受力及位移统计表
单根抗拔力
Fi/（kN/m）
底板位移
Hi/mm
轨道最大位移
hi/mm
单侧支座反力
Ni/（kN/m）
0
34.4
12.4
1148.1
100
33.6
12.2
997.6
150
29.0
10.5
947.4
200
27.2
9.9
947.4
300
23.6
8.7
847.0
根据《混凝土结构设计规范》中挠度控制要求，车站宽度为23.2 m，挠度限值应为23200/400=58mm，不设置抗拔桩显然也满足规范要求；同时，需要控制轨道位置结构变形，根据表2可知，在单根抗拔力为200kN/m 时，可满足轨道位移控制要求。
验算此时抗浮Kw=（3318+3126+400）/5863 =1.17＞1.15，满足抗浮要求。
根据有限元计算，本断面在满足位移要求前提下的抗拔力为400kN/m，大于整体抗浮计算所需抗拔力即298kN/m。由此分析，采用整体抗浮计算虽能满足抗浮要求，但无法保证结构底板位移满足规范要求，因此，整体有限元分析在抗浮计算中是十分必要的。
此时两侧支座反力N=862.8×2=1725.6kN/m，远小于围护结构能够提供的有效力Gw。分析这应该与计算过程中侧壁摩阻力无法模拟有关。采用整体有限元分析仅能分析结构位移，而压顶梁位置结构设计时所取反力仍应采用整体抗浮计算中能够提供的最大有效应力。
3.结论与建议
地铁车站抗浮设计，通过选取相关参数及公式进行计算，并结合有限元结构软件分析结构底板位移，可合理确定结构相关抗浮方案及设计。由于抗浮设计取最不利荷载工况，结合以往地铁车站抗浮设计经验，整体有限元计算抗浮是安全可靠的。
参考文献：
[1]袁正如.地下工程抗浮设计中的几个问题[J].地下空间与工程学报，2007（3）
[2]朱建甫，杨林，顾文秀.换乘地铁车站抗浮设计[J].四川建材，2010，36（1）
某地下车库抗浮设计 篇4
关键词：抗浮,超长结构,锚杆,地下室
1 工程概况
本工程位于成都市锦江区,北侧为牛沙路,南侧毗邻其他单位用地。地上24层为住宅,地下2层为停车库及设备用房。总建筑面积38 118 m2,其中地上建筑面积为29 136 m2,地下建筑面积为8 989 m2。主楼部分采用剪力墙结构,纯地下室部分为框架结构。地下1层层高为4.2 m,地下2层层高为3.8 m。地下室顶板设计标高为-1.85 m。±0.00绝对标高为494.90 m。
根据甲方提供的中国冶金建设集团成都勘察研究总院的《勘察技术报告》,本工程场地内地质层自上而下依次为:杂填土,素填土,粉土,淤泥质粉土,细砂,中砂,松散卵石层,稍密卵石层,中密卵石层,密实卵石层,强风化泥岩,中风化泥岩,建筑场地类别为Ⅱ类。抗浮设计水位为490.00 m。主楼采用钢筋混凝土筏板基础,纯地下室部分采用钢筋混凝土独立基础加抗水板。
2 设计过程中的主要问题
1)地下室底板板面标高为-9.85m,相当于绝对标高485.05 m。底板厚400 mm,板底绝对标高即为484.65 m,抗浮设计水头为5.35 m。主楼之外纯地下室部分有整体抗浮不满足及地下室底板承受水浮力较大的问题。
2)地下室长92.60m,宽61.97 m,不设永久缝,均属于超长结构,存在混凝土因温度应力而收缩产生裂缝的问题。
3 解决方案
1)地下室整体抗浮。
塔楼以外纯地下室部分平均压重为:[(0.4+0.12+0.16+0.1)×25+0.9×18]×0.9=32.13 kN/m2(注:0.1为梁柱折合板厚)。
水浮力为5.35×10=53.5 kN/m2>32.13 kN/m2。
