地下結(jié)構(gòu)抗浮錨桿的應(yīng)用與設(shè)計

劉 穎 李殿平

(大連海洋大學(xué)土木工程系，遼寧 大連 116300)

0.引言

在沿海地區(qū)，隨著城市規(guī)模擴(kuò)大，人們對地下工程的應(yīng)用越來越多。由于地下水位較高，地下建筑物的自重和地面回填土的重量往往不能平衡水的浮力，因此需要進(jìn)行抗浮設(shè)計。目前，地下室抗浮方法主要有配重法、降排水法、抗拔樁法及抗浮錨桿。其中，抗浮錨桿是利用錨桿和砂漿組成的錨固體與巖土層的結(jié)合力作為抗浮力的?？垢″^桿不僅不影響地下室凈高，而且由于錨桿間距小、地下室底板可以做得較薄，因而造價低廉、施工方便、受力合理[1]。將抗浮錨桿的應(yīng)用與設(shè)計情況介紹如下。

1.工程概況

某商務(wù)寫字樓位于大連沿海某市，建筑面積9萬m2，該建筑主要有超高層主樓和裙樓組成，裙樓為地上三層共建和地下兩層。由于裙樓不能平衡地下水浮力，采用抗浮錨桿作為永久性抗浮結(jié)構(gòu)。通過地質(zhì)勘察得知地質(zhì)情況如下:(1)人工填土層:平均厚度為2.0 m;(2)粉質(zhì)黏土層:平均厚度為3.2 m;(3)強(qiáng)風(fēng)化巖石:平均厚度為14 m;(4)中風(fēng)化巖石:平均厚度為10－25.8 m。強(qiáng)風(fēng)化巖石承載力特征值為500 Kpa，中風(fēng)化巖石承載力特征值為900 Kpa。場地水類型屬于承壓水，主要來自賦存基巖風(fēng)化裂隙水、場地雜填土層下部及碎石層中地下水，與海水相通，隨潮汐而變化。

設(shè)計時將地板坐落在強(qiáng)風(fēng)化巖層上，基巖性能很好，因此采用抗浮錨桿，錨桿錨固于地板下巖層，上部直接澆筑在混凝土底板內(nèi)。

2.抗浮錨桿的抗拔承載力確定

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007－2002)[2]、《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(ECCS22:2005)[3]規(guī)定，需要對抗浮錨桿進(jìn)行試驗，以確定錨桿的抗拔承載力。錨桿的承載力取決于錨桿桿體材料強(qiáng)度、桿體與砂漿之間的握裹力及砂漿體與巖土層之間的抗剪強(qiáng)度。試驗的目的主要是測試砂漿體與巖土層之間的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)場地巖土情況進(jìn)行了8組試驗，每組3根，分布在場區(qū)的不同位置，錨桿直徑130mm，注漿采用水泥砂漿摻入膨脹劑和早強(qiáng)劑。加載采用單調(diào)加載，每級讀數(shù)3次，每級讀數(shù)穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級加載。根據(jù)現(xiàn)場試驗得出的Q－S(荷載－位移)曲線確定每根抗浮錨桿的極限承載力，錨桿極限承載力除以安全系數(shù)2即為錨桿抗拔承載力特征值，最終以此值作為抗浮錨桿承載力的設(shè)計值，經(jīng)試驗和計算確定:強(qiáng)風(fēng)化巖，單位抗拔力均值 Rt=56.6(kN/m)，摩阻剪應(yīng)力均值為0.173;中風(fēng)化巖，單位抗拔力均值 Rt=95.2(kN/m)，摩阻剪應(yīng)力均值為0.292。

3.抗浮錨桿的設(shè)計計算

3.1 浮力的計算

根據(jù)巖土工程報告，抗浮地下水位計算標(biāo)高為海拔5.00米，本工程 ±0.00為海拔 6.75米，地下室底板標(biāo)高為－10米，地下室底板水頭為8.25米，地下室及地面回填土重30kpa，則地下水浮力為:

3.2 抗浮錨桿承受的荷載qf

3.3 抗浮錨桿面積確定及軸向拉力計算

采用的錨桿成孔直徑130mm，鋼筋采用 HRB335，鋼筋面積選用228(As=1230.9mm2)，則抗浮錨桿軸向拉力值Nt為:

式中，As為鋼筋截面面積;fyk為抗浮錨桿鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;kt為錨桿桿體的抗拉安全系數(shù)，HRB335級取1.6。

3.4 抗浮錨桿錨固長度確定

按照《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22:2005)規(guī)定，抗浮錨桿錨固長度為:

式中，k為安全系數(shù)，取2;n為鋼筋根數(shù);d為鋼筋直徑;fms為錨固段注漿體與筋體間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可取2～3;D為錨桿錨固段的鉆孔直徑;fmg為錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，較硬巖和硬巖可取1.6;ζ為采用 2根鋼筋時折減系數(shù)，可取0.6～0.85;φ為錨桿長度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)，錨固長度在6～9米時，可取 1.0 ～0.8。

取上述公式計算值的最大值，則錨桿的錨固長度取4.5534 m，考慮到施工質(zhì)量及錨固孔處巖體的擾動等因素，最終孔深取6 m。

3.5 抗浮錨桿的布置

錨桿的間距通過下式確定

式中，L、B分別為錨桿的總縱、橫間距。故采用底板下均勻分布的方式布置[4]，平面縱、橫間距均取2 m。

4.抗浮錨桿的施工

錨孔采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，錨桿孔徑為130mm，孔深應(yīng)大于設(shè)計孔深200 mm，以保證孔中留有足夠的沉淀尺寸，終孔時用高壓風(fēng)機(jī)將孔內(nèi)沉渣、巖粉吹凈。錨桿設(shè)定位支架以使錨桿居中，同時在錨桿孔處設(shè)置橡膠止水條?？紤]到地下水位較高，采用先注漿將孔內(nèi)地下水排出，再插鋼筋的施工方法。注漿時待漿體從孔口溢出后再慢慢拔注漿管，砂漿回縮后不斷補(bǔ)槳至孔中無回縮為止;注漿后快速將鋼筋插入孔中。為防止錨桿受地下水侵蝕而銹蝕，在底板與巖層上下250mm范圍，將內(nèi)鋼筋涂環(huán)氧樹脂并加止水條，做法如圖1。

圖1 鋼筋涂環(huán)氧樹脂并加止水條做法

5.結(jié)語

(1)采用抗浮錨桿解決地下室的抗浮問題，實踐證明，抗浮錨桿具有施工方便、造價低廉、施工速度快的特點;

(2)在抗浮錨桿的設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)考慮錨桿的位移對底板的影響，并嚴(yán)格控制底板的撓度、裂縫，以防止?jié)B漏。

[1]蔡和取.地下室抗浮錨桿設(shè)計和應(yīng)用[J].福建建設(shè)科技，2009，(4):14 －16.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.GB500007－2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]中冶集團(tuán)建筑研究總院.巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程(ECCS22:2005)[M].北京:中國計劃出版社，2005.

[4]魏坤，戴西行，楊勇.地下室抗浮錨桿布置方式設(shè)計探討[J].山西建筑，2011，37(8):41 －43.