地下室抗拔錨桿設(shè)計(jì)

馮卓

（廣東珠江建筑工程設(shè)計(jì)有限公司　廣東　廣州　510630）

地下室抗拔錨桿設(shè)計(jì)

馮卓

（廣東珠江建筑工程設(shè)計(jì)有限公司廣東廣州510630）

抗浮錨桿在地下建筑工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣。本文結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范中錨桿設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，對(duì)不同規(guī)范所闡述的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比分析，表明它們的設(shè)計(jì)原理和得出的結(jié)果是相一致的。并且，通過(guò)筆者的工程經(jīng)驗(yàn)和對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的理解，歸納總結(jié)了一些在抗浮錨桿設(shè)計(jì)中應(yīng)該引起注意的問(wèn)題，為抗浮錨桿設(shè)計(jì)提供參考經(jīng)驗(yàn)。

抗浮錨桿；設(shè)計(jì)方法；試驗(yàn)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下空間得到越來(lái)越充分的利用（如地下車庫(kù)、地下商業(yè)街等）。當(dāng)?shù)叵率衣裆畲?，地下水位較高時(shí)，靠結(jié)構(gòu)自重往往無(wú)法平衡水浮力，此時(shí)須采取必要的抗浮措施。抗浮設(shè)計(jì)的常用方法有：①自重平衡法，即：采用回填土、石或混凝土（或重度≥30kN/m2的鋼渣混凝土）等手段，來(lái)平衡地下水浮力；②抗力平衡法，即：設(shè)置抗拔錨桿或抗拔樁，來(lái)消除或部分消除地下水浮力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。其中抗浮錨桿由于具有造價(jià)低、布置靈活、錨固效率高和受力合理等優(yōu)點(diǎn)，近年在地下建筑中應(yīng)用十分廣泛。

1　錨桿的設(shè)計(jì)原理

抗浮錨桿是利用錨桿與砂漿組成的錨固體與巖土層的結(jié)合力作為抗浮力的，桿體可采用鋼筋（錨桿）或鋼絞線（錨索）。目前地下建筑抗浮大多數(shù)采用錨桿（粗鋼筋），一般為全長(zhǎng)粘結(jié)性錨固體，本文所討論的就是這種錨桿。錨桿的破壞形態(tài)主要有以下情況：錨桿破壞；沿錨桿與注漿體界面破壞；沿注漿體與巖（土）層截面破壞；錨固長(zhǎng)度不足導(dǎo)致土層至錐體拔出及群錨破壞。針對(duì)這些可能產(chǎn)生的破壞形態(tài)，我們必須采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施。由于現(xiàn)階段還沒(méi)有專門的抗浮錨桿設(shè)計(jì)規(guī)范，在設(shè)計(jì)時(shí)主要參考國(guó)家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范或地方規(guī)范中有關(guān)錨桿部分的規(guī)定，其中在這方面有比較完整條文論述的規(guī)范有《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）[1]和《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）[2]，本文將主要針對(duì)這兩本規(guī)范中對(duì)錨桿的設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行對(duì)比分析。

2　設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析

（1）文獻(xiàn)[1]的第7.2節(jié)介紹了錨桿的設(shè)計(jì)過(guò)程，其計(jì)算過(guò)程如下：

①錨桿鋼筋截面面積計(jì)算：

②錨桿錨固體與地層的錨固長(zhǎng)度：

③錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度：

式（1）～（3）中：ξ1、ξ2、ξ3-工作條件系數(shù)，按永久錨桿分別取1.0、0.69、0.6；Na、Nak-分別為錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值；frb-地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值，可查規(guī)范表7.2.3-1和表7.2.3-2取值；fb-鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，可查規(guī)范表7.2.4取值。

（2）文獻(xiàn)[2]專門用第七章詳細(xì)介紹了錨桿的設(shè)計(jì)過(guò)程：

①錨桿桿體的截面面積：

②錨桿錨固體與地層的錨固長(zhǎng)度：

③錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度：

式（1）～（3）中：Kt、K-安全系數(shù)，按永久錨桿一般取1.6、2.0；Nt-錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；ψ-錨固長(zhǎng)度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)，可查規(guī)范表7.5.2，一般也可取0.8；fmg-錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可按規(guī)范表7.5.1-1或表7.5.1-2取值；fms-錨固段注漿體與筋體間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可按規(guī)范表7.5.1-3取值。

表1　

從表1中我們可以看出對(duì)于相同的巖土類別，fmg和1.923frb計(jì)算得到的范圍值的偏差是很小的，考慮到巖體錨固力隨巖體不同的分布情況變化、離散性大，我們可以認(rèn)為兩公式是可以對(duì)等的。同理，公式（3）和公式（6）也是對(duì)等的。因此，兩本規(guī)范雖然對(duì)錨桿的設(shè)計(jì)公式表現(xiàn)形式是不同的，但其本質(zhì)是相互統(tǒng)一的。這里要特別指出的是，在抗拔錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，選用了哪本規(guī)范的設(shè)計(jì)方法就必須選取相應(yīng)規(guī)范提供的巖土類別與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度值。

