抗浮方法

抗浮方法（精选8篇）

抗浮方法 篇1

随着我国建设事业的发展, 抗浮锚杆施工方法在建筑工程施工中不断得到应用, 而在一些大粒径卵石复杂地层中进行施工也经常出现, 在这类地层中施工, 若施工方法不当, 会造成孔壁坍塌、掉块、漏失、涌水、缩径、超径、锚杆无法下到位等现象, 有时甚而引起孔内各种事故, 以致钻孔报废, 由此带来了成孔质量差、钻进效率低、钻进成本高。跟管钻进施工技术可以很好的解决了在大粒径卵石地层钻进中的护壁难的问题。下面以武夷山某一项目为例, 阐述在大粒径卵石地层抗浮锚杆的施工方法。

1 工程概况

武夷山某一项目, 地下室设计为抗浮锚杆, 抗拔力N1﹦110k N, 锚杆孔 Ф150, 锚杆1Ф28 精轧螺纹钢, 砂浆采用M30 水泥砂浆, 岩石锚杆要求进入4 层卵石层不少于2.5m, 且总长度不少于4.5m。设计锚杆总数为1270 根。工期合同规定为一个月。

2 场地工程地质及水文地质

根据地质勘察报告显示, 场地土层性质自上而下分述:

场地内地下水主要为:埋藏于 (1) 素填土、 (2) 粉土、 (3) 粉细砂、 (4) 卵石中的孔隙型潜水, (1) 素填土、 (2) 粉土、 (3) 粉细砂透水性弱, 富水性差; (4) 卵石透水性强, 富水性好。主要受大气降水、人工用水补给, 雨季接受崇阳溪水补给, 自东北向西南排泄。常水位变化幅度为2.00~4.00m。根据地区经验参数, (1) 素填土的渗透系数K=0.5 m/d, (2) 粉土的渗透系数K=0.1m/d, (3) 粉细砂的渗透系数K=1.0m/d, 据抽水试验成果, (4) 卵石的渗透系数K=20.92m/d。基坑开挖时, 地表水易于汇集, 对基础施工产生不利影响。崇阳溪现有水位约183.00m, 近5 年最高洪水位约189.20m, 地下室底板标高约186.30m, 永久抗浮水位可取最高洪水位标高189.20m。

3 施工情况

该项目在前期施工中首先选择普通的施工设备, 采用常规的钻进下套管施工工艺。由于该项目是属于全卵石钻进, 卵石层厚度大, 含量高、粒径大, 充填为泥砂显稍密- 密实状态, 地下水位高, 施工过程出现进尺难, 提钻过程塌孔的现象, 无法施工, 在更换几个地点施工后均出现这种现象。经研究考察, 最后选择MZ- 400 型液压式履带钻机潜孔锤偏心跟管钻进施工工艺。该设备进场施工后特点为:移机方便快速、钻进快、操作简单、配置人员少。

经过试验后, 根据项目的工期要求, 现场投入2 套设备施工, 套管施工深度为5m, 约每小时施工套管1 根, 由于该项目孔深较浅, 可以实行流水化和集中化作业, 成孔设备可以连续的施工, 把套管留置于锚杆孔内, 后续跟着注浆设备施工, 最后拔管设备施工。每台每天施工为20 根, 一个月施工完毕。

4 潜孔锤跟管钻进施工原理

潜孔锤偏心跟管钻进系统主要由潜孔冲击器、偏心跟管钻具、管靴、套管等构成, 主要是在潜孔锤的下端加接一偏心钻具, 当钻具下到孔底后, 顺时针方向旋转时, 扩孔器从中心偏离出来, 钻头同步旋转, 结果钻出的孔径套于套管外径, 因此套管随着钻头的前进而随之下降, 即实现跟管钻进。当钻进至稳定地层, 套管已隔住坍塌地层时, 需要提升偏心钻具, 此时将钻具逆时针方向旋转一下, 扩孔器在钻头中心轴偏心的作用下向中心收拢, 即可通过套管而将偏心钻具提出孔外。

5 施工工艺

5.1 定位

测放孔位, 采用经纬仪与红外仪结合使用的方法进行孔位测放定位。严格检测开孔钻具与设计孔位轴线方位保持一致。

5.2 钻机就位

为使孔位在施工过程中及成孔后其轴线的俯角、方位角符合设计要求, 必须保证钻机就位的准确性和稳固性。因此, 钻机安装平台要平整、坚实、不变形、不振动等。并严格检测开孔钻具的轴线与设计锚孔轴线方位是否保持一致。

(1) 准确性。 (1) 调整钻机立轴轴线和边坡岩面的接触点的高程与标定孔位一致。 (2) 调整钻孔立轴的轴线, 使其与锚孔设计中心轴线的俯角及方位角保持一致。 (3) 由技术人员测校开孔钻具轴线, 使其与孔位中心轴线方向一致, 然后才能开孔。

(2) 稳固性。 (1) 用卡固管件使钻机牢固卡牢紧稳。 (2) 试运转钻机, 再次校测开孔钻具轴线与锚孔中心轴线, 使其保持一致, 拧紧紧固螺杆。 (3) 必须随时保证施钻过程中钻机的稳固性。 (4) 设置孔口导向管或小型导向桩, 以保证施工的锚孔顺直、倾角、方位角符合设计要求。

(3) 作业前的检查。 (1) 开始作业前, 应仔细检查供气管路是否连接牢固, 不准有漏风现象。 (2) 检查油雾器内是否已装满机油。 (3) 检查各部分螺钉、螺帽、接头等是否拧紧, 钻机安装是否稳固、周正、水平。 (4) 开孔前, 反复倒置潜孔锤, 检查活塞运动是否灵活。如果活塞运动受阻, 应查明原因, 排除故障后, 才能使用。 (5) 检查供风管路及钻杆内孔是否有杂物, 并及时清除干净, 防止堵塞潜孔锤。

(4) 钻进工艺参数。钻进技术参数的选择是潜孔锤钻进的一项关键问题。其合理与否将直接影响钻进效率和经济效益的高低。主要钻进技术参数包括风量、风压、钻压与转数等。

(1) 风量。根据所选用的空压机和潜孔锤的性能, 合理确定风量。为使潜孔锤正常工作而又能排除岩粉, 要求钻杆和套管内壁环状间隙之间的最低上返风速为15m/s。如风量较小, 就难以排除孔内岩粉, 从而影响钻进效率。

