对抗浮锚杆设计

对抗浮锚杆设计（精选6篇）

对抗浮锚杆设计 篇1

1 抗浮锚杆的设计研究

1.1 适用的规范

抗浮锚杆设计没有具体规范条文,只能参考GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》以及GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》中有关锚杆的内容,锚杆的承载力特征值应通过现场实验来确定,同时可以参考其中有关锚杆的具体构造做法。

1.2 抗浮锚杆的验算

抗浮锚杆设计时,需要验算以下内容:

1)杆体钢筋的截面面积;

2)锚杆与岩土体间的锚固长度;

3)锚固的注浆体与锚杆杆体钢筋之间的锚固长度;

4)土体的强度值。

1.3 锚杆的布设方式

1)集中点状布置,通常布置在柱子的底面。

优点:可以平衡掉一部分地下水浮力;地下室底板的防水工作容易进行;而且当某一个锚杆承载力不足时,可由周围的锚杆共同承受上部结构传来的作用力。

缺点:不适合软土和软岩体,在大多数的因水浮力发生的事故中,经常都是锚固端岩体发生破坏;由于锚杆的布置比较密集,施工不是很方便。

2)集中线状布置,一般是布在地下室的底板梁下。优缺点和集中点状布置类似。

3)面状均匀布置,均匀地布在建构筑的地下室底板。

优点:可以用在所有的层土体中。

缺点:此种布设方法不能平衡一部分地下水浮力,而且当个别锚杆不能达到对承载力要求时,容易发生破坏;同时,底板外防水的施工也比较困难。

1.4 抗浮锚杆的设计要点

1)由于群锚效应,在布设锚杆时,间距应当稍微疏散,锚杆的间距一般不低于1.5 m:因为在设计时地下水浮力需要低于锚杆挂重的大小,所以锚杆的长度宜适中,锚杆长度需考虑当地土质条件以及荷载条件。L Hobest和Zajic(1983)等归纳了3种不同岩体内的埋置深度,如表1。

2)不考虑抗浮锚杆锚固注浆体与其之间的粘结强度的情况:锚杆所处的土层是淤泥或者为淤泥质土。因为在荷载作用下,该土层会产生较大的蠕变,降低了抗浮锚杆锚固体与岩土层之间的侧摩擦力,不能满足设计所要求的承载力的要求。

3)锚杆长度的计算主要跟锚杆锚固注浆体与岩土层之间的抗剪强度有关。同时,计算结果还要考虑长度对抗剪强度的影响,根据有关资料和规范,剪应力在锚杆锚固注浆体与岩土层界面上是不均匀分布,通常与锚固段长度成反比。

4)在规范中,二次注浆会使锚杆锚固注浆体与岩土层之间的抗剪强度提高50%。

1.5 抗浮锚杆设计的方法

工程概况如下。

1)拟建一框剪结构的地下车库,该车库的面积约为2 000 m2,独立基础,密实的卵石层作为基础的持力层,基础埋深在约-17 m处,如表2。

2)地层土质分布情况及水文地质条件。表层土为第四系人工填土、其下土层为冲洪积层。

3)地下水。根据该区域的地质水文资料,在一般年份中,场地平均最高水位为4 m,标高大概是208.76 m。环境类别为II类。场地所在区域的地下水是第四纪基岩裂隙水以及孔隙潜水,孔隙潜水分布在砂卵石层中的地下水。场地地下水的水位随季节变化而变化,年均变化幅度在2 m左右,该地区中卵石层的渗透系数K值大约为15 m/d。基岩裂隙水主要是分布于泥岩中,同时具一定的承压性。该工程的抗浮水位标高为208.76 m。

4)抗浮锚杆的具体布设方案。锚杆的单根承载力标准值≥250 kN;由于群锚效应锚杆需要有一定的间距,所以布设方式按2 000 mm×2 000 mm正方形布设,采用M30的水泥砂浆注浆。岩土体与锚固注浆体的粘结强度特征值见表3。

k Pa

5)锚杆钢筋与锚固砂浆的锚固长度的验算。

6)抗浮锚杆承载力特征值估算。

1.6 抗浮锚杆检测

JGJ72-2004《高层建筑岩土工程勘察规程》规定:在进行抗浮锚杆抗拔载荷实验时,由业主、施工、监理、设计及地勘单位共同确定试验点的位置。在锚杆锚固段砂浆强度达到其设计强度的75%时进行抗拔试验。抗浮锚杆的数量应该占抗浮锚杆总数量的5%及以上,取锚杆数量为118根。

1.7 抗浮锚杆的施工

1)施工条件:(1)审核图纸,保证标高、桩位及尺寸的准确性;(2)合理布置现场,必须满足施工的需要;(3)核查施工所需要的材料,并检测材料的性能指标,使其达到了设计的要求,符合国家标准,行业规范的要求。

2)施工准备:(1)根据图纸布设锚杆,对锚杆进行编号;(2)根据图纸场地测量放线,标写编号及方格网;(3)根据选定的锚杆进行钻机定位。

3)施工方法:本工程中采用ZSY50全液压锚固钻机来进行锚孔的施工,成孔后在孔中布设3根直径25的HRB335级螺纹钢筋作为抗拉杆件,将M30的水泥砂浆加入一定量的碎石进行压浆固结,形成直径150 m的抗浮锚杆,通过岩土层间和锚杆锚固段注浆体之间的粘结摩阻力来抵抗地下水对地下室底板所产生的水浮力作用。根据本工程所处场地的水文地质情况,把5.3 m长的锚杆全部伸入到泥岩层内,锚固体的直径为150 m.