故地下室整体抗浮不满足要求,本工程采取满堂设置抗浮锚杆的措施以解决该问题。
抗浮锚杆的荷载设计值Nk=1.2×53.5-32.13=32.07 kN/m2。
本工程中锚杆布置多数为2.5 m×(2.5～2.7)m及3 m×(2.5～2.7)m网格,极个别为3 m×2.8 m网格,以3 m×2.8 m计算,每根锚杆应提供抗拔力设计值。
Nt=32.078×2.8×3=269.47 kN,取270 kN计算。
根据CECS 22∶2005锚杆杆体钢筋面积(HRB335级钢筋fyk=300 N/mm2)。
选用3ϕ25,As=1 470 mm2>1 440 mm2,满足设计要求。
根据选筋情况,锚杆锚固段的钻孔直径D取180 mm,锚固段注浆浆体强度为M30。
根据地勘报告,该工程地基中稍密卵石层、中密卵石层、密实卵石层与锚杆锚固段注浆体之间的粘结强度分别为160 kPa,230 kPa,270 kPa,取160 kPa计算,则锚杆锚固段长度
另
故建议锚固段长度大于6.6 m,施工中以实验结果为准。
2)抗水底板计算。
板底抗浮水头H=5.35 m。
400厚板底处水反力设计值:q=水浮力-压重=1.2×5.35×10-0.4×25×0.9=55.2 kPa。
800厚独基础底处水反力设计值:q=水浮力-压重=1.2×5.75×10-0.8×25×0.9=51.00 kPa<55.2 kPa。
故抗水板局部抗浮采用倒楼盖模型进行计算,其在PMCAD输入时采用的荷载标准值为:
在倒楼盖模型中采用SATWE复杂楼板分析与设计软件进行分析,得出抗水板板底弯矩极值(不包括柱底)为80 kN·m,按受弯控制的配筋为650 mm2,按裂缝(<0.2 mm)控制的配筋为1 250 mm2,选配16@150;抗水板板顶弯矩极值为74 kN·m,按受弯控制的配筋为598 mm2,按裂缝(<0.3 mm)控制的配筋为946 mm2,选配16@200。
另外在倒楼盖模型中输入面荷载标准值32.13/1.35=23.80 kN/m2,计算得出除框架柱外柱底反力小于270 kN,与整体抗浮计算中单根锚杆抗拔设计值相符。
3)对超长地下室采取相应的构造措施以减小混凝土的收缩、开裂。
具体措施如下:a.沿主楼设置800 mm宽沉降后浇带。设置一定数量的膨胀加强带,每道加强带之间的混凝土区域长度控制在30 m～40 m。b.底板(包括独立基础,条形基础及筏板)及混凝土强度等级用C35集料级配防水混凝土,内掺“Saho-HF高性能混凝土膨胀剂”,限制膨胀率要求不小于0.02%。在底板、顶板、-1层梁板及侧墙混凝土中加入“XD-F聚丙烯纤维”,掺量为0.9 kg/m3。膨胀加强带的限制膨胀率要求不小于0.03%。c.在施工过程中加强混凝土的养护措施。必要时采取麻袋或薄膜覆盖及浇水养护。
通过以上措施基本解决本工程设计中存在的主要问题。
该工程现已通过施工图审查进入施工阶段。
4结语
1)本工程地下水位较高,采用抗浮锚杆能够有效解决抗浮问题。
2)设计过程中采用倒楼盖模型进行分析,不仅能够准确分析抗浮底板受力情况,亦能准确检验每个锚杆能否满足抗拔要求。
参考文献
[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
某地铁车站抗浮设计研究 篇5
随着城市化进程的不断推进,城市交通问题越来越突出。地铁通过充分利用地下空间资源为城市发展提供了延伸空间,较好的解决了交通运输问题。而城市里大多数地铁车站建于地下,当周围的地下水位较高时,极易发生结构破坏和各种工程事故,严重影响地铁在施工阶段和运营阶段的安全。有必要对地铁车站进行抗浮设计研究。
