【摘要】本文以府河路苑9號(hào)樓附屬地下室裙房為實(shí)例，針對(duì)其基礎(chǔ)為獨(dú)基＋防水板的特點(diǎn)，采用類似巖土錨桿設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行抗浮錨桿設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中除了考慮單錨極限承載力以防止單根錨桿因材料屈服發(fā)生破壞外，還考慮了“群錨效應(yīng)”以避免錨桿之間由于距離過(guò)小而產(chǎn)生整體破壞，為抗浮錨桿設(shè)計(jì)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。
一、引言及工程概況
“府河•路苑”工程聚住宅、商業(yè)用房、幼兒園于一體，其中9號(hào)樓周邊為二層地下室，總面積3287㎡，主體面積1086㎡，周邊需進(jìn)行抗浮錨桿設(shè)計(jì)地下室面積約2200㎡。±0.00為絕對(duì)海拔高度508.63m，抗浮地下水位為絕對(duì)海拔高度506.63m，基坑計(jì)算深度為10.0m。由于基礎(chǔ)為獨(dú)基＋抗水板，結(jié)構(gòu)專業(yè)在確定抗浮方案時(shí)，經(jīng)常選擇抗浮錨桿做為抵消地下水浮力的方案，而不是抗浮樁方案，因?yàn)檫x擇抗浮錨桿方案造價(jià)相對(duì)便宜，施工也方便。因此采用抗浮錨桿進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)是最為合適的。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的斷層剖面，與地下室抗浮設(shè)計(jì)有關(guān)的土層及相關(guān)指標(biāo)如下：
③稍密卵石層：土層與錨桿的摩阻力qsk=90kPa，④中密卵石層：qsk=110kPa，⑤密實(shí)卵石層：qsk=130kPa。
二、設(shè)計(jì)理論
1.浮力的計(jì)算
理論上以基底的孔隙水壓力作為抗浮水位標(biāo)高是科學(xué)的，因?yàn)榛椎目紫端畨毫εc水位高低有關(guān)，還與水在土體中的連通與滲透條件有關(guān)；而且真正處于靜止?fàn)顟B(tài)的地下水是很少的，水在土體中多表現(xiàn)為流動(dòng)狀態(tài)。但是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，還是采用長(zhǎng)期穩(wěn)定水位或?qū)崪y(cè)穩(wěn)定最高水位進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，浮力還是按照靜力計(jì)算，計(jì)算如式(1)所示：
F浮=PA=ρghA(1)
式中：ρ為水密度；g為重力加速度；h為計(jì)算深度，即地下水位到基底的高度；A為基底面積。
2.單錨極限承載力及錨桿根數(shù)確定
(1)單根錨桿抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Uk
Uk=Σλiqsikuili(2)
式中：λi為摩阻力折減系數(shù)；qsik為第i土層與錨桿的摩阻力；ui為錨桿橫截面周長(zhǎng)；li為錨桿進(jìn)入第i土層的深度。
(2)錨桿自身抗拉強(qiáng)度極限值Uq
錨桿采用二次注漿工藝，近似認(rèn)為水泥漿和鋼筋結(jié)合為一個(gè)整體，且以鋼筋的屈服作為整個(gè)材料的破壞標(biāo)準(zhǔn)。因此錨桿自身抗拉強(qiáng)度極限值為：
Uq=fyAs(3)
式中：fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度；As為錨桿的橫截面積。
(3)確定單根錨桿抗拔承載力設(shè)計(jì)值N
N=min(Uk/γk，γqUq)(4)
式中：γk為抗力分項(xiàng)系數(shù)；γq為永久性錨筋抗拉工作條件系數(shù)。
(4)確定錨桿數(shù)量n
nN+γgSg≥F浮(5)
式中：n為錨桿根數(shù)；Sg為上部結(jié)構(gòu)自重；γg為荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)取0.9。
三、設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.抗浮設(shè)計(jì)
兩層地下室，水頭高度7.8m，地下室部分結(jié)構(gòu)主體自重52kN/m2，錨桿間距2mx2m。則水浮力標(biāo)準(zhǔn)值為9.8×7.4－52=24.44kN/m2，設(shè)計(jì)值為1.2×9.8×7.8－52=39.7kN/m2(水位常年變化幅度不大)。錨桿錨同土(巖)層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖層。