4)施工工艺:施工前应确保抗浮锚杆的杆体的完好无损,并应做好锚杆杆体的防腐蚀工作;对锚杆进行的基本试验以及验收结果等应符合相关的行业规范的质量要求;必须按照有关的规范或规程来进行施工,严厉禁止违规操作,以免发生责任事故。施工工艺流程见图1。

5)施工时需要注意的问题。

(1)锚杆要对中插入到锚杆孔,不可以使锚杆杆体偏离一侧,才能使锚杆杆体周围的保护层厚度保持均匀。

(2)锚杆的长度是指锚杆锚固段的长度加上伸入地下室底板的长度。

(3)在给锚杆锚固段进行注浆工作时,砂浆在配制的过程中,一般情况下可加入一定量的膨胀剂,使砂浆具有一定的膨胀性,标号一般不低于M10。在进行注浆工作之前,要仔细清理锚杆孔,必须确保孔内没有土石残渣,之后才可以进行注浆工作。当孔内有大量的气孔时,要在注浆时排气,这样才可以保证锚杆的锚固性能。

(4)锚杆杆体内的钢筋要连接地下室底板的网盘,灌注底板之前要清洗岩面,要采用高等级且具有防渗功能的混凝土灌注,保证岩体与地下室间不会形成水膜界面。

(5)在施工前,进行抗浮锚杆的原位抗拔承载力实验。

6)施工技术要求。

(1)测量放孔:根据本工程的设计方案,对锚杆的位置进行实地测放。

(2)成孔:钻孔采用ZSY50全液压锚固钻机。钻孔时要注意对准锚杆杆体的孔位,保持钻出的锚孔垂直,钻孔的深度要满足有关的技术要求。锚杆成孔质量必须满足GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》中的标准,表4是执行过程中的允许偏差。

(3)压力注浆:浆液的水灰比在0.5∶1左右,采用Po42.SR级水泥,注浆的压力大约在1.0 MPa左右,在砂浆溢出钻孔的孔口之后,再将注浆管缓慢地抽出起来,接着进行补浆,直到钻孔的孔口浆体处于饱满状态为止。

注浆的质量标准必须满足GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》有关规定的要求,表5是执行过程中的允许偏差。

(4)锚孔内的点需焊成束钢筋放置,同时回填碎石:在钻孔成型后,需要进行清孔工作,完成后将点焊成束的钢筋插入孔中,误差与设计的深度相比保持误差在10 cm之内,钢筋束的上部预留出大约1 m的长度,最后进行碎石的回填。

(5)锚杆杆体钢筋的连接可以采用采用闪光对焊或机械连接,焊接完成的钢筋的抗拉强度必须满足被连接钢筋抗拉强度的标准值的要求。

(6)抗拔试验:抗拔试验需要由有资质的第三方单位进行操作。

(7)防地下水腐蚀的措施:抗浮锚杆杆体钢筋在进行安装之前需要对表面进行处理,保持钢筋的表面清洁净干燥,安装时应按照规律平行排列,在杆体钢筋安装之前,要采取措施防止杆体钢筋产生腐化。

2 小结

本文主要通过工程实例的方式简要地介绍抗浮锚杆的设计方法和步骤、施工工艺以及一些其他的技术要求。

参考文献

[1]胡安兵.地下室上浮事故处理及加固[J].城市建设理论研究,2011,1(23):21-24.

[2]徐春国.地下室上浮开裂事故的鉴定与加固处理[J].建筑结构,2002,32(11):55-57.

[3]丁以喜,汪少锋.全埋式钢筋混凝土贮水池上浮事故的分析及处理[J].施工技术,2005,35(S1):334-336.

[4]王贵生.一项大型水池工程上浮事故的处理[J].特种结构,1998,15(2):15-17.

从抗浮锚杆看抗浮设计方案 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.