2 地下车站结构抗浮要求及其抗浮措施
2.1 抗浮要求
根据《地铁设计规范》(GB501 57-2013)中11.6.1条第6款:“结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定性验算。抗浮安全系数当不计地层侧摩阻力时不应小于1.05;当计及地层侧摩阻力时,根据不同地区的地质和水文地质条件,可采用1.10～1.15的抗浮安全系数。”
在验算结构抗浮稳定性时,对浮力、抗浮力的计算及抗浮安全系数的取值均需慎重。浮力一般跟车站埋深及地下水位深度有关,抗浮力一般为车站结构自重及上不有效静荷载,也可以考虑侧壁与地层之间的摩擦力。应该注意浮力跟地勘中地下水位的取值有关,抗浮力是随施工过程及施工阶段不断变化的。
抗浮安全系数规范中规定可采用1.10～1.15,即目前尚无统一规定,宜参照类似工程,根据各地的工程实践经验确定。我国各城市地铁采用的抗浮安全系数表见表1
2.2 抗浮措施
抗浮措施分为施工阶段临时抗浮措施和使用阶段永久抗浮措施。
2.2.1 施工阶段临时抗浮措施
施工阶段的临时抗浮措施,可通过降低地下水位减小浮力。在车站范围设置降水井和排水沟,使地下水位降至底板以下,从而降低水的浮力,降水减压时,应避免引起周围地层下沉。还可以通过在底板中设置临时泄水孔等方法减小浮力。也可以在底层结构内临时充水、填砂或者增加其他压重。
2.2.2 使用阶段永久抗浮措施
使用阶段解决地下工程抗浮问题的方法基本有4种:
(1)增重抗浮
在结构底板上施作超重混凝土,以增大车站自重,达到抗浮目的。这种处理方式简单,投入使用后管理成本较低,但给整个车站的受力增加难度,同时车站围护结构费用相应提高。
当采用趾板反压(见图1(a))时,需增加开挖回填数量,周边可利用空间必须足够大,放坡开挖基坑较适用,对覆土填实要求高。
(2)压顶梁抗浮
压顶梁抗浮(见图1 (b))是在车站顶板上方沿围护结构(钻孔灌注桩或地下连续墙)后浇设置一圈压顶梁,当车站在受水浮力上浮时,利用围护结构的自重及土体侧摩阻力,使得压顶梁像“挂”在车站上方,对车站顶产生向下压力,达到抗浮目的。该方法是地铁车站抗浮设计中经济适用且最常用的方法。
(3)锚杆抗浮
此方法是在民建中近年来大量应用的抗浮技术,采用设在底板和其下土层之间的拉杆,依靠杆体与周边土体的黏结摩擦力抗浮。但地下水会对钢筋或钢绞线侵蚀,直接影响锚杆的耐久性。
(4)抗拔桩抗浮
采用在结构底板(也有在底板纵梁)下设置抗拔桩(见图1 (c)),利用桩体自重与桩侧摩阻力来提供抗拔力,桩体承受拉力,其受力大小随地下水位变化而变化,抗浮作用明显。由于基坑深度较深,在地铁车站设计中多采用机械钻孔灌注桩,施工质量可以保证,桩耐久性较好,受地下水侵蚀较小。
3 工程分析
3.1 工程概况
某地铁车站是带配线侧式起点站。车站主体部分为地下两层站,周边建筑物较少。配线段为地下一层(局部有夹层),顶板覆土厚度约为3～6m,底板埋深约13.8m;结构主体结构为地下两层(局部一层),覆土厚度约1.4m,车站底板埋深约7.30～1 3.70m。
结合车站所处地层条件、埋置深度、周边控制条件(建筑、道路)等不同条件,车站配线段围护采用桩+内支撑支护结合的支护型式,主体结构典型段围护采用土钉支护型式。
车站底板座落在2-9-3、3-8-3密实卵石土层,局部坐落在2-9-2中密卵石层。车站地下水主要为赋存在第四系砂卵石地层中的孔隙型潜水。
本站场地正常地下水位埋深较浅,必须重视地下水的影响,考虑地下水的浮托作用。地勘建议抗浮设计水位为2.5m.
