某地下室抗浮錨桿設(shè)計(jì)

念紅芬, 孫金坤

(攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院， 四川攀枝花 617000)

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某地下室抗浮錨桿設(shè)計(jì)

念紅芬, 孫金坤

(攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院， 四川攀枝花 617000)

【摘要】地下工程的抗浮設(shè)計(jì)是困擾設(shè)計(jì)人員的一個(gè)難題。如何有效考慮抗浮措施，對(duì)基礎(chǔ)及高層建筑的安全和穩(wěn)定性具有重要的意義。文章結(jié)合實(shí)際工程，比較了地下建筑常用的三種抗浮措施，結(jié)果表明抗浮錨桿易于施工、造價(jià)低廉，在浮力水頭較大時(shí)往往優(yōu)于壓重和抗拔樁方案，并對(duì)抗浮錨桿實(shí)施方案進(jìn)行了詳盡的分析和計(jì)算。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，該抗浮方案滿(mǎn)足工程要求。

【關(guān)鍵詞】地下室；抗浮設(shè)計(jì)；錨桿

隨著城市的快速擴(kuò)張，建設(shè)用地日趨緊張，地下工程的建設(shè)也十分廣泛。在地下工程的設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題是抗浮設(shè)計(jì)，一旦處理不當(dāng)，將直接影響到建筑物的安全性和穩(wěn)定性。本文結(jié)合成都某高層設(shè)計(jì)，探討地下室的抗浮設(shè)計(jì)，總結(jié)地下室抗浮計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題等，以供工程設(shè)計(jì)人員參考。

1工程概況

富士康生活配套區(qū)二期拆遷安置房4號(hào)地塊工程，位于成都市郫縣德源鎮(zhèn)。該項(xiàng)目由4棟高層和商業(yè)、地下室組成，高層為32層，建筑高度97.95 m,本工程均設(shè)-2F地下室。規(guī)劃總建筑物面積為128 237.96 m2。基礎(chǔ)埋深約10 m，高層建筑采用筏形基礎(chǔ)形式，多層建筑采用獨(dú)立柱基基礎(chǔ)形式。

2工程地質(zhì)條件與地下水

該場(chǎng)地位于成都市郫縣德源鎮(zhèn)，交通方便。場(chǎng)地較平坦，局部地址堆土影響高差較大。地層自上而下主要為：

本工程場(chǎng)地±0．000相當(dāng)于成都絕對(duì)高程558.300 m，根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地地下水水位在平水期期末，周?chē)惺┕そ邓畷r(shí)埋深為552.02～551.98 m。豐枯期季節(jié)水位變化幅度為1．50～2．0 m左右。絕大部分樓層基礎(chǔ)均位于地下水位之下，根據(jù)基礎(chǔ)平面布置圖可知,抗水板范圍面積為15 344.5 m2，按單位浮力設(shè)計(jì)值為60.0 kN/m2計(jì)算，總浮力為920 670.0 kN。

3抗浮措施選擇

為防止地下工程的浮起破壞，目前，工程上常采用配重法、降排截水、設(shè)置抗拔樁和抗浮錨桿來(lái)解決地下工程的抗浮問(wèn)題。

(1)增重，即增加基礎(chǔ)或主體結(jié)構(gòu)的重量或覆土厚度，使得含基礎(chǔ)重量在內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)荷載大于地下水所能引起的浮力，則達(dá)到抗浮處理的目的。

(2)抗浮樁，抗浮樁利用樁體自重和樁側(cè)摩阻力來(lái)提供抗拔力。是一種常用的抗浮技術(shù)措施。

(3)抗浮錨桿，作用原理同于抗浮樁，在基礎(chǔ)下面布設(shè)一定規(guī)格和間距的錨桿(索)，通過(guò)錨固體與基礎(chǔ)以下各地層之間的摩阻作用，以抵抗地下水可能引起的上浮作用力。

壓重抗浮在增加自重的同時(shí)也增加了埋深， 浮力相應(yīng)增大，在開(kāi)挖平面面積較大時(shí)，開(kāi)挖量和回填(含增重部分)的量都很大，成本較高；抗浮樁需制作直徑較大和深度較深的樁體，并且樁與柱子相連，使抗浮樁的間距太大，致使底板增厚，造價(jià)高，其適用于抗浮能力要求較高的工程情況；抗浮錨桿易于施工，布置靈活，錨固效率高，對(duì)漂卵石等巖土性質(zhì)較好地層具有極好的適用性。在成都市區(qū)及周邊地區(qū)應(yīng)用較為普遍，在本工程中造價(jià)相對(duì)最低，故最終選抗浮錨桿。

4抗浮錨桿設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)理論

錨桿是指用水泥結(jié)石體將一組鋼拉桿(鋼筋)錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并承受拉力的柱狀錨體。它的中心受拉部分是鋼筋，鋼筋所承受的拉力首先通過(guò)鋼筋周邊的砂漿握固力而傳遞到錨桿錨固體中，然后在通過(guò)錨固段周邊地層的摩擦力而傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中。

抗浮錨桿是指在基礎(chǔ)底板上加錨桿，以提供更多的下拉力，防止基礎(chǔ)及地下室底板在地下水浮力的作用下上浮變形，保證建筑物結(jié)構(gòu)安全。