关于地下室抗浮锚杆的设计研究 篇3

在城镇化建设进程中, 建筑的体量和规模越来越大, 地下室结构应用也越来越多, 由于地下水浮力作用造成地下室整体或局部的拱变形产生裂缝导致严重漏水。一般采取降低地下水位、增加结构自重和回填土的深度、增设抗浮桩 (锚杆) 等一种或几种的组合的方法。不同阶段的工程实践表明:合理采用抗浮锚杆来保证地下室的抗浮措施, 可以节约材料, 缩短施工工期, 有效控制工程造价, 具有明显的推广优越性。

2 抗浮锚杆的设计方法

2.1 常规设计法

常规锚杆设计方法是将地下水浮力作为可变荷载施加于地下室底板底面, 将地下室自重作为永久荷载, 于是抗浮锚杆所受荷载的设计值按最不利荷载的组合确定为:

则单根锚杆的轴向拉力设计值Nt为:

式中:qwk为水浮力标准值;Gk为结构及覆土自重标准值之和;γQ为可变荷载分项系数;γG为永久荷载分项系数;Sx、S分别为锚杆的纵向和横向间距;S为底板标准柱跨的面积。

常规设计方法的基本流程是将水浮力减去结构自重计算出单位面积上锚杆需承担的力, 在假设锚杆受力均匀且满足规范最小间距的前提下确定锚杆横向及纵向布置间距, 根据布置间距按式 (2) 计算出单根锚杆的轴向拉力, 最后根据《岩土锚杆 (索) 技术规程》 (CECS22∶2005) 验算抗浮锚杆杆体截面积和锚固段长度。该方法假定各锚杆受力均匀, 而在实际工程中底板变形往往较为复杂, 导致锚杆实际受力是不均匀的, 故常规设计方法可能造成结构和底板局部抗浮承载能力不足或锚杆布置浪费。

2.2 整体有限元计算法

整体有限元计算法首先通过理论和试验研究确定锚杆的线刚度和等效长度, 在有限元模型中将锚杆体设为拉压杆单元, 即两端点为铰接点的杆单元, 只承受轴向拉压作用。该单元上部与底板结构相连, 下部与地基相连。但是, 该方法需要建立结构的整体有限元计算模型, 且计算中模型收敛性较差, 设计过程复杂繁琐, 难以在工程中普遍推广。

该方法中锚杆线刚度由下式求得:

式中:li为锚杆存在轴力范围内第i层土的厚度;qi为单位长度内第i层土对锚杆的侧摩阻力;F0为锚杆顶端的轴拉力;n为锚杆存在轴力范围内土层数;E为锚杆杆体的弹性模量;A为锚杆横截面积。

2.3 底板变形修正法

有限元计算结果显示, 底板变形较大部位的锚杆所受拉力较大, 因而底板变形能在一定程度上表征锚杆拉力的大小, 故可采用该锚杆处底板变形和整体底板变形的平均值之比, 来修正锚杆的实际拉力。在实际工程中, 锚杆距离中心越远, 其所受的拉力越大, 这是因为远离柱墩处底板受上部荷载的影响较小, 而致水浮力作用下的底板向上变形大于柱墩附近底板, 从而使得该处锚杆的拉力较大。此外, 锚杆拉力还与锚杆锚固长度、岩土层基床系数以及锚固体本身的刚度有关, 所以可引入变形修正因子θ对式 (2) 中单根锚杆的轴向拉力设计值Nt进行修正, 即:

式中:si为第i根锚杆布置处底板在水浮力作用下的变形值, 且取底板向上变形为正, 可通过底板的挠度计算取得;α为第i根锚杆的作用影响面积;n为锚杆总数。

由公式 (4) 、 (5) 可知, 底板变形较大部位的锚杆受力较大, 这和工程实际结果相符, 由此布置锚杆可使得锚杆受力更为准确, 并可充分利用锚杆的抗拉强度。底板变形修正法在常规设计法的基础上考虑了底板变形对锚杆拉力的修正, 在保证锚杆受力准确的同时又较整体有限元计算法有更好的可操作性。

3 实例分析地下室抗浮锚杆设计

地下室抗浮验算:

本工程地下室为1层钢筋混凝土框架结构, 柱网尺寸主要为7m×8.4m, 柱截面尺寸为500mm×500mm。地下室顶板主梁截面400mm×1000mm, 次梁350mm×800mm;地下室基础梁截面尺寸为400mm×1400mm, 基础承台截面尺寸为2400mm×2400mm×600mm, 基础承台下设置4准150mm抗浮锚杆, 锚杆入岩深度约为6.0m, 单根锚杆的抗拔承载力设计值为350k N;地下室底板结构与承台间依靠1220柱钢筋连接。地下室底板及顶板结构平面图见图1。

3.1 水浮力计算

单柱受荷面积A=8.4×7.0=58.8m2;

水浮力总值F=f A=63×58.8=3704k N。

3.2 锚杆抗拔承载力复核

3.2.1 锚杆抗拔摩擦力特征值

根据地勘报告可知, 岩石抗拔系数λ=0.8, 岩石与锚固体的粘结强度特征值中风化粉砂岩frd=180k Pa, 锚杆有效长度为6.0m, 抗浮锚杆的抗拔承载力特征值根据《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2011) [1]8.6.3公式:Rt≤Σ0.8πd1×l×frd得单根锚杆抗拔摩擦力特征值为406k N, 则4根锚杆总抗拔摩擦力特征值为1624k N。