(2) 风压。潜孔锤的冲击频率和冲击功能都与风压有密切关系, 潜孔锤钻进常用风压是钻进参数重要指标之一。据美国研究资料表明, 钻速和风压几乎是成正比的。风压从0.6MPa提高到1.30MPa时, 钻进效率可提高一倍。国内室内试验, 也得到类似结论。 国内生产的潜孔锤有两种:低压潜孔锤, 所需风压为0.5~0.7MPa;高压潜孔锤, 所需风压为0.8~1.5MPa。在潜孔锤钻进时, 除正常工作所需风压外, 还要加上孔深时沿程压降及克服水位以下的水柱压力。

(3) 冲击频率。当潜孔锤额定风量和额定风压均达到规定要求时, 都能达到额定冲击频率。潜孔锤一般的额定冲击频率为800~1500 次/min。

(4) 钻压。从潜孔锤破碎岩石的原理来看, 岩石主要是在冲击功作用下破碎的。潜孔锤钻进效率的高低, 主要取决于冲击功的大小和冲击频率的多少, 而钻压是保证冲击功充分发挥作用的辅助力。对某一直径的潜孔锤来说, 钻压有一个合理的范围。钻压过大, 不仅不会提高钻进效率, 反而会加速钻头磨损。例如, 使用200mm的潜孔锤, 钻压在13~16k N时钻进效率最佳。使用90mm潜孔锤, 钻压在5~6k N时钻进效率最佳。

(5) 转数。为使潜孔锤的冲击功有效地传到孔底, 钻具的转数应按潜孔锤的冲击频率和所钻岩石的性质来确定, 它存在最优冲击间隔。钻具的转数和冲击频率的配合, 应使切削具在最优冲击间隔的条件下工作, 此时钻进效率最高。

6 结论

6.1 经济效益比较

(1) 采用传统的下套管施工方法, 无法施工, 不但没有经济效益, 反而影响工程的进度, 这种工艺的施工方法无经济效益。

(2) 采用跟管钻进施工方法, 方便快捷, 进尺快, 每小时可完成一根桩, 每天每台钻机可完成20 根桩, 取得较好地经济效益和社会效益

6.2 成果

该项目设计工程量为1270 根抗浮锚杆桩。实际施工完成1270 根, 根据设计要求, 同一场地同一岩层中的锚杆试验不得少于总锚杆数的5%, 且不少于6 根。工程完成后, 经设计单位、建设单位和监理部门随机抽取64 根进行抗拔试验, 锚杆抗拔力均满足设计要求。

摘要：以武夷山的项目为例, 通过不同的施工工艺比较, 探讨在大粒径卵石地层抗浮锚杆的施工方法, 阐述跟管钻进的施工原理, 分析在大粒径卵石地层抗浮锚杆施工钻进的主要技术参数。

关键词：大粒径,卵石,跟管钻进,抗浮锚杆

抗浮方法 篇2

现场准备测量定位锚杆成孔一次常压灌注、拔钻杆插入钢筋杆体补浆锚杆养护锚杆抗拔试验锚杆端头清理。

抗拔锚杆施工流程 施工工艺与技术要求 2.1 施工前准备工作

(1)完成施工现场的平面布置。(2)水电引入施工现场。(3)完成钻机和管线的设置。(4)安排人员作好现场保卫工作。(5)机具、人员进场。

(6)所需材料，如水泥及外掺剂等进场复检。(7)设备调试检验。

(8)开工前进行施工技术交底和安全教育。2.2 施工定位

锚杆钻孔前，应按设计要求的锚杆位置、间距及标高测量放线，标明钻孔的位置，局部钻孔的位置若有障碍物则予以人工清除，如不能清除的根据现场情况进行调整。锚杆定位后应做好标记和预检。2.3 钻机就位

施工作业面达到施工要求并放线定位后，将钻机移至孔位，并调平机座。2.4 锚杆成孔

锚杆成孔采用普通锚杆钻机或小直径长螺旋钻机，具体成孔工艺根据工程地质条件、现场成孔试验、成孔效率等确定。2.5 锚杆注浆

1)浆液配制：锚杆注浆体采用素水泥浆，水泥为P.O 42.5，水灰比0.45~0.5，根据实际情况，添加JD-10防冻剂(液)，掺量为水泥重量的2~4%。

2)水泥浆在灰浆搅拌机中拌和时间不少于2分钟，使之均匀一致。3)采用钻杆内泵压方法注浆。

4)注浆作业连续，浆液应搅拌均匀，随搅随用。

5)试块制作：除见证取样外，每30根锚杆做1组试块，当一天锚杆施工数量少于少于30根时，做1组(每组6块)试块，规格70mm×70mm×70mm，取28d抗压强度值。2.6 拔钻杆

抗拔锚杆成孔至设计标高后，停止钻进，开始泵送水泥浆。当钻杆芯管充满水泥浆后开始拔管，严禁先拔管后泵料。注浆过程应连续进行至孔口返浆，避免因后台供料慢导致停机待料。施工中每根抗拔锚杆的投料量不得少于设计灌注量。2.7 锚杆杆体制作

锚杆体制作按图纸要求进行。锚杆杆体主筋每隔1.5m设置1个架立管，架立管采用DN40钢管，长度为100mm，架立管与杆体主筋采用焊接方式连接。杆体制作时要保证足够的外露长度。锚杆杆体主筋的连接方式为直螺纹连接。

(1)技术要求

1)钢筋先调直再下料，切口端面与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲，不得用气割下料。

2)钢筋下料时必须符合下列规定：

设置在同一构件内同一截面受力钢筋的接头位置应相互错开，同一截面接头百分率不应超过50%；(2)施工程序

原材检测→钢筋下料→丝头加工→钢筋连接(制安)。(3)钢筋丝头加工工艺流程

1)钢筋端部平头使用钢筋切割机进行切割；

2)按照钢筋规格所需的调整试棒调整好滚丝头内孔最小尺寸；

3)按钢筋规格更换涨刀环，并按规定的丝头加工尺寸调整好剥肋加工尺寸； 4)调整剥肋挡块及滚轧行程开关位置，保证剥肋及滚轧螺纹的长度符合丝头加工尺寸的规定；标准型接头的丝头有效螺纹长度应不小于1/2连接套筒长度，且允许误差为+2P；

