抗浮錨桿設(shè)計(jì)

一、工程概況
　　某項(xiàng)目由2棟塔樓和地下室（無上蓋）組成，其中裙樓占地面積為10800m2為一層地下室，地下室底板標(biāo)高為-5.1m，室外地面標(biāo)高為-1.3m，地下室底板厚度為400mm。
　　工程場(chǎng)地屬珠江三角洲沖積平原，巖土層按成因類型自上而下依次為：沖積土層（淤泥、粘土、砂土）、殘積土層（粉質(zhì)粘土）、白堊系（K）泥質(zhì)粉砂巖帶（全風(fēng)化巖平均厚2.5米、強(qiáng)風(fēng)化巖平均厚3.8米、中風(fēng)化巖平均厚2.8米、微風(fēng)化巖），基巖層埋深較淺，基礎(chǔ)底位于全風(fēng)化巖層。微風(fēng)化巖天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為25Mpa。地下水位為室外地面標(biāo)高下1.0米。
　　根據(jù)本工程場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件，結(jié)合地下室的埋深情況（埋深約4m，無上蓋建筑物），需選擇合理的抗浮措施，防止地下室上浮。鑒于巖層較淺，通過多種方案的比較，認(rèn)為采用錨桿抗浮方案較適合本工程。該方法施工簡便，抗浮效果好，造價(jià)低。
　　二、地下室抗浮設(shè)計(jì)
　　（一）抗浮錨桿類型的選擇
　　錨桿在材料選擇上有：鋼絞線、高強(qiáng)綱絲和鋼筋（螺紋鋼筋），如選擇鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲時(shí)，錨頭應(yīng)采用專門的錨座和錨具。對(duì)錨具和鎖錨技術(shù)的要求較高；采用鋼筋時(shí)，施工較簡便，錨頭處理較簡單，易于施工，效果較好，所以，選擇鋼筋桿較合適。下面列出幾種鋼筋錨桿的力學(xué)參數(shù)供分析選用【1】【2】：
　　鋼筋
　　直徑
　?。╩m） 設(shè)計(jì)
　　強(qiáng)度
　　（kN） 鋼筋與漿體
　　粘結(jié)力
　?。╧N/m） 漿體與巖體
　　粘結(jié)力
　?。╧N/m） Z錨桿孔徑
　?。╩m） 備注
　　Ⅱ級(jí)鋼20 94.26 141.30 103.60 110
　?、蚣?jí)鋼22 114.03 155.00 122.10 130
　　Ⅱ級(jí)鋼25 147.27 176.60 141.30 150
　?、蚣?jí)鋼28 184.59 197.80 158.30 168
　　Ⅱ級(jí)鋼32 241.29 226.00 207.30 220
　　Ⅱ級(jí)鋼36 305.37 254.30 235.60 250
　?。ǘ┑叵率腋⊥辛τ?jì)算
　　根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，地下水位標(biāo)高為-2.3，地下室底板標(biāo)高為-5.5 m，考慮洪水時(shí)地下水位升至室外地面，產(chǎn)生浮力的壓力為：5.5 -1.3=4.2m，即為42kN/m2，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，地下浮力平均設(shè)計(jì)值為42×1.2=50.4 kN/m2，地下室結(jié)構(gòu)自重平均17.5 kN/m2，需錨桿的抗浮力平均值為50.4-17.5=32.9 kN/m2。
　?。ㄈ╁^桿布置方案分析
　　抗浮錨桿的平面布置方案的優(yōu)劣直接影響地下室抗浮設(shè)計(jì)方案的安全性和經(jīng)濟(jì)性。一般來說，錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值越大，錨桿孔數(shù)就越少，越經(jīng)濟(jì)，但是作為地下室抗浮錨桿安裝在地下室底板上，如果錨桿間距太大，則需要較厚的底板，這樣又造成造價(jià)增高。因此，應(yīng)選取一個(gè)較合理的間距和適中的錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的方案。
　　本工程地下室底板厚度為400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)按C25考慮，錨桿受力按點(diǎn)荷載考慮，可計(jì)算得底板的抗沖切承載力為：aftumh。
　　=0.6×1.3×1784×350=487032N（487KN），取重要性系性1.1【1】，則487÷1.1=442kN，因此，在錨桿布置時(shí)，錨桿的抗拔力設(shè)計(jì)值宜取小于442kN作用在底板上的凈浮力為50.4-0.4×2.5=40.4 kN/m2，單錨控制面積宜小于442÷40.4=10.9m2，錨桿間距宜小于 m =3.3m。由以上計(jì)算分析，采用均勻分布抗浮錨桿的布置方案較適宜。