3.2.2 锚杆钢筋抗拉力设计值

锚杆采用钢筋的抗拉强度标准值为fyk=400MPa, 总截面积为1846mm2;锚杆的抗拉力标准值为738k N;根据《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010) [2]规范公式, 锚杆钢筋抗拉力特征值为332k N (按最大裂缝控制宽度0.2mm计算) ;每个承台设有4根锚杆, 其总抗拉力特征值为1328k N。

3.2.3 锚杆钢筋锚固长度

锚杆锚入承台混凝土的为28钢筋, 钢筋抗拉强度fy=360MPa, 承台混凝土强度设计等级为C35, 锚固长度需要630mm, 大于承台高度600mm, 考虑钢筋在承台顶部的机械弯折, 可满足锚固要求。

3.3 短柱抗拉承载力验算

3.3.1 柱钢筋抗拉特征值计算

短柱的截面尺寸为500mm×500mm, 配置1220钢筋, 钢筋抗拉强度标准值为fyk=400MPa, 总截面积为3768mm2;12根钢筋的抗拉力标准值为1507k N;根据《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010) , 柱12根钢筋抗拉力特征值为652k N (按最大裂缝控制宽度0.2mm计算) 。

3.3.2 柱钢筋锚固长度

柱钢筋锚入承台混凝土的为20钢筋, 钢筋抗拉强度fy=360MPa, 承台混凝土强度设计等级为C35, 锚固长度需要450mm小于承台高度600mm, 满足要求。

3.4 基础承台承载力复核

承台的厚度按实测取590mm, 钢筋保护层厚度取130mm, 承台面钢筋取14@167 (922mm2/m) , 承台混凝土抗压强度采用C35;柱所受的拉力采用钢筋抗拉力标准值为1507k N, 柱边截面的弯矩为88k N·m。根据计算可知承台顶部钢筋需要面积为600mm2/m, 小于922mm2/m, 配筋满足要求。此时承台顶部的应力为0.6MPa, 小于C35混凝土的抗拉强度标准值ftk=2.20MPa;承台抗弯承载力满足《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010) 的要求。

3.5 地下室结构自重及抗浮计算

在施工工况下 (顶板无覆土) 结构自重G1=1447k N;在正常使用工况下结构自重G2=2903k N, 短柱抗拔承载力标准值小于锚杆抗拔力标准值, 起主控作用, 则G总=2903+1298=4201k N, G总/F=4201/3704=1.13>1.05, 故地下室抗浮设计满足要求。但在正常使用的工况下, 即地下室底板建筑做法及顶板覆土完成后, 当室外地下水位达到抗浮水位设计值时, 短柱受到拉力为3704-2903=801k N, 大于柱钢筋的抗拉承载力特征值652k N, 地下室短柱裂缝宽度将大于0.2mm, 混凝土耐久性将不能满足规范要求。

4 设计注意事项

由于锚杆刚度、基础底板刚度、上部柱传来的竖向集中力大小等因素将造成锚杆和基础底板受力结果与按静力平衡估算的受力结果有较大差异, 因此, 为了使设计安全合理, 本工程只去掉独立基础范围内的锚杆, 这样的做法使得锚杆的数量比集中布置方式增加了15.6m。但是底板配筋计算时:柱、锚杆模拟为支座, 按柱网2.0m×2.1m的无梁楼盖计算, 板厚300, 配筋均为构造配筋。因此, 虽然均匀布置于底板下的设计方式锚杆总数目大于集中布置于柱下的设计方式, 但是减少了底板厚度、配筋, 以及减少了土方的开挖外运, 综合计算, 工程总造价得到优化。

底板的变形是否小于锚杆的极限位移, 从而使得锚杆不会发生个别破坏进而引起全部破坏的情况。本工程岩石锚杆承载力特征值为180k N, 锚杆承载力极限值为360k N, 根据本工程岩石锚杆抗拉拔检测报告, 岩石锚杆在达到180k N抗拔承载力特征值时, 位移为2.2~3.5mm, 岩石锚杆在达到360k N抗拔承载力极限值时, 位移为3.3~4.7mm。运用MADIS/GEN软件对地下室底板进行有限元分析, 抗浮锚杆均布于地下室底板下的抗浮设计方案中地下室底板的最大计算变形量2.7mm均小于锚杆达到极限抗拔承载力时的上拔弹性位移量, 从而保证了锚杆在水浮力作用下不失效。