3　設(shè)計(jì)中需注意的一些問(wèn)題

（1）抗浮錨桿的設(shè)計(jì)尚還沒(méi)有專門的現(xiàn)行規(guī)范可循，文獻(xiàn)[1]、[2]中有關(guān)錨桿部分可作為參考設(shè)計(jì)，不過(guò)最好只用于估算，錨桿抗拔承載力應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)后再進(jìn)行符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的設(shè)計(jì)，精心施工，嚴(yán)格管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，只有這樣，抗浮錨固技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工才能得到發(fā)展和提高。文獻(xiàn)[1]、[2]都有相應(yīng)的規(guī)范條文強(qiáng)調(diào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)確定錨桿抗拔力的重要性。錨桿抗拔試驗(yàn)包括基本試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)，錨桿基本試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定錨固體與巖土間粘結(jié)強(qiáng)度、錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝，而驗(yàn)收試驗(yàn)用于檢驗(yàn)錨桿的施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，二者缺一不可。錨桿基本試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)的數(shù)量、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)終止條件與極限承載力的確定，建議按文獻(xiàn)[2]的規(guī)定執(zhí)行。

（2）抗浮錨桿的布置

①抗浮錨桿平面布置主要有沿地下室底板梁布置和底板均勻布置兩種形式。前一種布置方法錨桿相對(duì)集中，對(duì)地下室底板下的外防水比較方便，對(duì)于個(gè)別錨桿承載力不足的情況，由于有較多的錨桿分擔(dān)，有較強(qiáng)的抵抗力。后一種布置方法有效的減少了地下水浮力對(duì)底板的作用，從而減少了底板的厚度和梁板的配筋?？紤]到經(jīng)濟(jì)效益的原因，建議優(yōu)先采用底板均勻布置，且宜采用小噸位的錨桿適當(dāng)減小錨桿的間距，這樣除了可以降低底板的鋼筋費(fèi)用外，還可以減少因個(gè)別錨桿失效而造成的局部破壞。

②巖石錨桿的水平間距可按文獻(xiàn)[5]8.6.1條的要求，應(yīng)避免錨桿之間由于距離過(guò)小而產(chǎn)生整體破壞。理論上當(dāng)單根錨桿影響范圍內(nèi)的土體自重大于錨桿拉力時(shí)，可以不考慮錨桿間距的影響，土層錨桿的水平間距可參考文獻(xiàn)[6]11.9.3條規(guī)定：間距不宜小于2m，此時(shí)可不考慮“群錨效應(yīng)”的折減系數(shù)。

（3）抗浮錨桿的構(gòu)造

在浮力的作用下，底板和地基巖層界面處將會(huì)形成微小的縫隙，此處的錨桿由于長(zhǎng)期受到地下水的侵蝕。因此，對(duì)在底板和巖層界面上下各250mm范圍內(nèi)的抗浮錨桿采取了涂環(huán)氧樹(shù)脂的辦法來(lái)解決錨桿的腐蝕問(wèn)題。文獻(xiàn)[4]更嚴(yán)格的指出考慮到抗腐蝕的要求，抗拔錨桿的截面直徑應(yīng)比計(jì)算要求加大一個(gè)級(jí)別。

（4）錨桿桿體的制作與安裝

①根據(jù)設(shè)計(jì)要求下料，定位器采用φ6.5鋼筋焊接制作，定位器間距不大于2000m。

②錨桿放入鉆孔前應(yīng)檢查桿體的質(zhì)量，確保組裝后桿體滿足設(shè)計(jì)要求。安裝桿體時(shí)應(yīng)防止桿體扭壓、彎曲。在鉆孔鉆至設(shè)計(jì)要求深度并經(jīng)驗(yàn)收后進(jìn)行下錨，錨桿體插入孔內(nèi)深度為距孔底不超過(guò)0.10m，錨桿安裝后不得隨意提拔，并在錨桿鋼筋距孔口約400mm處設(shè)置100×100的止水鋼板。

（5）錨桿的注漿

①為使錨固體強(qiáng)度高，提高錨固力，注漿的材料選用不小于42.5R普通硅酸鹽水泥，拌制成M30水泥砂漿，漿液中宜加入適量的早強(qiáng)劑和膨脹劑，水灰比為0.4～0.5。注漿過(guò)程中，嚴(yán)格控制注漿的配合比、注漿壓力和注漿量。漿體在凝固過(guò)程中，錨孔頂部水泥漿會(huì)下沉，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿，確保錨固體的質(zhì)量。

②在灌漿前必須用泥漿泵將孔內(nèi)泥漿清洗干凈，孔壁不允許有殘留的泥皮存在，清孔時(shí)孔內(nèi)返濾水稍變淡即可，不得長(zhǎng)時(shí)間清孔，錨孔內(nèi)殘留的粗顆粒對(duì)錨桿底部錨固體的質(zhì)量有利。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）在進(jìn)行抗拔錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，可應(yīng)用相關(guān)規(guī)范提到的設(shè)計(jì)方法來(lái)預(yù)估錨桿的抗拔承載力，同時(shí)，考慮到抗浮錨桿是一種豎向錨固，而規(guī)范所提到的一般為近水平錨桿，兩者在作用機(jī)制上是有一定差別的，其摩阻力值也應(yīng)有區(qū)別，再加上地質(zhì)條件的復(fù)雜和多樣性，因此，我們必須用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)。

（2）抗浮錨桿的布置、構(gòu)造措施、錨孔洗孔程度、注漿工藝等是影響抗浮錨桿發(fā)揮作用的重要因素，在設(shè)計(jì)中必須引起足夠重視。

[1]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

[3]高大釗.巖土工程勘察與設(shè)計(jì)——巖土工程疑難問(wèn)題答疑筆記整理之二[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]《廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-31-2003）[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[5]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5007-2002）[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[6]《上海市建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-1999）[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

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