地下室底板抗浮錨索設(shè)計

陳雁

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院　貴州　貴陽　550000）

地下室底板抗浮錨索設(shè)計

陳雁

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院貴州貴陽550000）

地下室的抗浮設(shè)計原理雖然簡單，卻是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部分，關(guān)乎結(jié)構(gòu)的安全使用，應(yīng)予以重視。本文擬結(jié)合具體工程實例，重點就地下室底板抗浮錨索設(shè)計進行了分析。

地下室；底板抗?。诲^索設(shè)計

引言

地下室底板抗浮錨索設(shè)計人員需充分理解規(guī)范，合理選擇抗浮設(shè)計中需要的設(shè)計參數(shù)，并根據(jù)場地、水文、土層資料等情況選擇合理、經(jīng)濟的抗浮措施。

1　工程概況

擬建建筑位于貴州省湄潭縣，由A座（酒店，19層），B座（商住，18層），C座（商住，24層）及裙房（4層）組成。地下一層為車庫，層高6.0m。酒店采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，商住采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

2　地下水類型及埋藏條件

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）第3.0.2條第6款規(guī)定：“建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時，尚應(yīng)進行抗浮驗算?！辈⒃跅l文說明中指出：抗浮設(shè)計水位是很重要的設(shè)計參數(shù)，影響因素眾多，不僅與氣候、水文地質(zhì)等自然因素有關(guān)，有時還涉及地下水的開采、上下游水量調(diào)配、跨流域調(diào)水和大量地下工程建設(shè)等復(fù)雜因素。對情況復(fù)雜的重要工程，要在勘察期間預(yù)測建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時相當(dāng)困難。故現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土勘察規(guī)范》（GB50021）規(guī)定，對情況復(fù)雜的重要工程，需論證使用期間水位變化，提出抗浮設(shè)防水位時，應(yīng)進行專門研究。

擬建場區(qū)南西側(cè)13m外為湄江河，場區(qū)地下水主要受湄江河河水影響。河水通過場區(qū)上覆土層滲入開挖的基坑中，河水水位即為場區(qū)地下水水位?？辈炱陂g處于平水期，河水標(biāo)高755.20m。根據(jù)湄江河湄潭縣城段歷史最高水位，在洪水期時河水標(biāo)高758.0m，高于地下室底板標(biāo)高（754.70）3.7m?？辈鞎r本場地基坑已經(jīng)開挖結(jié)束，根據(jù)現(xiàn)場觀測，基坑內(nèi)基本無水，說明上覆土層隔水效果較好。但是考慮到長期的滲流達到水動力平衡后，場區(qū)水位就會達到河水水位高程，對地下室底板有浮托力作用，須做好抗浮抗拔設(shè)計。

在場地地下室開挖到設(shè)計標(biāo)高后，基巖裸露或者淺埋，分布連續(xù)，承載力較高，可作本擬建物持力層，其承載力特征值fa= 2400kPa，基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)及墻下條基。

該建筑因上部建筑自重不均勻，設(shè)計時抗浮力與水浮力平衡計算分區(qū)域驗算。地下室底板的梁板采用倒置樓蓋計算，保證水浮力傳至柱、墻上。主樓位置采用“壓”的做法，裙房部分基礎(chǔ)采用“拉”的做法。

3　計算采用參數(shù)

①錨索設(shè)計拉力值為1353kN。②錨索錨固體與中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r的極限摩阻力特征值按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）表7.2.3-1和勘察報告?。耗噘|(zhì)灰?guī)rfrb=400kPa。③根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）表7.2.4取鋼絞線和M35水泥砂漿的粘結(jié)強度設(shè)計值：fb=2950kPa。

4　錨索軸向拉力驗算

錨索為2組6φ15.2mm直徑的鋼絞線，錨索入射角為90°，錨索設(shè)計錨固段為6m，抗拉強度設(shè)計值fy=1320N/mm2，總的軸向設(shè)計拉力值最大為1353kN：

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）第7.2.2和7.2.3條：

將ξ2=0.69，γ0=1.1，fy=1320N/mm2，Na=676.5kN帶入（1）式計算得As=817mm2，單根鋼絞線的公稱截面面積為139mm2，6φ15.2的截面面積為A=834mm2>As=817mm2，滿足設(shè)計要求。

將ξ1=1.0，D=130mm，frd=400kPa，Nak=676.5kN帶入（2）式計算得：錨索錨固體與地層的錨固長度la=4.14m，錨索錨固體設(shè)計錨固段為6m>la=4.14m，滿足設(shè)計要求。

將ξ3=0.6，γ0=1.1，d=15.2mm，fb=2950kPa，n=6，Na=676.5kN帶入（3）式得：錨索鋼絞線與錨固砂漿間的錨固長度la=1.47m，錨索鋼絞線的錨固段為6m>la=1.49m，滿足設(shè)計要求。

