抗浮錨桿設(shè)計(jì)及施工探討

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??！?. 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506.63 m ,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 =90 kPa , ④中密卵石層: qsk = 110 kPa ,⑤密實(shí)卵石層: qsk = 130 kPa。
　　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 =ρg hA(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 = Σλiqsik ui l i(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; 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 = f yA s (3)
　　式中: f y 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 +γg S g ≥ F浮 (5)
　　式中: n 為錨桿根數(shù); S g 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7.8 m，地下室部分結(jié)構(gòu)主體自重52 kN/m2，錨桿間距2 m x 2m。則水浮力標(biāo)準(zhǔn)值為9.8 ×7.4－52=24.44 kN/m2，設(shè)計(jì)值為1.2 × 9.8 ×7.8－52=39.7 kN/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150 mm ,鋼筋采用HRB335 ,直徑為22 mm ,暫定長度為6.3m ,錨固長度la ≥34 d = 34 ×32 = 1088 mm ,取la = 1. 2 m ,則錨桿計(jì)算長度為6.3 - 1. 2 - 0. 1 = 5 m。本文按地勘資料(最不利情況) 進(jìn)行設(shè)計(jì),錨桿進(jìn)入土層深度如表1 。
　　表1 錨桿進(jìn)入土層深度
　　土層 進(jìn)入土層深度m
　　稍密卵石層 1.3(除去無效長度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 = Σλiqsik ui l i = πd Σqsik l i= 0. 15 ×π×(90×0.8 + 110×3.5 +130×0.7)= 0. 471 ×548 = 258 kN
　　由式(3) 得錨桿自身抗拉強(qiáng)度極限值:
　　Uq = f yA s = 300×(π/ 4) ×222×3 /1000= 342 kN
　　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) = 180 kN
　　所以錨桿根數(shù)
　　n =（F浮－γg S g）/N=39.7×22000/180=489根
　　(2)錨固長度及配筋計(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22 mm 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2000 mm。
　　(2) 注漿材料為P. O42. 5R 普通硅酸鹽水泥,水灰比為0. 4～0. 5 ,28 d 無側(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. 0 MPa ,注漿管應(yīng)隨鋼筋一同放入錨孔,其頭部距孔底30 cm ,水泥用量不得少于80 kg/ 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)目前越來越廣泛的抗浮錨桿的設(shè)計(jì)、施工及檢測(cè)。