3.2 抗浮验算
由于车站分段采用不同的围护结构型式,且不同分段的结构尺寸也不同,有必要分别选择有代表型的断面,进行抗浮验算。若不满足抗浮,选择有针对性的抗浮措施。
(1)配线段(采用桩+内支撑围护结构)抗浮验算
取每延米的横断面计算
分别进行底板配重抗浮和压顶梁抗浮分析
若采用增加结构底板配重措施,当增加0.2m的板厚,抗浮安全系数达到了1.054>1.05,满足抗浮要求;采用压顶梁抗浮,考虑围护结构自重和侧摩阻力,抗浮安全系数达到了1.38>1.15,满足抗浮要求。采用压顶梁抗浮相对于增加底板配重而言,工程量增加不多,但具有较好的经济性和安全性。
(2)主体结构段(采用土锚钉围护结构)抗浮验算
取每延米的横断面计算
由于本段围护结构采用的是放坡+土锚钉支护,无条件设置压顶梁,分别采用趾板反压抗浮和抗拔桩抗浮比较计算分析。
1)采用趾板反压
本断面宽度有60m,两侧的单层所占宽度有26.7m,中间地下二层结构部分所站宽度33.3m。经分部核对,典型横剖面中两侧的单层部分结构,抗浮要求是满足要求的,中间两层结构,由于深度较深,基坑宽度又比较大,抗浮是不够的。
抗浮趾板设置,可以在两侧地下一层设置,但这样边坡开挖支护需要往外扩,影响范围更大,且对结构顶板的内力分布不均影响较大。故仅在地下二层底板外侧设置趾板。
抗浮趾板设置在底板外侧,与底板同厚,其上部土体重量与主体结构自重共同抵抗水反力(见图2)
根据地区经验,拟定抗浮趾板外伸长度L=1.5m。
取每延米宽的横断面计算。
外伸趾板和其上土体重量为:
G增=1 0×6.38×1.5×2=192kN
则向下的重力值为G=G1+G增=4795+1 92=4987kN,
向上的水反力为F=4925kN
则抗浮系数G/F=4987/4925=1.01<1.05不满足抗浮要求
从计算可以看出,采用趾板抗浮,安全系数增加有限,起不到抗浮效果。
采用抗拔桩
考虑板底设置抗拔桩措施,抗拔桩桩长8m,直径1.2m (见图3),结合纵向轴距和横向宽度,采用9m×6m的间隔布置;
单根桩抗拔承载力特征值:Ra=3.14×1.2×(0.65×1 50)×8/2=1 470kN;
所需抗拔桩根数:n≥(1.15×F-G)/Ra=((1.1 5×4925-4795)×9-1 5×3.1 4×1.2×1.2/4×8×5)/5/1 47 0=0.971根,即9m×6m范围内需设置1根抗拔桩。所选择的桩的布置,满足抗浮要求。
同时对桩配筋计算,保证裂缝宽度满足规范要求;对底板进行抗冲切计算,保证底板不被破坏。
通过①和②的比较看出,设置趾板抗浮的效果没有抗拔桩,大跨度基坑,趾板抗浮对安全系数的增加是有限的。抗拔桩的效果是明显的。
4 结语
本文结合工程实例对地铁车站进行抗浮验算。结果表明:
(1)各种抗浮措施有其一定的适用性,如在桩+内支撑的围护结构下,若采用复合结构型式,不太方便采用设置趾板抗浮;当采用大开挖+土锚钉支护时,不方便采用压顶梁抗浮。需要配合围护结构有针对性的选择抗浮措施。
(2)压顶梁抗浮是地铁车站抗浮设计中经济适用且最常用的方法。当地下结构仅考虑自重及顶板荷载,不能满足抗浮要求,采用增大结构尺寸厚度是不经济的;若计入围护结构重量及侧壁摩阻力能够满足抗浮要求时,应尽量采用压顶梁抗浮;
(3)当地下结构宽度较大且体形复杂抗浮不满足需要采用抗浮措施时,尽量采用抗拔桩抗浮。
参考文献
[1]周顺华.城市轨道交通结构设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2011.