(1)錨桿數(shù)量確定
根據(jù)建設(shè)單位提供的各柱抗浮自重與浮力，對(duì)于豎向抗浮自重小于浮力的柱及其基礎(chǔ)，采用抗浮錨桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用的錨桿成孔直徑150mm，鋼筋采用HRB335，直徑為22mm，暫定長(zhǎng)度為6.3m，錨固長(zhǎng)度la≥34d=34×32=1088mm，取la=1.2m，則錨桿計(jì)算長(zhǎng)度為6.3-1.2-0.1=5m。本文按地勘資料(最不利情況)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
土層 進(jìn)入土層深度m
稍密卵石層 1.3(除去無(wú)效長(zhǎng)度0.5，取0.8)
中密卵石層 3.5
密實(shí)卵石層 10
由式(2)得單根錨桿抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：
Uk=Σλiqsikuili=πdΣqsikli=0.15×π×(90×0.8+110×3.5+130×0.7)=0.471×548=258kN
由式(3)得錨桿自身抗拉強(qiáng)度極限值：
Uq=fyAs=300×(π/4)×222×3/1000=342kN
由式(4)得到單根錨桿抗拔承載力設(shè)計(jì)值：
N=min(Uk/γk，γqUq)=min(252/1.43，0.69×342)=180kN
所以錨桿根數(shù)
n=（F浮－γgSg）/N=39.7×22000/180=489根
(2)錨固長(zhǎng)度及配筋計(jì)算
《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》CECS22：2005
La>(kNt)/(πφDfmg)(7.5.1-1)
式中：K=2.2，Nt=180KN，D=150mm，fmg=200kpa，φ=1.3
則La>（2.2×180）/（π×0.15×200×1.3）=3.2m
La>(kNt)/(nπφdξDfms)（7.5.1-2）
式中：K=2.2，d=22mm，ξ=0.75，fms=2000kpa，φ=1.3
La>(2.2×234)/(3×π×0.022×0.75×2000×1.3)=1.3m
La>max（3.2，1.3）=3.2m滿足實(shí)際長(zhǎng)度
As≧（KtNt）/fyk（7.4.1）
式中：Kt=1.6，Nt=180KN，fyk=335kpa
As≧（180×1000×1.6）/335=860㎜2＜1140滿足實(shí)際配筋
四、施工要求
(1)錨桿桿體采用直徑22mm的二級(jí)鋼并進(jìn)行防腐處理(除銹、刷瀝青船底漆)；定位器采用Φ6.5鋼筋焊接制作，定位器間距不宜大于2000mm。
(2)注漿材料為P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.4～0.5，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得小于30MPa。二次注漿采用高壓，注漿壓力為2.0MPa，注漿管應(yīng)隨鋼筋一同放入錨孔，其頭部距孔底30cm，水泥用量不得少于80kg/m。
(3)錨桿試驗(yàn)與檢測(cè)：錨桿施工前，進(jìn)行3根錨桿的工藝檢測(cè)及抗拔試驗(yàn)，其最大試驗(yàn)抗拔力為340kN。錨桿施工結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量不宜少于錨桿總數(shù)的6%，且不宜少于6根。
五、結(jié)論
(1)施工前后對(duì)錨桿進(jìn)行試驗(yàn)與檢測(cè)，最大抗拔力均超過(guò)340kN，證明采用的假設(shè)條件及設(shè)計(jì)計(jì)算方法是可行的，為類似的工程設(shè)計(jì)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。而且由于抗浮錨桿造價(jià)低廉、施工方便，可以廣泛地應(yīng)用于地下工程的抗浮設(shè)計(jì)。
(2)采用錨桿進(jìn)行抗浮，其方法較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性較高，但沒(méi)有專門的計(jì)算規(guī)范和公式。建議有關(guān)部門抓緊制定抗浮錨桿設(shè)計(jì)及施工的規(guī)范，以指導(dǎo)目前越來(lái)越廣泛的抗浮錨桿的設(shè)計(jì)、施工及檢測(cè)。
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