摘要：介紹某沿海地區(qū)給水廠地下清水池采用土拉錨抗浮的設(shè)計實例，通過該實例對全地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計的可靠性、適用性等方面做了一些淺析。
概述
在地下水位較高區(qū)域，結(jié)構(gòu)荷載不能抵抗地下水浮力時，地下構(gòu)筑物的抗浮問題隨之而來。地下水浮力造成的破壞大致有兩類：一類是底板隆起，產(chǎn)生裂縫，造成底板破壞，形成滲水通道；另一類是地下構(gòu)筑物整體浮起，導(dǎo)致梁柱節(jié)點開裂，同時底板破壞。
本文以沿海某地區(qū)供水廠的清水池為例，對利用土拉錨進行抗浮的方式進行介紹，以期對類似的工程有較好的參考價值。
工程地質(zhì)概況
本工程區(qū)域為典型沿海軟土區(qū)，其地質(zhì)特點是在埋深25.00m以上土層具有明顯的韻律沉積，不存在明顯的地層突變。地層分布較為簡單，地表為0.4～1.0m人工填土層，其下均為深厚淤泥質(zhì)粘土層。地下水埋深較淺，靜止水位埋深一般0.50～1.50m，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在0.50～1.00m左右。抗浮設(shè)計水位按地表下0.50m考慮。
抗浮設(shè)計
主體結(jié)構(gòu)設(shè)計
本工程清水池采用全地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池長60.9m，池寬44.9m，底板埋深6.35m，結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚0.45m，頂板埋深1.60m。
結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計
在未設(shè)置抗浮措施的情況下，計算結(jié)構(gòu)主體的抗浮能力?？垢∮嬎阋话阃ㄟ^計算抗浮安全系數(shù)方法來判別抗浮能力。
抗浮安全系數(shù)K=W/F
W—結(jié)構(gòu)抗浮作用力，包括結(jié)構(gòu)自重等；
F—地下水浮力，本工程地下水按埋深0.5m考慮。
其中W部分除結(jié)構(gòu)自重外還包含底板飛邊上土重，土重應(yīng)以浮容重計算，同時地面荷載不應(yīng)考慮車荷載作用。結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)參照規(guī)范要求應(yīng)高于1.10.
本工程計算抗浮系數(shù)為0.88，不滿足結(jié)構(gòu)最小抗浮安全系數(shù)，需采取額外的抗浮措施。
抗浮設(shè)計方案比選
地下構(gòu)筑物的抗浮一般采用壓重法、抗浮樁或抗浮錨桿來解決。壓重法是通過加大混凝土結(jié)構(gòu)墻板或底板厚度，以及增加飛邊面積等方法平衡水浮力，但經(jīng)濟上極不合理?？垢抖嗖捎霉嘧痘蝾A(yù)制方樁?？垢兜娜秉c是造價高，同時抗浮樁與柱子連接，使抗浮樁間距較大，底板變厚才能抵抗浮力產(chǎn)生的彎矩和剪力。而抗浮錨桿的間距小，地下構(gòu)筑物的底板可做的較薄，同時錨桿造價較低，大大降低工程造價。
本次設(shè)計中通過對抗浮方案的經(jīng)濟、工程結(jié)構(gòu)本身以及施工工期等因素進行綜合考慮，確定采用土拉錨抗浮方案。
土拉錨結(jié)構(gòu)設(shè)計
錨桿孔布置