5 结束语

抗浮锚杆能够很好地抵抗浮力, 对控制结构整体或局部上浮、底板变形和开裂都有很好的效果。但是, 由于锚杆、基础与上部结构是相互作用的, 且结构的荷载和变形比较复杂, 对于带有大面积地下室或塔楼偏置的结构, 常用锚杆设计方法所基于的假定与实际情况有较大偏差, 不能反映结构的实际受力和变形情况。因此, 现有均匀布置抗浮锚杆的方式无法有效、经济地设置锚杆。

摘要：随着城镇化的进程, 城市建设用地趋于紧张化。随着地下空间的开发利用及地下水对建筑物的作用, 使得建筑物抗浮问题日益彰显, 尤其是在不同地质条件下的抗浮问题。本文结合实例分析由于地下水浮力作用造成地下室底板局部上浮起拱变形问题, 结合现行规范采用抗浮锚杆进行加固处理, 优化抗浮锚杆设计方案和措施。

关键词：地下室,抗浮锚杆,设计

参考文献

[1]魏坤, 戴西行, 杨勇.地下室抗浮锚杆布置方式设计探讨[J].山西建筑, 2011, 37 (8) :41~43.

[2]徐勇, 张金轮.地下室底板与抗浮锚杆共同作用的优化设计[J].工程与建设, 2015 (2) :245~247.

锚杆在水池抗浮设计中的应用 篇4

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].

对抗浮锚杆设计 篇5

一、所涉及的规范

抗浮锚杆不像抗拔桩, 其设计并无明确的规范条文及论述。目前, 有关锚杆设计和施工的国家、地方或行业标准主要有:《建筑地基基础设计规范 (GB 50007-2002) 》;《建筑边坡工程技术规范 (GB50330-2002) 》;《广东省标准建筑地基基础设计规范》;《建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-99) 及《岩土锚杆 (索) 技术规程 (CECS 22-2005) 》等。这些规范规程对于锚杆设计的要求和规定不完全一致, 并且各有侧重。那么, 这些规范在实际工程设计应用中会产生怎样的差异呢?下面, 我们通过一个实际工程的具体计算来进行比较。

二、工程概况

宁波某安置住宅工程一层地下室, 主要功能为地下车库和设备用房, 标准柱跨为6.7×8.1 m, 层高3.9 m, 基础为柱下独基加防水板。根据勘测报告基础持力层为中等风化凝灰岩, 水头高度5.15 m。按照PKPM计算结果, 纯地下室部分柱下结构自重标准值为2 462 KN, 水浮力标准值为6.7×8.1×10×5.15=2 795 KN。

三、规范的选用及计算比较

1. 抗浮验算

根据《建筑地基基础设计规范》 (GB5007-2011) 第3.0.2条规定, 工程地下室埋深低于地下水位, 设计时应进行地下室抗浮稳定验算。根据《广东省标准建筑地基基础设计规范》 (DBJ15-31-2003) 第5.2.1条规定, 地下室抗浮稳定性验算应满足下式的要求:即W/F≥1.05。

式中:W是地下室自重及其上作用的永久荷载标准值总和 (荷载分项系数为1.0) ;

F是地下水浮力 (标准值, 荷载分项系数为1.0) 。

则抗拔力标准值Nk=1.05F-F=2 686×1.05-2 462=473 KN。一个独基下设4根锚杆, 锚杆间距1.1 m, 单根锚杆抗拔承载力特征值为473/4=118 KN。锚筋采用1Φ28的HRB400钢筋。

2. 按《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2002进行锚杆计算

(1) 锚杆锚固长度的计算

锚杆锚固段长度按下式估算, 并取其中较大者。1) 锚固段注浆体与地层间的长度计算:

式中:Nak为锚杆的轴向拉力标准值, 本工程为118 KN;

ξ1为固体与地层粘结工作条件系数, 永久性锚杆取1.0;

D为锚杆锚固段的钻孔直径, 本工程为0.15 m;

frb为锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值 (KPa) , 勘测报告提供为300 KPa。

2) 锚固段注浆体与锚杆钢筋间的长度计算:

式中γ0为边坡工程重要性系数, 本工程取1.0;

Na为锚杆的轴向拉力设计值Na=γQNak

γQ为荷载分项系数, 可取1.3, 当可变荷载较大时应按现行荷载规范确定;

则本工程Na=1.3×118=154 KN;

d为锚杆钢筋直径 (m) , 取0.028 m;

n为钢筋根数, 取1;

fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值 (KPa) , 按表7.2.4取2 400 KPa;

ξ3为钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数, 对永久锚杆取0.6。

另按《建筑边坡工程技术规范》第7.4.1条规定, 岩石锚杆的锚固段长度不应小于3 m, 故锚固长度最少取3 m。

(2) 锚杆杆体的截面面积计算

式中:γ0为边坡工程重要性系数, 本工程取1.0;

Na为锚杆的轴向拉力设计值, 本工程取154 KN;