4.2錨桿間距

整體按正方形布設(shè)抗浮錨桿，間距為2 m×2 m，局部區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，間距按矩形布置(矩形面積不大于4 m2)。

4.3單根錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值

根據(jù)核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司提供的抗浮力設(shè)計(jì)值為60 kN/m2，以2 m×2 m為間距布置錨桿，故單根抗浮錨桿抗浮范圍按4 m2計(jì)算， 則錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值為：

Na=4 m2×60.0 kN/m2=240.0 kN；考慮一定的安全儲(chǔ)備，取Na=260 kN。

錨固體直徑：D=150 mm。

錨桿配筋：依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2002)第7.2.2式進(jìn)行計(jì)算配筋量。

(1)

式中：As為錨桿鋼筋截面面積(m2)；γ0為工程重要性系數(shù)，取1.0；Na為錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值(kN)，Na=260 kN；ξ2為錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69；fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa)，取fy=360 N/mm2(HRB400級(jí)鋼)。

(2)

根據(jù)工程性質(zhì)、施工工藝，本工程可采用的錨桿鋼筋配置如下：

采用HRB400螺紋鋼筋，配置3根25(三級(jí)鋼筋HRB400)，則鋼筋總面積為： 1 472.6 mm2，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.4錨桿長(zhǎng)度計(jì)算

(1)錨桿錨固體與地層的錨固段長(zhǎng)度計(jì)算：

(3)

則有：

(4)

(2)錨桿鋼筋與錨固體間的錨固長(zhǎng)度計(jì)算：

(5)

式中：La為錨固段長(zhǎng)度(m)；D為錨固體直徑,取150 mm；frb為地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值,取50 MPa；ξ1為錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，對(duì)永久性錨桿取1.00；d為錨桿鋼筋直徑(25 mm)；n為鋼筋根數(shù)(3根)；γ0為邊坡工程重要系數(shù)，取1.0；fb為鋼筋與錨固體砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，采用M30水泥砂漿，考慮到3根鋼筋聯(lián)合作用，應(yīng)按0．7的折減系數(shù)取定，即2 400×0．7；ξ3為鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對(duì)永久性錨桿取0.60。

取上述式(4)、式(5)計(jì)算中的大值，故錨固理論計(jì)算長(zhǎng)度為L(zhǎng)a=8.50 m，該長(zhǎng)度應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)基本試驗(yàn)進(jìn)行最終確定。

4.5抗浮錨桿實(shí)際長(zhǎng)度

水泥采用P.C32.5R普通硅酸鹽水泥，錨固體采用細(xì)石水泥結(jié)石體，強(qiáng)度達(dá)到30 MPa。

錨入抗水板內(nèi)鋼筋長(zhǎng)度為44倍鋼筋直徑，即1 100 mm。

錨桿桿體配筋長(zhǎng)度：錨固體計(jì)算理論長(zhǎng)度為L(zhǎng)a=8.5 m，錨入抗水板(或基礎(chǔ))內(nèi)1.10 m，基礎(chǔ)墊層厚100 mm，故理論配筋長(zhǎng)度為L(zhǎng)’=8.5+0.1+1.1=9.7 m。墊層、防水施工對(duì)錨桿錨固體上段有一定擾動(dòng)，考慮0.3 m的安全儲(chǔ)備長(zhǎng)度，故每根抗浮錨桿實(shí)際長(zhǎng)度為L(zhǎng)=8.5+0.1+1.1+0.3=10.0 m。

4.6錨桿根數(shù)

抗浮處理區(qū)域平面未必完全為錨桿間距2 m的整數(shù)，需根據(jù)實(shí)際平面尺寸適度調(diào)整錨桿間距。在筏板周邊區(qū)域、外墻區(qū)域及后澆帶區(qū)域，亦須適當(dāng)加密布設(shè)。最后，實(shí)設(shè)錨桿3 787根。

4.7總抗浮力驗(yàn)算

根據(jù)基礎(chǔ)平面布置圖可知，抗水板范圍面積為15 344.5 m2，按浮力設(shè)計(jì)值為60.0 kN/m2計(jì)算總浮力為：15 344.5×60=920 670.0 kN；該范圍內(nèi)共布置抗浮錨桿3 787根，每根抗浮力設(shè)計(jì)值為260 kN，則總的抗浮力為984 620.0 kN>920 670.0 kN,總抗浮力大于浮力值，設(shè)計(jì)安全。

5結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，本工程目前已順利施工完所有的抗浮錨桿，根據(jù)抗拔檢測(cè)試驗(yàn)，抗拔力一般均在480 kN以上，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，通過(guò)質(zhì)檢部門(mén)的竣工驗(yàn)收，并運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)

[1]宋明建.某高層建筑筏板基礎(chǔ)抗浮方案的探討與設(shè)計(jì) [J].四川建筑，2013(2).

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[3]GB 50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]DB 51/T5026-2001 成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GB 50330-2002 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[6]JGJ 72-2004 高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S].

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU94+3.9

[作者簡(jiǎn)介]念紅芬(1974～)，女，碩士研究生,講師，主要從事土木工程教學(xué)科研設(shè)計(jì)工作。

[定稿日期]2015-10-29