根據(jù)清水池結(jié)構(gòu)主體剩余上浮力，確定錨桿的孔數(shù)和長度。錨孔的布置原則是：既要防止錨孔間距過大而造成局部應(yīng)力集中，也要避免錨固體過長，施工操作、控制困難；錨孔的布置也不能間距過小，否則造成群錨效應(yīng)而引起的錨固力的損失。一般錨孔間距一般為1.5～3.0m。本設(shè)計中，根據(jù)剩余上浮力，錨桿體間距布置為2．0～2．5m。
根據(jù)以上原則，本工程錨固體長度按摩擦型錨桿設(shè)計。初算土拉錨的錨固力，設(shè)計錨固體直徑為200mm，因不需要加設(shè)預(yù)應(yīng)力，錨固體可采用三根22mm的螺紋鋼筋作為錨束材料。
拉錨錨固力計算
根據(jù)清水池結(jié)構(gòu)的剩余抗浮力，對拉錨設(shè)計軸力進行計算，確定錨桿的孔數(shù)和長度，可參照《巖土地基設(shè)計規(guī)范》通過土層極限摩阻力計算拉錨承載力。
整體抗浮計算
采用垂直土拉錨抗浮，水池的整體抗浮穩(wěn)定性計算公式為：
Wd≤n·Nb+Gd
式中Wd—浮力作用設(shè)計值（KN），浮力分項系數(shù)為1.05～1.10；
n—土拉錨總數(shù)；
Nd—單根拉錨抗拔承載力設(shè)計值（KN）；
Gd—結(jié)構(gòu)自重設(shè)計值，自重分項系數(shù)為1.0
錨固長度計算
本工程設(shè)計中，不考慮在錨桿上預(yù)加應(yīng)力，豎向錨桿不考慮自由端，底板以下均按錨固計算，土拉錨的錨固長度可由下式計算確定：
式中Lm—土拉錨錨固段總長度（m）；
Nt—錨桿設(shè)計軸向拉力（KN）；
D—錨固體直徑（m）；
Li—第i層錨固土層厚度（m）；
fi—第i層土體與錨固體間的側(cè)摩阻力（kpa）；
K—安全系數(shù)，按永久土拉錨考慮，K=2.0～2.5。
錨桿設(shè)計
本工程共設(shè)96個錨固孔，孔徑為Φ200mm，間距為2m，等間距布置。錨桿長度均為20m。
成錨采用水力擴孔二次注漿工藝，第一次采用常壓向孔內(nèi)注射水泥砂漿，達到初凝時，進行二次灌漿。第二次采用高壓劈裂注漿，注漿體設(shè)計強度為25MPa。
錨束材料采用螺紋鋼筋，按錨桿承載力極限狀態(tài)設(shè)計，受拉鋼筋截面面積按下式計算：
As=1.3·Nb/fy
As—單錨錨桿鋼筋截面面積（mm2）；
Nb—單錨抗拔承載力設(shè)計值（KN）；
fy—鋼筋抗拉強度設(shè)計值（N/mm2）。
根據(jù)計算，每根錨桿可按3根Φ20鋼筋進行布置，并伸入結(jié)構(gòu)底板不小于600mm。
此外，錨固體鋼箍采用Φ6螺旋筋，間距200mm；沿錨桿體軸心線方向，隔2m設(shè)置對中定位器一個，采用Φ65mm鋼管。
錨桿材料
錨桿材料選用II級鋼筋，鋼筋連接須用焊接或機械連接街頭，不采用搭接方式。注漿材料選用42.5號普通硅酸鹽水泥，第一次采用常壓注水泥砂漿，第二次采用高壓灌漿，水灰比現(xiàn)場通過工藝試驗確定。
結(jié)語
土拉錨在海港工程及邊坡治理加固工程中應(yīng)用較多，本工程嘗試在軟土層中將其作為抗浮措施。在濱海地下水埋深較淺區(qū)域，往往地基承載力滿足要求，而抗浮不能滿足設(shè)計要求，采用土拉錨作為抗浮措施，既可滿足安全需要，施工也方便、造價相對低廉。當然，由于規(guī)范尚未對該拉錨抗浮法做明確規(guī)定，且由于土的力學(xué)性能、參數(shù)離散性較大，施工時還是應(yīng)進行現(xiàn)場錨桿基本試驗來確定設(shè)計基本參數(shù)。
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