ξ2为锚筋抗拉工作条件系数, 对永久锚杆取0.69;

fy为钢筋的抗拉强度设计值, HRB400设计值为360 N/mm2。

3. 按《岩石锚杆 (索) 技术规程 (CECS 22:2005) 》进行锚杆计算

(1) 锚杆锚固长度的计算

锚杆锚固长度按下式估算, 并取其中较大者 (根据CECS:2005第7.5.1条)

式中:K为锚杆锚体的抗拔安全系数, 取本工程取2.2;

Nt为锚杆的轴向拉力设计值 (KN) , 本工程为154KN;

fmg为锚固段注浆体与地层间的粘接强度标准值 (KPa) , 勘探报告提供为300 KPa;

fms为锚固段注浆体与筋体间的粘接强度标准值 (KPa) , 按表7.5.1-3取2.0 MPa;

D为锚杆锚固段的钻孔直径 (m) , 取0.15 m;

D为钢筋的直径 (M) , 本工程为28 mm;

ε为采用2根或2根以上钢筋, 界面的粘结强度降低系数, 本工程为1根, 取1.0;

Ψ为锚固长度对粘结强度的影响系数, 按表7.5.2取1.3;

N为钢筋根数, 本工程取1。

1) 锚固段注浆体与地层间的长度计算

2) 锚固段注浆体与筋体间长度计算

由上可知, 按《岩石锚杆 (索) 技术规程》计算锚杆最小锚固长度应为1.85 m。

(2) 锚杆杆体的截面面积计算

Kt为锚杆杆体的抗拉安全系数, 按第7.3.2条取1.6;

Nt为锚杆的轴向拉力设计值 (KN) , 本工程为154 KN;

fyk、fptk为钢筋、钢绞线的抗拉强度标准值, HRB400取400 N/mm2。

4. 按《建筑地基基础设计规范》 (GB5007-2011) 进行锚杆计算

式中f为砂浆与岩石间的粘结强度特征值 (KPa) , 按表6.8.6选用, 本工程取0.3 MPa;

Rt为单根锚杆抗拔承载力特征值 (KN) , 取118KN。

根据《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010) 6.2.22条轴心受拉构件正截面计算公式

式中N为轴向拉力设计值;

fy为普通钢筋抗拉强度设计值。

通过以上计算比较发现, 规范中关于锚杆的计算原理都是一样的, 都是将锚杆所受的拉力除以单位长度锚杆与土地粘结力或除以单位长度钢筋与锚固砂浆的粘结力得出的, 而锚杆中钢筋面积的计算都是按轴心受拉来进行的。但也要各个规范公式中取的计算系数各不相同, 因此计算结果有所不同。按《建筑边坡工程技术规范》的构造规定确定的锚杆锚固长度是最长的, 而按《建筑地基基础设计规范》的计算结果最短。钢筋面积的计算中, 《岩土锚杆 (索) 技术规程》与《建筑边坡工程技术规范》计算结果一致;而《混凝土结构设计规范》与《建筑地基基础设计规范》因未考虑钢筋的安全系数, 计算结果偏小。

四、结语

根据对于相关规范中相应公式的比较并通过具体工程实例的计算, 可以得到如下结论。抗浮锚杆设计计算中, 一般宜采用《建筑边坡工程技术规范》及《岩土锚杆 (索) 技术规程》进行比较并取不利者, 这两者计算结果偏于安全。

抗浮锚杆的设计应用越来越广, 其方法简单, 经济性较高。但由于没有专门的针对性较强的规范可以直接采用, 需要设计人员根据计算对象的不同参考多本相关规范。如果设计人员对各种规范不是很了解, 容易造成遗漏, 这样将大大影响最终的计算结果, 对工程质量造成很大的隐患。希望有关部门尽快制定抗浮锚杆设计及施工的规范, 以指导目前越来越广泛的抗浮锚杆的设计、施工及检测。

摘要：现行的相关主要结构设计规范对地下室抗浮锚杆设计没有统一规定。本文基于工程实例, 通过对各相关规范条文的比较, 详细论述了锚杆的设计计算方法及参数选用。通过对计算结果的比对, 明确了最不利计算方法, 为设计人员进行锚杆设计提供了参考。

对抗浮锚杆设计 篇6

1 工程概况及水文地质条件

1.1 地形、地貌

某住宅小区位于浏阳河之滨, 场地地貌为浏阳河一级阶地, 场地稍做整平。钻孔孔口标高 (自然地面标高) 介于31.51~33.71m之间, 自然地面最大高差为2.20m左右。

1.2 地层岩性

根据钻探揭露, 场地内埋藏的地层有:

⑴杂填土 (Qml) (1) :杂色, 稍湿-湿, 结构松散, 以粘性土、建筑垃圾和生活垃圾构成, 层厚1.60~6.40m。

⑵淤泥质粉质粘土 (Qh) (2) :深灰色, 灰褐色, 软塑-可塑, 湿-很湿, 零星散布于场地, 层厚0.60~3.50m。

⑶粉质粘土 (Qal+pl) (3) :浅黄色, 褐黄色, 灰褐色, 可塑-硬塑, 稍湿-湿, 局部软塑, 摇震不反应, 稍有光滑, 干强度中等, 韧性中等, 该层分布整个场地, 层厚1.10~6.90m。