5)丝头加工时应用水性润滑液，不得使用油性润滑液；

6)钢筋丝头加工完毕经检验合格后，应立即带上丝头保护帽或拧上连接套筒，防止装卸钢筋时损坏丝头；

(4)施工要求

1)连接钢筋时，钢筋规格和连接套的规格应一致，并确保钢筋和连接套的丝扣干净、完好无损；

2)必须用专用扳手拧紧接头；

3)连接钢筋时应对正轴线将钢筋拧入连接套，然后用专用扳手拧紧，拧紧后的接头应作上标记，防止钢筋接头漏拧；

4)连接水平钢筋时必须依次连接，从一头往另一头，不得从两边往中间连接，连接时一定两人面对站定，一人用扳手管钳卡住已连接好的钢筋，另一人用专用扳手拧紧待连接钢筋；

(5)质量控制及检验

1)检查接头外观质量应外露不超过1扣，钢筋与连接套筒之间无缝隙； 2)丝头现场检验

a)加工的丝头应逐个进行自检，不合格的丝头应切去重新加工；

b)自检合格的丝头，应有现场质检员随机抽样检验，以一个工作班加工的丝头为一个检验批，抽检10%，且不少于10个；现场丝头的抽检合格率不应小于95%，当抽检合格率小于95%时，应另抽取同样数量的丝头重新检验，当两次检验的总合格率不小于95%时，该批产品合格。当合格率仍小于95%时，则应对全部丝头进行逐个检验，合格者方可使用。3)钢筋接头的现场检验

a)外观质量自检合格的钢筋连接接头，应由现场质检员随机抽样进行检验。同一施工条件下采用同一材料的同等级同型式同规格接头，以连续生产的500个为一个检验批进行检验和验收，不足500个的也按一个检验批计算；

b)对每一检验批的钢筋连接接头，于正在施工的工程结构中随机抽取15%，且不少于75个接头，检查其外观质量及拧紧力矩；

c)现场钢筋连接接头的抽检合格率不应小于95%。当抽检合格率小于95%时，应另抽取同样数量的接头重新检验。当两次检验的总合格率不小于95%时，该批接头合格。若合格率仍小于95%时，则应对全部接头进行逐个检验。

(6)杆体成品保护

1)成型锚杆杆体应垫方木码放整齐，防止钢筋变形、锈蚀，油污； 2)水泥浆液灌注前用用彩条布或塑料布加以覆盖，浇注完毕后用钢丝刷将被污染的钢筋刷干净。2.8 锚杆杆体安放

用小直径长螺旋钻机副钩或吊车，将制作好的锚杆体后插入钻孔。2.9 补浆

注浆结束后，待浆面下降至一定位置后(初凝前)应及时进行补浆，以保证注浆饱满；注浆量可根据地层情况及一次注浆情况确定，注浆应连续进行，锚杆注浆完成后两天内应防止扰动抗拔锚杆端头部分。2.10 处理抗拔锚杆端头

论解决地下室抗浮的处理方法 篇3

关键词：抗浮锚杆桩,地层结构,方法

1 工程概况

某工程主楼29层,裙楼2层,设置地下室2层,基础型式为筏板基础。主裙楼之间设置后浇带。因裙楼自重不足以满足抗浮要求,因此裙楼采用抗浮锚杆桩,增加建筑物的抗浮能力。

该项工程于2007年12月开工,2008年元月完成全部锚杆施工。锚杆设计直径150mm,设计抗拔力220 kN。锚杆长度用以下标准控制:

(1)当土层有效厚度≤2 m,

锚杆入岩深度≥4 m;

(2)当2 m<土层有效厚度≤3 m,

锚杆入岩深度≥3.5 m;

(3)当土层有效后度>3 m,

锚杆入岩深度>3 m;

(4)当土层有效厚度>12 m,

锚杆入岩深度=0 m。

2 场地地层

场地地层结构分布见表1。

3 抗拔试验结果及处理方法

本工程共施工抗浮锚杆629根,抗拔试验共做38根,其中基本试验6根,试验结果全部满足设计要求;验收试验32根,试验荷载220 kN,除13#、18#、22#、24#4根锚杆外,其它28根锚杆验收试验均满足设计要求。

对这4根锚杆抗拔力不能满足设计要求的原因如下:

(1)试验锚杆13#、18#,实测极限抗拔力为176kN,距设计要求220 kN有一定差距,其原因分析如下:

因该处强风化基岩埋深大,锚杆主要处于粘性土地层中,而粘性土中局部含有相对软弱的一般粘性土,因而降低了锚杆极限抗拔力。

处理建议:因基础底板正处于施工阶段,如果采用增加锚杆数量的方法,底板施工要停止作业,且增加锚杆检测合格,至少需要1个月时间,不能达到工程进度要求。

因此,提高底板刚度,借助主楼及支护桩抗浮能力,是解决这一问题的有效方法,具体作法如下:将基础砼底板加宽与支护桩侧壁相连(如图1),以增加底板的侧壁摩阻力,可足够弥补锚杆抗拔力的不足,该处锚杆布置图如图2。

具体验算如下:

设计所需抗拔力

N=4×220=880 kN;锚杆实际抗拔力

N1=176×4=704 kN;底板侧阻力

fs=f×ks×N=23.5×5×2=235 kN(其中:f=单根螺栓抗剪力[3]=2315kN,ks=每米螺栓的数量,N=螺栓排数)。

N1+fs=(704+235) kN=939 kN≥880kN=N,满足建筑物抗浮要求。

(2)试验锚杆22#、24#,实测极限抗拔力为88kN,距设计要求有较大差距,其原因分析如下:

该处地层主要为基岩破碎带,锚杆长度短,锚杆注浆时,存在着严重漏浆现象,有的锚杆注浆量达到50包水泥用量,但仍不能保证浆液注满。

这批锚杆位于基坑西侧,虽多次补浆,也不能确保浆体饱满,增补锚杆,也仍然面临漏浆问题。

因该处裙楼较窄,底板宽度只有3 m,因此增加底板刚度,利用主楼及支护桩抗浮力,达到裙楼抗浮要求,是切实解决问题的有效方法。

建议将该处基础底板与支护桩侧壁相连,如图3,以增加基础底板侧壁摩阻力,也可足够弥补锚杆抗拔力的不足。该处锚杆布置如图4。

具体验算如下:

设计所需抗拔力

N=2×220=440 kN;

锚杆实际抗拔力

N1=2×88=176 kN;

底板侧阻力

fs=f×ks×N=23.5×5×3=352.5kN

(其中:f=单根螺栓抗剪力=23.5 kN,ks=每米螺栓的数量,N=螺栓排数)。N1+fs=(176+352.5) kN=528.5 kN≥440 kN=N,满足建筑物抗浮要求。

4 结束语

(1)一般开挖较深的地下室,其基坑支护通常采用支护桩,在基坑完成并回填后,此支护桩便完成其使命,大多数作“废物”永久留存于地下。

本文就是利用支护桩较大的抗拔力,弥补抗浮锚杆的不足,也可算是废物利用,仅供同行参考。

(2)目前,地下室抗浮多采用小孔径锚杆桩,其优势是便于施工,但有时会因为地层或施工的原因,致使锚杆桩达不到设计要求.

如果条件允许,一般采用增补锚杆来达到设计要求。

但在条件不允许时,可以利用地下室周边条件,增加底板刚度达到抗浮要求。本文列举的工程实例,地下室已经运行近两年,取得了令人满意的效果。

参考文献

[1]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[ S].

[2]JGJ106-2003,建筑桩基技术规范[S].

抗浮方法 篇4

随着城市建设的高速发展、人民生活质量的提高,住宅小区都设置地下车库以解决停车问题。无论是单地下车库还是附建地下车库,抗浮设计是地下室设计的一个重要部分,抗浮设计所对应的经济成本付出,在地下室的总投资中占很大的比例。

“抗浮水位”的确定是地下车库抗浮设计的先端。设计人员一般都是从地勘部门提供的岩土工程勘察报告中,取用抗浮设防水位的数值进行抗浮设计。其实,不同的工程单体就其座落环境、建筑体量、地基土层的分布情况等各类因素的差异而言,抗浮设计水位是不同的,抗浮设计水位是一个综合因素的判断分析结果,应该经过慎密分析,正确判别,合理取用。

1 抗浮设防水位确定的基本内容

(1)抗浮评定内容应以地貌单元、地层结构、地下水类型、地下水位变化情况为前提。

(2)抗浮设防水位根据地下水类型、各土层地下水位情况变化幅度及地下水补给、排泄条件等因素综合评价。

(3)抗浮设防水位以长期水文资料为分析参考,结合实测结果同时考虑承压水影响因素,应结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。

(4)当地下水赋存条件复杂、变化幅度较大、区域性补给和排泄条件有较大改变时,应予论证。

以上是《规程》中的内容,清楚地表达了“抗浮水位”是受场地、环境条件、地下水排泄及补给等多种因素影响的动态参数,而不是简单的“读取”,应是一个读取———分析———判别———选用较为复杂的过程。

2 使用岩土工程地质勘察报告

岩土工程地质勘察报告对地下室设防水位的提供、场平标高紧紧联系在一起。常常看到这样的文字“室外场平标高下0.5 m,室外整平标高下0.8m”等。试想,当工程单体的平面尺寸大到几十米甚至几百米的时候,这样的“场平”指的是什么?当住宅小区的地下室外场平标高沿南北向或沿东西向有几米甚至更多的高差时,地下水是否会往低处流?高侧部分的地下室有没有抗浮问题?诸如此类的问题纠结,促使设计人员必须理性地分析“场平”,推敲抗浮设计水位到底应如何取用。

3 抗浮水位的判定分析方法实例

3.1 南京城东某小区有多栋高层建筑,占地范围内满铺地下机动车库,地形较为狭长,南北向总长约240 m,场地高差近3.7 m,地勘资料提供的抗浮设防水位评定是“场平标高下0.5 m”,出现了最高处基础底板接近于较低部分的顶板标高情况(图1)。而场地土层强度较好,完全可以采用天然地基,只是单体间地下车库抗浮不满足要求。

通过仔细研究地勘报告土层排水情况,加之对周边已建小区道路标高及市政排水系统进行认真调研,充分考虑到该区域的历史水文资料数据。设计者大胆地将该地库的“抗浮水位”分区设置。建筑、给排水专业配合场地进行排水沟位置设计,调整顶板覆土厚度,成功地采用了天然地基的方案,不设置抗拔桩。

3.2 苏北某经济适用房小区以小高层住宅为主,单体之间共设置了九个单建机动车库,小区内部的交通标高及坡度要求控制了机动车库顶部覆土较薄。由于岩土工程地勘报告中提及的抗浮水位较低,采用覆土加建筑自重进行抗浮设计,刚刚满足要求。但是,在地勘报告图审时,图审专家的意见是:“抗浮水位过低,应明确为场地标高下具体数值”,依据图审意见,若简单地调高抗浮设防水位,必然有大量的抗浮设计投入。

通过对地下水类型、地下水补给及排泄条件的科学判别,对所在场地地形地貌进行了认真分析,对周边已建成的密集小区排水系统及使用状态深入调查,同时邀请当地设计专家反复论证,经多次与图审专家探讨交流,终于对抗浮水位进行了合理修正。目前使用情况良好。

3.3 南京某小区社区中心,主体五层框架结构,突出主体外轮廓部分有一个较大面积的下沉式广场(图2)。按照常规的方法进行地下室抗浮设计,抗浮可满足要求,不做处理。

设计分析:此工程的抗浮满足要求,是以下沉式广场中设置较多数量的积水坑为前提条件的,相当于将下沉式广场作为较大的排水场地,矛盾的是建筑功能要求此下沉式广场是作为农贸市场的主要出入口,应满足干燥环境要求。综合考虑积水坑将长期处于工作状态,还将带来建筑全周期范围内的附加经济投入。经过多轮分析比较,抗浮设计选用了打抗拔桩的设计方案。