綜上，錨索設(shè)計滿足規(guī)范要求。

5　抗浮錨索現(xiàn)場試驗

依據(jù)上述設(shè)計施工后，對其進行現(xiàn)場試驗，驗證抗浮錨索的穩(wěn)定性。通?？垢″^索的破壞形態(tài)有：①注漿體與巖土體之間發(fā)生剪切破壞；②錨索桿體由于抗拉強度不足造成破壞；③錨索桿體與注漿體界面之間發(fā)生破壞；④錨索埋入穩(wěn)定地層時，受力使得地層呈錐體拔出；⑤錨索群整體發(fā)生破壞。如果發(fā)生以上現(xiàn)象則說明抗浮錨索的承載力不足需要重新進行設(shè)計施工。依據(jù)規(guī)范要求本次試驗分別選擇MG1和MG2兩個錨索作基本試驗。工程抽取兩個抗浮錨索進行現(xiàn)場測試，抗浮錨索參數(shù)如表1所示。⑥試驗前對試驗所需的儀器進行標(biāo)定校正核對。⑦安裝試驗裝置，圖1為張拉設(shè)備安裝示意圖，分別對加載和壓力表讀數(shù)，對百分表讀數(shù)，進行記錄。

依據(jù)規(guī)范規(guī)定的加荷等級以及觀測時間對抗浮錨索進行六個等級的分級循環(huán)加荷試驗。在對抗浮錨索作基本試驗時注意：①第五循環(huán)前加荷速率為100km/min，第六循環(huán)的加荷速率為50km/min；②在每一級加荷等級觀測時間內(nèi)，測讀位移不應(yīng)少于3次。③在每級加荷等級觀測時間內(nèi)，錨頭位移增量小于0.1mm時可施加下一荷載，否則應(yīng)當(dāng)延長觀測時間，直至錨頭位移增量在2h內(nèi)小于2.0mm時，方可施加下一級荷載。

分別對MG1和MG2進行六個等級的循環(huán)張拉試驗后，依據(jù)張拉荷載的大小以及對應(yīng)的位移，繪制出抗浮錨索的基本試驗曲線。圖2為抗浮錨索MG1基本試驗曲線圖、圖3為抗浮錨索MG2基本試驗曲線圖。由圖2、圖3分析得出：在整個張拉過程中，抗浮錨索的位移變化幅度不大，施加前一級荷載使得抗浮錨索產(chǎn)生的位移量小于施加后一級荷載使得錨索產(chǎn)生的位移的0.5倍?？垢″^索MG1和MG2的錨頭位移穩(wěn)定，都沒有發(fā)生位移不收斂的線性，說明抗浮錨索穩(wěn)定。

在抗浮錨索張拉的過程中，所產(chǎn)生的位移主要包括彈性位移和塑性位移，其中彈性位移是可以恢復(fù)的，其主要取決于抗浮錨索桿體自身材料。而塑性位移是不可恢復(fù)的，主要是由錨固體與巖土體之間由于錨索受拉而引起的位移。圖4、圖5反映了MG1和MG2抗浮錨索彈塑位移變化情況：從中可以看出錨索在整個張拉過程中，彈塑性位移變化平穩(wěn)，沒有發(fā)生劇烈的變化，而且抗浮錨索均未發(fā)生破壞。塑性位移較大主要是由于錨固體所在的巖土體的性質(zhì)決定的，巖土體所提供的側(cè)向摩阻力較小，因而影響抗浮錨索的承載力，使得錨固體與巖土體之間產(chǎn)生的位移較大。

通過現(xiàn)場試驗可以看出，工程抗浮錨索在試驗過程中均沒有出現(xiàn)位移不收斂的現(xiàn)象，當(dāng)極限荷載的作用下，沒有破壞和不穩(wěn)定的現(xiàn)象發(fā)生。說明抗浮錨索都是穩(wěn)定安全的，在該工程的設(shè)計并沒有出現(xiàn)過度浪費以及不穩(wěn)定的現(xiàn)象，說明設(shè)計基本合理。由于抗浮錨索缺少明確可以依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)其在實踐工程中的應(yīng)用，本工程的設(shè)計方法以及最終驗證安全可以為抗浮錨索的應(yīng)用提供參考。

表1　抗浮錨索基本試驗參數(shù)表

圖1　抗浮錨索張拉試驗示意圖

圖2　MG1基本試驗荷載Q-位移S曲線

圖3　基本試驗荷載Q-位移S曲線

圖4　MG1荷載Q-彈塑性位移S曲線

圖5　MG2荷載Q-彈塑性位移S曲線

6　結(jié)束語

綜上所述，由于地下環(huán)境具有諸多不確定的因素，所以在地下室抗浮錨索設(shè)計中需要我們對場地條件、周圍環(huán)境和土層情況進行細致調(diào)查，抗浮錨索設(shè)計水位取值和抗浮計算必須準(zhǔn)確，可運用的抗浮方式很多，但必須根據(jù)各個工程的具體情況加以靈活應(yīng)用，才能達到經(jīng)濟可靠的目的。

[1]王子安，關(guān)群.某辦公樓工程地下室上浮事故實例分析及處理[J].地基與基礎(chǔ)，2009，23（6）：848～850.

[2]《民用建筑設(shè)計通則》（GB50352-2005）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]劉東柏，王璇.地下室抗浮設(shè)計中的幾個問題討論[J].中外建筑，2010（2）：42～44.

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2015-7-21