⑷粉砂 (Qal+pl) (4) :褐黄色, 湿-很湿, 松散-稍密, 以粉砂为主, 成分主要为石英, 泥质含量约40%, 该层分布整个场地, 层厚0.40~2.70m。

⑸圆砾 (Qal+pl) (5) :褐黄色, 饱和, 中密, 局部密实, 呈圆-亚圆状, 砾石含量约70%, 粒径一般5~20mm, 大者50mm, 主要成份为石英, 颗粒间由中粗砂充填, 泥质含量10%, 该层分布整个场地, 厚度0.50~4.50m。

⑹强风化砾岩 (K1) (6) :红褐色, 粉砂质结构, 角砾状构造, 砾石成分为灰岩、砂岩、板岩为主, 以砂质, 灰泥质胶结, 节理、裂隙极发育, 岩石破碎, 顶部约0.30m左右已风化成土状, 该层分布除东南角之外的整个场地, 厚度0.60~3.70m, 岩体基本质量等级为V级。

⑺中-微风化砾岩 (K1) (7) :红褐色, 灰绿色, 粉砂质结构, 角砾状构造, 以砂质、灰泥质胶结, 节理、裂隙较发育, 岩石较完整, 岩质较硬, 砾岩中的砾石粒径一般为5~30mm, 大者达80mm, 含量约60%, 砾石主要成份为灰岩、砂岩和板岩等, 多呈棱角状, 岩体基本质量等级为Ⅳ级;该层分布除东南角之外的整个场地, 本次勘察揭露厚度1.70~11.50m, 层厚不详。

⑻强风化灰岩 (P1) (8) :青灰色, 浅灰色, 节理、裂隙发育, 硅化强烈, 石英细脉发育, 岩质较软, 岩石破碎, 岩芯呈碎块状, 未见溶蚀现象, 主要分布在场地东南角范围, 厚度0.600~3.00m, 岩体基本质量等级为Ⅴ级。

⑼中-微风化灰岩 (P1) (9) :青灰色, 浅灰色, 节理、裂隙稍发育, 硅化强烈, 石英细脉发育, 岩质硬, 岩石较完整, 岩芯呈块状、短柱状, 未见溶蚀现象和溶洞, 岩体基本质量等级为Ⅳ级;主要分布在场地东南角范围。本次勘察揭露厚度2.00~13.30m, 层厚不详。

1.3 地下水

⑴勘察期间对场地内地下水进行了简易水文观测, 场地内地下水主要为赋存于杂填土 (1) 和淤泥质粉质粘土 (2) 中的上层滞水和赋存于粉砂 (4) 和圆砾 (5) 中的承压水, 本次勘察期间, 各钻探孔均遇见地下水。上层滞水初见水位为1.5~5.7m, 稳定水位埋深为1.00~3.50m, 相当于标高29.00~31.50m, 补给来源主要为大气降水及生活用水, 水量不大。

位于粉砂 (4) 和圆砾 (5) 中的承压水初见水位为7.10~11.50m, 稳定水位为5.30~7.80m, 稳定水位标高介于24.01~27.35m之间, 补给来源主要为地下径流及浏阳河水, 水量较丰富, 水位随季节的变化和浏阳河水位涨落, 浏阳河历史最高洪水位40.22m (1998年) 。

⑵勘察对ZK25等孔的圆砾层进行了注水试验, 计算得:渗透系数为K=40.53m/d;4.69×10-2cm/s。

⑶场地地下水对混凝土无腐蚀性, 对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性, 对钢结构有弱腐蚀性。

⑷根据场地地形地貌、水文地质条件, 结合长沙浏阳河最高洪水位及排泄水条件, 建议该工程的抗浮设计水位建议设计取建筑物周围市政道路自然地坪标高以下1.20m。

2 抗浮设计

长沙地区的抗浮桩普遍采用与工程桩相同的桩型, 如挖孔桩、冲钻孔桩、沉管桩、预制桩、预应力管桩等, 这类桩型常不能充分发挥其抗拔能力和桩身强度。由于单桩抗拔力大, 单桩间距就加大, 则底板需加厚, 才能满足由水压力产生的弯矩, 因此经济性不好。采用锚杆这种细长的受拉杆件, 施工前应通过现场实验确定锚杆抗拔承载力特征值, 单根抗拔承载力特征值为190KN, 能充分发挥其抗拔力, 布置可以灵活, 使底板上的附加应力分布较均匀, 有利于减小底板厚度。抗浮锚杆设计必须先确定地下水的净浮力值, 净浮力为地下水压力与结构自重 (含上覆土重) 的差值。