3.4 苏南地区的某别墅群,座落于山区坡地,各独立别墅阵列布置,由一个连续几跨机动车库连接成一个体量较大的地下室。但各户设计有下沉式的院落,并配设直排水通道,地下机动车库有抗浮设计要求。

设计考虑:下沉式院落可以认为是个较大的地下水排泄通道,抗浮水位可以大胆地取用院落地面数值,解决抗浮问题的关健点是怎样使机动车库下部的地下水顺畅地排泄至下沉式庭院的积水坑内。通过土层的排泄能力分析,在机动车库的下部设计了疏水层,确保有抗浮要求的机动车库下部的地下水通过疏水层排至下沉式庭院的积水坑内,不再做任何的抗浮设计处理。

3.5 南京某一大型居住区,组团占地面积较大,各建筑单体之间均设置机动车库,由于上部覆土较为深厚,抗浮设计可以满足。

设计针对此小区占地面积大、部分地库距市政道路距离较远的特点加以分析:除了地下水以外,大部分的表层水渗水后,易形成“窝水”现象,这部分“窝水”的排泄不畅,实际上是提高了理论上的抗浮水位,这是本工程抗浮设计一个不可忽略的因素。因此采取分块设计方法,对于离市政道路较近的单体不采取抗浮措施,仅靠覆土自重来满足抗浮要求;而那些距离市政道路较远的单体,则采取抗拔锚杆等抗浮措施分别对待。

4 结语

地下室抗浮水位既取决于工程项目拟建场地的水文条件,又受制于不同项目的具体功能要求,多种因素并存。相同的个案工程,场地条件不同,相同的场地条件,个案工程建筑功能要求不同,抗浮设计结构方案不尽一致,以致对工程造价及施工工期产生至关重要的影响。设计人员应在调查研究、具体分析的前提下,借鉴以往的工程经验,正确判别和选取与所设计工程相对应的“抗浮水位”,真正做到地下室设计的安全可靠与经济合理。

摘要：“抗浮设计”是地下室设计的一个重要部分,“抗浮水位”受多种因素的制约。通过工程设计实例,介绍了地下室设计过程中的“抗浮水位”分析及取用过程,为正确判别和选取合理的“抗浮水位”提供借鉴,达到地下室设计安全可靠、经济合理的预期目标。

关键词：抗浮设计,抗浮水位,地下水排泄条件,抗拔桩,疏水层

参考文献

[1]JGJ72-2004,高层建筑岩土工程勘察规程[S].

[2]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

抗浮方法 篇5

某项目建设工程场地位于福建省莆田市, 为坡地建筑, 总体呈现西北角高东南角低的地势。场地设计整平高程为17.00~27.10m, 场地最高点在地下室西北角, 最低点在地下室东南角, 场地南侧有地势更低的市政管网和溪河, 西北角到东南角的高差约为10.1m。该工程上部建筑为33层住宅楼, 设有二层整体地下室 (局部为单层地下室) , 地下室总建筑面积约为8万m2, 地下室南北向总称约215m, 东西向总长约为263m。地下室层高均为3.6m, 地下室的景观覆土厚度为1.2~1.4m。地下室平面示意图如图1所示。

根据该项目的地勘报告, 场地内的土层分布主要为杂填土、粉质黏土、残积土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中 (微) 风化花岗岩。地下室底板底的土层主要为粉质粘土和残积土, 该土层含少量孔隙潜水, 为相对隔水层, 透水性弱。经过专家论证, 地勘报告关于地下室抗浮水位的描述为:“A区地下室抗浮设计标高22.50m, B区地下室抗浮设计标高17.50m, C区地下室抗浮设计标高16.50m。为保证地下室周边地下水径流通畅, 建议在结构设计时可沿地下室外墙布设疏水盲沟, 有组织的使地下水向标高较低处排泄, 保证抗浮水位不高于上述要求”。因此该项目决定采用疏水设计方法解决地下室的抗浮问题。

2 地下室抗浮以“抗”为主的传统思路

地下室抗浮以“抗”为主的传统思路为:根据地勘报告描述的抗浮水位, 利用地下室自身的重量和地下室顶板上的覆土重量, 以及上部结构的压重来抵抗水头压力。当压重不足水头压力时, 要采取有效的抗浮措施 (如抗浮锚杆、抗拔桩等) , 会相应增加工程造价和延长建设周期。

该项目大部分为二层地下室, 地下室埋深约为7.6m, 如按地勘报告传统的提法:“室外下0.5m作为抗浮水位”, 考虑到设计整平标高是个变数, 将无法较准确确定用于地下室抗浮设计的水位取值, 也会因为水头压力太大导致严重增加工程的抗浮造价。

3 地下室抗浮以“疏”为主的疏水设计新思路

考虑到该项目场地地势整体由西北角向东南角倾斜, 且地下室方案也是设计成顺着地势降标高的三个台地, 该场地地下室底板底的土层基本上是弱透水层, 而且南面有更低的地势和溪河, 可以将地下水向标高较低处排泄, 综合以上几个特点, 决定采用沿地下室外墙布设排水盲沟, 以满足地勘报告提供的抗浮水位要求。

3.1 疏水设计思路

疏水设计的主要思路为在地下室外墙周圈设置疏水盲沟, 利用重力排水将地下水引至南侧更低地势的市政管网和溪河。具体为在地下室外墙外侧, 标高不高于地勘报告提出的抗浮水位黄海高程处分两路设置疏水盲沟, 分水点位于场地西北角最高点。设置以上疏水通道后, 将地下水降至地勘报告提出的抗浮水位高程以下, 从而减少地下室的抗浮造价。

3.2 疏水计算

该项目地下室层高均为3.6m, 顶板上考虑1.2~1.4m的覆土厚度, 根据地勘报告关于地下室抗浮水位的描述为:“A区地下室抗浮设计标高22.50m, B区地下室抗浮设计标高17.50m, C区地下室抗浮设计标高16.50m”, 因此该项目按各区室外地面标高到各区相应的抗浮水位标高之差的最大值作为抗浮水头进行总涌水量的计算。基坑降水总涌水量按《建筑基坑支护技术规程》附录E公式:

考虑到利用重力排水, 疏水盲沟坡度设为1%~1.5%, 根据上述公式计算出的基坑降水总涌水量Q值, 根据公式Q=A·V, 取非满流状态计算, 并考虑排水管的最大设计充满度因素, 最终得出疏水盲沟内排水管的管径大小。

3.3 疏水措施及构造做法

经计算, 并考虑一定的安全系数, 疏水盲沟中的排水管管径大小为4Φ200, 该项目采用专用软式透水管作为排水管。具体构造作法为:软式透水管用滤水土工布包裹, 埋置于由粒径5~20mm卵石层组成的回填滤料中, 盲沟坡度为1%~1.5%, 滤料外圈也用滤水土工布包裹。滤料层外侧采用粘性土夯填以隔绝地表水。每隔一定水平距离且在外墙疏水盲沟拐角处设置检查井及观测井, 以便后期检查维护。地下室外墙疏水盲沟剖面示意图如图2所示:

3.4 疏水抗浮设计的优点

本工程地下室抗浮设计采用疏水设计方法, 将地室水位降至较低的水位高程, 并设置一定坡度利用重力排水由西北角最高处向东南角最低处将地下水引至更低地势的市政管网和溪河中。该方法后期维护的投入很少, 是一种可行的绿色技术方法。采用了疏水设计方法, 以地勘报告提供的抗浮水位为依据, 经计算, 该项目地下室的重力压重大于水浮力, 无需采取如抗拔桩的抗浮措施, 纯地下室区域底板均采用天然独立基础+防水板的结构形式, 施工工艺简单, 极大缩短了施工工期, 也免除了抗浮措施的工程造价;而且由于水头压力小了很多, 也大大减少了底板的工程造价。该项目地下室抗浮采用疏水设计方法具有极大的经济效益优势和建设工期优势。

4 结束语

结合某拟建工程实例, 针对该工程坡地建筑现有场地情况, 采用疏水设计方法降低抗浮水位, 该方法综合应用了土木工程专业、岩土工程专业、给排水专业的知识范畴, 该技术极大节省地下室抗浮方面的工程造价并缩短了施工工期, 具有良好的经济效益。该方法可为类似工程提供有效的借鉴经验。

摘要：结合某拟建工程实例, 针对该工程坡地建筑现有场地情况, 在该项目的地下室抗浮设计中采用疏水设计方法降低抗浮水位, 以达到降低工程造价并缩短建设工期的目的。该方法可为类似工程提供有效的借鉴经验。

关键词：地下室抗浮设计,疏水设计

参考文献

[1]本书编委会工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[2]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

抗浮方法 篇6

本文结合已设置了抗浮桩的某大型地下车库实例，对其发生的不均匀上浮问题采用有限元分析方法进行分析，并对相应的处理措施以及加固方法进行探讨。

1 抗浮措施介绍

在地下建筑工程中所用的抗浮方法主要包括压重抗浮、抗拔锚桩(锚杆)或盲沟疏水截排等措施。其中，盲沟疏水截排是主动进行抗浮的措施，受到的影响因素较多，在目前的地下建筑工程中应用相对较少。压重抗浮与抗拔锚桩(锚杆)措施都是被动抗浮措施，具有较强的抗力平衡性，在现阶段的地下建筑中认可度较高，使用也较为普遍。

压重抗浮是用具有较大重量的回填层或混凝土在车库的防水板、基础底板、地下车库的顶板或楼板上设置，使结构的重量大幅度增加，保证工程结构平衡浮力的实现，是在现阶段地下工程中抗浮的最优选择。在这一方法中，虽然每增设1m厚的混凝土，可以对2.2m的水浮力进行抵挡，但是由于回填层的增设，会使工程的埋深相应增加，导致工程受到的浮力变大，因此，如果对地下工程作用的水浮力较大，这一措施往往缺乏经济性，此时用抗浮锚杆或抗浮桩更为合适。

抗浮桩可以利用自身所受阻力与自重对水浮力加以抵抗，通常具有较大的直径，并且常和柱子连在一起，对底板的厚度要求较高，所以在使用时常和工程的桩基结合在一起，在目前的地下工程建设中使用的较为广泛。

2 工程概况

在某市市区中心一大型地下车库建设工程中，地下车库采用的结构形式是框架-剪力墙形式，同时采用桩筏基础作为整个车库的基础类型，顶板为0.18m厚，并且在顶板上进行了0.4m的覆土处理，底板为0.4m厚;采用的是长度为25m，直径为0.4m的预应力混凝土管桩;这一地下车库总的建筑面积是5700m2，在进行施工过程中，在横向与纵向上分别设置了三条、一条后浇带。在车库的南北方向上，分别是14层和16层建筑底板相互连接。

图1为这一地下车库整体的剖面图。

3 工程上浮事故

该工程进行了开工沉桩、土方开挖、围护结构的搅拌桩施工、轻型井点的降水处理和底板浇筑混凝土等过程。在该地区一次持续暴雨中，该地下车库出现了上拱问题，工作人员立刻展开了现场相关测量，发现在拱起段中，5轴上的M至N轴最为严重，拱起高度达到了0.41m。工作人员通过有限元分析，采取了相应的应急措施加以处理，使地下车库高度很快恢复为设计中的标高。

4 构建该地下车库的整体模型

为了对该地下车库发生的上浮事故准确把握，对事故造成的构件损坏及结构变形情况进行深入了解，并对正常使用过程中结构的安全状况进行评估和预测，利用MIDAS/GTS软件对结构进行有限元分析，首先利用软件构建该车库的仿真三维模型，之后再展开有限元分析。

4.1 材料参数

4.1.1 桩参数

利用该软件对抗浮桩进行桩单元模拟，根据嵌入式的梁单元模式构建桩单元，在此过程中对桩及周围土层之间的连接与摩擦进行充分考虑，并保持桩单元和梁单元具有相同的截面特性输入。

在模型中，对桩接触特性进行科学合理的参数设置：用最终剪力对桩与土层间的摩擦力最大值进行限定，根据现场土质情况进行比贯入阻力的确定。设置的剪切刚度模量是面上在切线方向的刚度系数值，这一取值由土层的弹性模量进行加权平均取值，法向刚度模量是面外的竖直方向上刚度系统的取值。