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锚杆在水池抗浮设计中的应用 篇6
关键词：锚杆,抗浮设计,水池
大型排水构筑物一般埋置深度较深,当场地地下水位较高时,排水池的自重抗浮往往不能满足抗浮稳定的要求,导致地下式构筑物产生上浮变形。能否合理解决池体的抗浮问题,对工程的造价有很大的影响,因此选择一种经济、结构受力合理的抗浮处理措施就很值得探究。
1 工程及地质概况
1.1 工程情况
安徽省怀宁县污水处理厂日处理量5.0×104t,污水处理厂中的主要构筑物生化池、二沉池埋深较深,需采取抗浮措施。污水处理厂位于县城东南新区,紧临河道,自然地面标高较县城地面及河岸低。地质报告所示,污水厂的自然地坪标高约为13.30m,根据工艺流程的需要,确定设计地坪标高为14.00m,地下水和场地土对建筑材料无腐蚀性。
1.2 场地地质情况
(1)层耕植土:层厚0.6m～1.2m,人工形成,灰色,湿,松软,黏土夹腐殖物。
(2)层粉质黏土:层厚0.50m～1.50m,坡洪积形成,黄褐色,稍湿,可塑,中等偏高压缩性,含灰白高岭土条纹。fak=160kPa,Es=6.0MPa。
(3)层粉质黏土:层厚1.20m～4.20m,坡洪积形成,棕黄色,稍湿,硬可塑,中等偏低压缩性,含少量铁锰结核。fak=250kPa,Es=10.0MPa。
(4)层中粗砂混黏土:层厚0.60m～1.00m,坡洪积形成,灰白色,湿,稍密,中等偏高压缩性。fak=120kPa,Es=9.0MPa。
(5)层强风化泥质砂岩:层厚0.00m～0.70m,沉积形成,砖红色,稍湿,硬塑～坚硬,低压缩性。fak=350kPa,Es=100MPa。
(6)层中风化泥质砂岩:层厚>10m,沉积形成,砖红色,稍湿,坚硬,极低压缩性。fak=600kPa,Es=160MPa。
2 方案选择及确定
2.1 抗浮设计水位的确定
根据地质报告所示,紧临河道50a一遇防洪水位为黄海高程18.00m,勘探提供静止地下水位为13.00m。按常规设计抗浮设计水位可以取13.00m～13.50m,通过对当地水文情况及气象情况的分析,综合考虑,将抗浮设计水位取14.00m(工程施工期当地一场暴雨验证了抗浮设计水位的合理性)。
2.2 抗浮措施的比较
构筑物抗浮措施一般有配重抗浮、锚固(锚杆和抗拔桩)抗浮和降水抗浮。
本工程场地紧临河道,地下水和河道发生水力联系,并受大气降水的补给影响,水位和水量的强度季节性较为明显。河道水位较高,因此,欲通过降地下水位来满足抗浮要求是不可行的。
配重抗浮一般适合于小型池体或结构自重与浮力相差不大的池体,而生化池和二沉池平面尺寸大,埋深较深,结构自重抗浮严重不足,若采用大量低标号混凝土压载抗浮,池壁计算高度增加,板厚及钢筋相应加大。经技术经济比较,加大结构自重或配重抗浮均不经济。抗浮锚杆具有良好的地层适应性,断面尺寸小,布置灵活,锚固效率高,由于其单向受力的特点,有利于建筑结构的应力与变形协调,可减少结构造价。本场地泥质砂岩埋深较浅,可充分利用锚杆和岩层间的摩擦力。因此,生化池和二沉池采用锚杆抗浮。
3 锚杆的设计
本工程中的锚杆为永久性抗浮锚杆,为全长黏结型锚杆。锚杆的承载力主要由锚固体与周围岩土间的黏结强度提拱(见图1)。设计的锚杆详图见图2。
3.1 设计荷载的确定
锚杆布置时,为避免应力集中,最小间距不小于1.50m,以免群锚效应发生而降低锚固力。生化池按2.5m×2.5m矩形格网布置276根,二沉池布置200根,本工程共计476根锚杆。单根锚杆设计最大荷载为Nt=130kN。
3.2 钢筋截面和锚杆长度的确定
作为水池抗浮的锚杆使用年限应不低于水池结构使用年限,抗浮锚杆属于永久锚杆,考虑永久破坏后,对池体危害较大,因此抗拔安全系数取K=2.0,杆体截面设计时钢筋抗拉安全系数Kt=1.6。
根据锚杆设计荷载不大,钻孔直径取D=150mm,选用HRB335级钢筋作为杆体,其截面面积按As≥KtNt/fyk式计算,杆体计算截面面积As=620mm2,设计采用3根Φ20mm抗拔主筋。