　　由于每一柱位下有三根管樁，其每根樁抗浮力按80KN考慮，且考慮柱荷載對(duì)底板的壓力的抗浮作用，二項(xiàng)合并作為一點(diǎn)荷載作用在底板上。
　　算列一：7500×8100柱網(wǎng)
　　單錨力設(shè)計(jì)值為（8.1×7.5×40.4-620）÷5=367kN
　　算列二：6600×8100柱網(wǎng)
　　單錨力設(shè)計(jì)值為（8.1×6.6×40.4-574）÷5=317kN
　　算列三：6000×7500柱網(wǎng)
　　單錨力設(shè)計(jì)值為（7.5×6.0×40.4-521）÷5=259kN
　　算列四：6000×7500柱網(wǎng)
　　單錨力設(shè)計(jì)值為（2）（7.5×6.0×40.4-521）÷4=324kN
　　?-抗拔錨孔
　?。ㄋ模╁^桿設(shè)計(jì)
　　1、錨桿鋼筋截面面積計(jì)算（抗力分項(xiàng)系數(shù)取K=1.4）
　　A≥
　　A ≥ mm 選328（1847 mm ）
　　A ≥ mm 選422（1520 mm ）
　　A ≥ mm 選420（1256 mm ）
　　A ≥ mm 選422（1520mm ）
　　2、錨固長度計(jì)算
　　a、僅錨入可～硬土層時(shí)：
　　150孔
　　L ≥ = =21.8m
　　L ≥ = =18.8m
　　L ≥ = =15.4m 　　L ≥ = =19.3m
　　168孔
　　L ≥ = =19.5m
　　L ≥ = =16.8m
　　L ≥ = =15.4m
　　L ≥ = =19.3m
　　b、僅考慮入巖錨固力時(shí)
　　150孔
　　L ≥ = =3.63m
　　L ≥ = =3.14m
　　L ≥ = =2.56m
　　L ≥ = =3.21m
　　168孔
　　L ≥ = =3.24m
　　L ≥ = =2.80m
　　L ≥ = =2.29m
　　L ≥ = =2.86m
　　上述進(jìn)行了土層錨桿及巖層錨桿的錨固長度計(jì)算，由于本工程地下室抗浮錨桿為永久性的結(jié)構(gòu)，而土層錨桿在長期荷載作用下蠕變量較大，所以建議采用巖層錨桿，為了使抗浮錨桿工程達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的目的，建議在正式施工前進(jìn)行錨桿實(shí)驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定錨固力參數(shù)。
　　三、錨桿施工要求
　　由上述設(shè)計(jì)計(jì)算分析結(jié)果，不同的抗拔力選用不同的鋼筋組合：
　　錨桿抗拔力
　　（KN） 367 324 317 259
　　鋼筋組合 328 422 422 420
　　成孔直徑（mm） 150或168 150或168 150或168 150或168
　　入巖深度（m） 3.7或3.3 3.3或2.9 3.2或2.8 2.6或2.3
　?。ㄒ唬╁^桿應(yīng)在樁基施工完成，地下室挖完畢且澆搗墊層后施工，采用巖芯鉆機(jī)成孔，為確保鋼筋保護(hù)層厚度，成孔直徑應(yīng)≥168。
　　（二）錨桿加工時(shí)，鋼筋采用對(duì)焊或采用直螺紋接頭，確保接頭質(zhì)量；每隔2m應(yīng)設(shè)對(duì)中架，確保鋼筋對(duì)中。
　?。ㄈ┳{前必須清干凈孔內(nèi)殘?jiān)?，采?525普通硅酸鹽水泥配制純水泥漿，水灰比為0.45，注漿壓力為1.0～1.5Mpa，漿液充滿整個(gè)鉆孔。
　?。ㄋ模榱舜_保錨桿鋼筋的防銹效果，建議加設(shè)波紋套管保護(hù)（費(fèi)用稍高）
　?。ㄎ澹┮箦^桿鋼筋伸入地下室底內(nèi)≥45d（d為鋼筋直徑）。
　　錨桿的平面布置形式及鋼筋組合構(gòu)造詳見附圖、附表。
　?。┙ㄗh正式施工前，進(jìn)行錨桿認(rèn)準(zhǔn)確定抗浮錨桿的力學(xué)參數(shù)，以便選擇經(jīng)濟(jì)合理
　　的方案。
　　四、結(jié)束語
　　在地下水位較高區(qū)域，結(jié)構(gòu)荷載不可以抵抗地下水浮力時(shí)，地下構(gòu)筑物的抗浮難題接著而到來。通過對(duì)地下室浮力的計(jì)算，對(duì)錨桿材料選擇、錨桿布置的選擇、錨桿設(shè)計(jì)分析，認(rèn)為采用巖石錨作為抗浮對(duì)策，既可滿足安全必要，施工也方便、造價(jià)相對(duì)低廉。當(dāng)然，規(guī)范還沒有對(duì)該拉錨抗浮法做明確規(guī)定，且因?yàn)橥恋牧W(xué)性能、參數(shù)離散性較大，施工時(shí)依然是應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)錨桿基本試驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)基本參數(shù)。