根据勘察报告本工程地下水位取建筑物周围市政道路自然地坪标高以下1.20m为设计水位, 水头为60Kpa, 结构自重与上覆土重为28Kpa, 所以净浮力为32Kpa。每根抗浮锚杆平均承受4.75m2的地下水浮力, 则单根锚杆抗拔力设计值为1.25×32×4.75=190KN。采用孔径为130mm的全长粘结型锚杆, 主筋为一根φ28HRB335钢筋。锚杆锚入强风化砾岩, 入岩深度5m;当强风化砾岩埋藏较浅, 锚杆可能进入中风化砾岩时, 锚杆每入强风化岩层1.5m, 入中风化岩深度可减少1m, 以上入岩深度均须扣除锚杆在断裂破碎带内长度, 锚杆总长预计15m。锚杆孔径偏差不大于5cm, 垂直度偏差不大于1%, 灌孔可采用强度不低于30MPa普通水泥砂浆 (水灰比为0.4) 或C30细石混凝土, 灌浆压力大于1.0MPa。且应采用二次灌浆, 选用水灰比0.45~0.5的纯水泥浆, 灌浆压力大于2.0MPa, 二次灌浆孔采用φ18无收缩灌浆材料注浆孔。主筋均须涂抹钢筋阻锈剂, 主筋与底板连接处采用φ140钢管, 距底板底面150mm处设4mm环形止水钢板, 刷防锈剂阻锈处理, 底板面上铺350×350×20钢垫板。主筋需接长时, 采用直螺纹套筒对接, 对接后抗拉强度应不小于钢筋的抗拉强度。

3 锚杆施工

⑴施工工艺流程:锚孔定位编号→钻机就位→钻孔→下锚→注浆拔管→二次注浆→张拉→封锚。

⑵施工工艺:

(1) 放线定位:按施工桩位平面布置图放线定桩位, 误差控制在规范要求之内, 做好标记和预检;

(2) 地质钻机锚孔钻进:锚孔孔径130mm, 孔径偏差不大于5mm, 垂直度偏差不大于1%, 成孔深度达到设计要求;

(3) 清孔:锚孔成孔后, 将联接空压机的洗井管置入孔内, 由上往下, 再由下往上反复冲洗, 同时不断补充直到孔内泥浆比重小于等于1.05, 沉渣小于等于30cm;

(4) 主筋加工制作及孔内安装:锚杆按间距2m安装定中心支架, 以保证锚杆在锚孔中心;注浆管安装与主筋安装工作同时进行, 安置于主筋旁边, 长度超出主筋1m左右;

(5) 注浆:采用水下混凝土灌注法, 首次注浆量以注满孔为准, 充盈系数达1.2以上, 注浆管要边注边拔, 拔管高度不超出孔内浆液面;待一次注浆体初凝强度达5.0MPa后, 即可用高压注浆管进行二次高压注浆, 注浆材料采用纯水泥浆 (水灰比为0.45~0.5) ;

(6) 张拉、锁定、封锚:在锚桩强度达100%后进行;用C40混凝土进行封闭锚头, 混凝土的保护层厚度不小于10cm。

4 锚杆检测

对本住宅小区基坑抗浮锚杆 (桩) 进行了竖向抗拔试验, 由于建设工程已经到了地锚 (桩) 施工完毕阶段, 并已铺设了混凝土垫层, 故本次地锚桩抗拔试验为对地锚桩施加大于设计轴向抗拔力的短期荷载———验收性试验。本次验收性试验根数40根, 总地锚 (桩) 数806根, 占地锚 (桩) 总数的5%。试验采用慢速维持荷载法, 分级加载, 荷载分级按10级, 利用基坑底板已铺混凝土垫层及小钢梁提供反力, 依设计要求试验的最大加载量为190kN。每级荷载施加完毕后应立即测读位移量, 以后每间隔5、10、15、15、30min测读一次。连续4次测读出的锚杆 (桩) 拔升值均小于0.1mm时, 认为在该级荷载下的位移已达到稳定状态, 可继续施加下一级上拔荷载。选取代表性试验结果见表2。

根据现场试验数据情况, 选取代表性511#试验结果见表3, 并绘制出的U-δ曲线的变化特征分析 (图2) , 该工地地锚桩单桩竖向抗拔承载力可达190kN, 有一根高者513#可达到209kN, 均能满足设计指标要求。

摘要：以某复杂地层条件下抗浮锚杆的应用为例, 结合具体的地质条件, 对地下水情况进行分析, 提出了详细的抗浮锚杆设计方法和施工方法, 并结合施工后的检测情况, 为类似工程提供参考。

关键词：抗浮锚杆,地下水,锚杆设计,锚杆施工,锚杆检测

参考文献

[1]中华人名共和国建设部.GB50021-2001岩土工程勘察规范〔S〕.北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]中华人名共和国建设部.GB50007-2002建筑地基基础设计规范〔S〕.北京:中国建筑工业出版社, 2002.