4.1.2 土层参数

对土层参数进行确定时，采用的是实体单元土层，利用的是莫尔-库伦这一模型。通过对现场进行勘察后形成的地质报告可知，土体压缩模量是应力和总应变二者的比值，弹性模量应是应力和弹性应变二者之间的比值，故而弹性模量应比压缩模量为大。在构建整体模型时，所需的土体粘聚力、土层的容量和摩擦角等以地质报告中的相关数值为准。

4.1.3 其他相关参数

对于该车库的柱和梁而言，都可以用梁单元进行模拟，对于混凝土的顶板、剪力墙和底板可用非线性的板单元加以模拟，而材料的重力密度、泊松比与弹性模量都以实际为准。

4.2 约束条件的确定

对于该车库的边界而言，在整体模型中，和车库连接的高层地下室也是模型的一部分，因为在车室上有楼层的压盖作用，使之不易出现上浮问题，所以可以在车库的顶板相应节点上竖直的加以约束，在整体模型中，对于车库的外墙和土层之间进行连接点的确定时，要以同一位置中共用的节点为准。

出于基础影响范围的考虑，在对土体边界进行确定时，从建筑的四周在水平方向上将土体边界向外扩20m左右，在竖直方向上将土体的厚度取值为45m。对土体边界进行模拟时，要用该软件的“地面支承”模块进行边界的模拟。

通过分析，对该地下车库构建的整体模型如图2和图3所示。

1.高层地下室;2.地下车库范围

5 对该工程的不均匀上浮进行计算分析

5.1 产生的变形及位移情况

利用模型对地下车库发生的变形和位移进行计算，发现施工过程中，在水浮力较大时，该工程的顶板与基础底板出现了明显的上拱现象，在竖直方向上发生了最大的位移变化，为391.6mm，造成的这一位移和现场发生上浮事故时产生的竖向位移相近，在Y与X方向上发生的位移较小。

5.2 结构受力及产生的破坏

5.2.1 抗浮桩

对于抗浮桩受到的应力和破坏情况进行分析，发现其承受的拉力最大时已经达到了1239 kN，而其最大承受值为650kN，远超过了其承受范围。因此，在上浮事故中抗浮桩受到了严重破坏，破坏率高达73.6%之多。

5.2.2 构件受到的应力和造成的破坏

为了对结构受到的破坏进行准确而详尽的掌握，对其受力情况进行真实的模拟，在计算模型中对于已经被破坏的抗浮桩加以钝化，在后期计算中不再涉及，以便对于相关构件受到的应力和破坏情况进行准确分析。

在此过程中，分别对地下车库的顶板、底板和车库梁展开抗弯承载力的验算，对这三种结构中不满足承载力需求的地方加以查处和分析，发现在板、梁和柱的内力分布中，在车库中央受到的应力最小，越靠近车库边缘，构件所受到应力就越大。

6 处理措施

在对地下车库的不均匀上浮进行处理时，主要有应急处理和加固处理两阶段的处理方法。在应急处理时，一般会在车库的底板上，在横、纵方向上适当位置设置若干引流孔，将地下水及时排出，使水的压力有效降低，同时，还要对周围的搅拌围护桩进行破除，使水压得到有效的倾斜途径。

在进行加固处理时，要对加固目的予以明确，即是为了避免地下车库在后期再次发生上浮事故，给地下结构的正常使用和安全性提供保障，所以加固处理具有永久性。

在加固时，首先要确定合理的加固方案，同时要按照一定的顺序进行加固，具体处理过程如下：进行引流降水、对地下车库的底板利用混凝土进行压重处理、对墙、板、梁、柱和楼梯之间的裂缝进行修补与加强、在顶板进行防水处理，进行覆土、用双液注浆将底板空隙加以填充、对周边进行回填并夯实等。

参考文献

[1]韩兵康^,徐赞云^,张竹庭.某地下车库不均匀上浮事故有限元分析[J].结构工程师^,2008^,25(6)^:57-62.

[2]韩兵康,张竹庭.设抗浮桩的大型地下车库不均匀上浮有限元分析及处理[J].工业建筑,2011,36(S1):441-445.

[3]杨淑娟,张同波,等.地下室抗浮问题分析及处理措施研究[A].建筑技术,2012,43(12):1067-1070.

[4]刘文,尤天直,张涛.大型地下停车库的抗浮设计[A].建筑结构,2011,18(S1):1326-1330.

从抗浮锚杆看抗浮设计方案 篇7

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.

地下空间抗浮设计 篇8

1 存在的问题

地下建筑的层数一般不高, 但是建筑面积非常大, 导致地下室处在地下水的浮力作用下, 不能用自身重量来平衡这种浮力, 导致地下建筑的顶板受到巨大力的作用, 对于层数在3层以下或底板埋深>7m的地下室来说, 永久抗浮安全度往往不够, 导致地下室整体或局部上浮的工程事故时有发生, 给国家和人民带来了极大的损失, 随着地下空间的逐步利用, 人们总结了出现这种问题的原因:

1) 没有考虑到地下水浮力的作用或没有对水浮力作用机理有足够的认识, 导致在建设地下工程时没有做抗浮验算;

2) 没有做好施工现场的地下水勘察工作, 导致抗浮设计中地下水水位的取值不当, 没有考虑到极端天气下出现的最高水位;

3) 设计人员忽视了抗浮计算中的一些因素, 导致抗浮措施不当;

4) 施工单位在地下工程建设过程中对于抗浮措施没有引起足够的重视。

2 地下工程抗浮措施的选择

下水浮力的作用机理, 可以采取配重法来平衡水浮力, 这种方法简单有效, 主要可以通过增加自身的重量来抵御水的浮力;工程上也采用设置抗浮桩的方法解决抗浮问题, 其原理和配重法一样, 只不过设置抗浮桩是利用桩侧面和土体的阻力来平衡浮力的。