锚固段长度按《岩土锚杆(索)技术规程》中式(7.5.1-1)和(7.5.1-2)较大值确定。
通过计算,锚杆锚固段长度较小,但设计考虑地下施工诸多不确定因素后,确定锚杆进入砖红色中等风化砂岩层大于1.8m,且最小桩长为4.0m。
3.3 锚杆耐久性问题
在岩土锚固工程中,锚杆的耐久性问题越来越受到人们的重视,为保证永久锚杆锚固段钢筋保护层厚不小于20mm,应设置对中支架(见图2b)。
在浮力作用下,底板于基础界面处将形成微小的缝隙,此处的锚杆由于长期受到地下水的侵蚀容易产生锈蚀。因此,对在底板和基础界面上下各250mm范围内的锚杆涂以环氧树脂防止钢筋锈蚀。对于场地环境为氯化物或化学腐蚀环境,不宜设永久锚杆,否则,应采取特别的防腐措施,本工程场地不存在腐蚀环境。
4 抗浮锚杆的基本试验
由于土的力学性能、参数离散性较大,进行现场锚杆基本试验来确定设计参数是非常必要的,为了给设计提供设计依据,在锚杆大面积施工前进行了3根锚杆基本试验,以确定锚杆的抗拔力。根据设计方案采用3根公称直径20mm的II级热轧带肋钢筋,钻孔孔径为0.15m,长度为4m,锚固土层为粉质黏土和中风化泥质砂岩。这3根锚杆龄期达到后,进行现场测试。具体测试结果如表1所示。
通过基本试验证实:此工程采用锚杆作抗浮措施的设计方案是可行和可靠的。
5 土层锚杆的施工
5.1 施工顺序
测量放样→钻机就位→钻孔→安放锚杆→一次注浆→二次注浆→成锚。
5.2 施工有关要求
锚杆工程施工前,应根据锚固工程的设计条件、现场地层条件和环境条件,做好调查和施工组织设计。为确保锚杆施工质量,对施工技术的要求如下。
1)钻孔前根据设计要求确定孔位并做好标记,孔距误差不大于100mm,成孔直径不小于180mm。
2)为准确控制钻孔深度,应在钻杆上作出控制深度的标尺,以保证孔深不小于设计长度,钻孔完成后,应立即检查成孔质量,垂直度容许偏差1%,锚杆放入钻孔前,应将孔道内的土屑清理干净,并检查杆体的加工质量,杆体居中支架应符合设计要求(见图2)。安放杆体应防止扭压、弯曲,注浆管随杆体一同放入钻孔。
3)锚杆注浆采用两次注浆,一次注浆时,注浆材料选用灰砂比为1誜0.5的水泥砂浆(砂子粒径不大于2mm),注浆压力取1.0MPa,注浆前应进行洗孔,至孔内流出清水时方可进行注浆。注浆作业从孔底开始,自下而上的连续浇注,当孔口溢出浆液时,可停止注浆。二次注浆应在一次注浆形成的注浆体强度达到5.0MPa后进行,注浆材料采用水灰比0.45的纯水泥浆,注浆压力取2.0MPa,注浆材料中必要时可添加适量早强剂。
6 土层锚杆的验收试验
根据《岩土锚杆(索)技术规程》规定,验收试验的锚杆数取锚杆总数5%,最大试验荷载为设计荷载的1.50倍,即Pmax=195kN。因篇幅所限,本文只列出了A03荷载-位移曲线(见图3)。
从A03#锚杆竖向抗拔静载试验U-δ曲线可以看出,该锚杆加载到195kN时,锚杆总上拔位移量为3.24mm,上拔量不大,末极荷载作用下的锚杆上拔量为0.80mm,锚杆随荷载的上拔位移速率为0.0627mm/kN;从卸载情况看,该锚杆完全卸载后残余上拔量为2.21mm,最大回弹量为1.03mm,回弹量为31.8%;锚头位移相对稳定,满足设计及规范要求。
7 抗浮效果
目前,该水池已投入使用并经过一次汛期的考验,通过沉降观测,池体上测点高程基本没有变化,达到了预期效果。
8 结语
1)在水池类抗浮设计中,当地基承载力满足要求,而自重抗浮严重不足时,采用土层锚杆抗浮是可行的。
2)当底板下有坚硬土层且深度不大时,设锚杆抗浮与配重抗浮相比,锚杆抗浮效果好,造价低,且有施工简便、快捷。经分析,本工程锚杆抗浮设计较配重抗浮节省造价30%。
3)锚杆的施工要求很高,施工前应做好技术交底工作,提高施工人员责任心。
参考文献
[1]CECS22:2005岩土锚杆(索)技术规程[S].
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