对于配重法, 适用范围广, 可以将增加的重量设置在底板上, 通过抗浮计算得到需要配置的重量, 然后再底板上设置回填层, 用土、砂、石等密度大的材料进行回填, 利用回填物的重量来增加地下工程的总体重量, 达到抗浮的目的。有时可以利用底板外挑部分回填一部分配重, 达到增加自身重量的目的;对于底板为板柱或梁板结构, 可以利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填土, 这种方法可以解决地下工程抗浮问题, 还可以作为底板的防水处理。综上, 配重法作为一种简单可行的方法, 不受地理条件、施工环境的影响, 不但可以降低造价, 还可以解决抗浮问题, 常常作为基本方法予以采用。

采用抗浮桩进行抗浮设计, 主要是利用抗浮桩侧面与土体的摩擦来抵消地下水浮力的, 抗浮桩的效果与桩长、桩径、桩型以及周围的地质条件都有很大的关系, 因为制造抗浮桩的造价高, 所以一般使用在柱、墙下等抗浮面积较大、受环境条件、施工条件影响大的地方。

抗浮锚杆是利用锚杆与砂浆组成一个锚固体, 保证锚固体和岩土层的结合力, 可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮锚杆具有造价低、施工方便、受力合理等优点, 广泛的用于地下空间抗浮施工。在实际施工中, 施工人员要根据地下工程的结构形式、地质条件、浮力大小、施工条件和工期要求等因素确定采用何种抗浮措施。

3 地下工程的抗浮设计

3.1 设计流程

对于地下工程抗浮设计总原则, 应该满足下式要求:

式中:W为地下建筑自重及其上作用的永久荷载标准值的总和;

F为地下水浮力。

当地下建筑自重及地面上作用永久荷载标准值的总和不满足 (1) 式要求时, 应进行地下建筑抗浮设计。

在具体设计时当建筑物的地面上结构外边线与地下建筑外边线基本重叠时, 地下建筑的抗浮设计按以下原则进行:

1) 当结构重量大于地下水的浮力且满足 (1) 式时, 不必考虑地下水对地下建筑整体浮力作用, 但应在设计中提出施工中必须采取隔水或降水措施降低地下水位;

2) 当结构重量小于地下水浮力时, 地下建筑肯定要设置永久性抗浮构件或采取其他有效措施以平衡地下水对整体结构的浮力;

3) 上述两种情况还必须考虑地下水浮力对地下建筑底板的反向作用, 保证地下建筑底板构件在地下水反向作用下应具有足够的强度和刚度, 并满足构件的上拱抗裂要求。

3.2 水浮力计算

一般情况下, 水浮力可以由岩土工程勘察报告提供的用于计算地下水浮力的设计水位, 根据阿基米德定律依照公式:

其中, V0为水浮力;F3为地下建筑重力;F4为覆土重力;A为承重地下水浮力作用的竖向受力单元的地下室柱网面积;F1为桩柱重力;F2为承台重力;F5为±0.000以上主体垂直荷载。

若计算结果v>0, 则应采取抗浮措施。在浮力计算过程中要注意:当地下建筑面积与上部主体结构面积相同时, 可简单比较地下建筑水浮力与建筑总荷载的关系, 来判断是否可能发生上浮;当地下建筑面积大于上不主体建筑±0.000层面积时, 或按裙房楼层比较浮力与建筑总荷载, 浮力大于建筑总荷载时, 应以竖向受力构件为单元分析浮力的平衡状态。

3.3 抗浮设计

当计算所得的浮力V>0时, 应采取抗浮措施, 在选择抗浮措施时, 要做到经济合理, 首先要分析工程地质和水文地质条件, 并分别区别施工阶段和竣工后使用阶段的不同情况。

1) 施工阶段的抗浮措施。地下建筑物若处于透水系数比较大的粉质粘土、粉土、砂土中, 由于正值施工期间, 地下建筑的顶板和覆土尚未完成, 此时底板和外墙已施工完成。在地下水的作用下, 形成了水浮力, 当浮力不大时, 可以利用排水明沟、集水井进行排水, 以减少水浮力;当土质的渗透系数大, 应在地下建筑底板中设置后浇带, 利用板下的垫石作为倒滤层, 排除水后, 直到地下建筑底板的水排干净后, 浇筑后浇带的混凝土;

2) 永久性抗浮措施。在上面提到利用配重法、抗浮桩法、抗浮锚杆等来平衡地下水浮力, 工程中常用的永久性抗浮措施:抗浮锚杆, 由于粘质粉土、硬塑状粘土或风化基岩适宜钻孔注浆, 若地下建筑底板下是这些土层, 可以利用注浆锚杆法。抗浮锚杆具有良好的底层适应性, 易于施工, 锚杆布置非常灵活, 锚固效率高。由于其单向受力特点, 抗拔力及预应力易于控制, 有利于建筑构件的应力与变形协调, 降低结构造价, 在许多条件下, 优于配重法和抗浮桩法。

4 地下建筑上浮后处理措施

当发生地下建筑上浮后, 应尽快采取措施增加配重和降低地下水水位, 以减小水浮力, 再检查地下建筑上浮是否造成建筑结构的破坏, 破坏过程是否可以修复。常用的几种地下建筑上浮处理方法:1) 加载。设法迅速增加地下建筑的重量, 以克服水浮力及地下建筑侧墙与土体之间的摩擦力, 使卡在土层中的地下建筑沉回原位;2) 抽水。可以在现场重新启动原有的抽水井或另行打设抽水井以降低水压;3) 解压。在地下室底板上钻孔, 以宣泄地下水, 此外如果地下建筑外侧有足够的场地, 可以考虑将周边塌方部分挖除, 可以使地下建筑较易于下沉。

5 结论

地下室的抗浮设计是结构设计中的一个重要组成部分。设计人员应根据地下工程具体情况进行认真分析, 正确计算水浮力与抗浮力, 处理好工程整体抗浮与局部抗浮的关系, 选择合理的抗浮措施, 既保证地下工程的安全, 又节省投资。

摘要：近年来, 随着城市建设的高速发展, 地下空间的开发利用成为发展的必然趋势, 地下建筑物越来越多, 其抗浮问题也日益突出。本文讨论了水浮力以及工程抗浮力的计算问题, 分析了地下空间的抗浮设计要点。

关键词：地下空间,抗浮设计,水浮力,抗浮锚杆

参考文献

[1]裴豪杰.地下结构的抗浮设计探讨, 2004.

[2]刘开发.地下结构抗浮设计讨论, 2010.