淺談錨桿抗浮

概述
　　 在地下水位較高區(qū)域，結(jié)構(gòu)荷載不能抵抗地下水浮力時(shí)，地下構(gòu)筑物的抗浮問(wèn)題隨之而來(lái)。地下水浮力造成的破壞大致有兩類(lèi)：一類(lèi)是底板隆起，產(chǎn)生裂縫，造成底板破壞，形成滲水通道；另一類(lèi)是地下構(gòu)筑物整體浮起，導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)開(kāi)裂，同時(shí)底板破壞。
　　 本文以沿海某地區(qū)供水廠的清水池為例，對(duì)利用土拉錨進(jìn)行抗浮的方式進(jìn)行介紹，以期對(duì)類(lèi)似的工程有較好的參考價(jià)值。
　　工程地質(zhì)概況
　　 本工程區(qū)域?yàn)榈湫脱睾＼浲羺^(qū)，其地質(zhì)特點(diǎn)是在埋深25.00m以上土層具有明顯的韻律沉積，不存在明顯的地層突變。地層分布較為簡(jiǎn)單，地表為0.4～1.0m人工填土層，其下均為深厚淤泥質(zhì)粘土層。地下水埋深較淺，靜止水位埋深一般0.50～1.50m，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在0.50～1.00m左右?？垢≡O(shè)計(jì)水位按地表下0.50 m考慮。
　　抗浮設(shè)計(jì)
　　3.1主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　 本工程清水池采用全地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池長(zhǎng)60.9m，池寬44.9m，底板埋深6.35m，結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚0.45m，頂板埋深1.60m。
　　
　　 清水池平面布置圖
　　
　　 清水池剖面圖
　　3.2結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)
　　 在未設(shè)置抗浮措施的情況下，計(jì)算結(jié)構(gòu)主體的抗浮能力。抗浮計(jì)算一般通過(guò)計(jì)算抗浮安全系數(shù)方法來(lái)判別抗浮能力。
　　 抗浮安全系數(shù)K=W/F
　　 W―結(jié)構(gòu)抗浮作用力，包括結(jié)構(gòu)自重等；
　　 F―地下水浮力，本工程地下水按埋深0.5m考慮。
　　 其中W部分除結(jié)構(gòu)自重外還包含底板飛邊上土重，土重應(yīng)以浮容重計(jì)算，同時(shí)地面荷載不應(yīng)考慮車(chē)荷載作用。結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)參照規(guī)范要求應(yīng)高于1.10.
　　 本工程計(jì)算抗浮系數(shù)為0.88，不滿足結(jié)構(gòu)最小抗浮安全系數(shù)，需采取額外的抗浮措施。
　　3.2抗浮設(shè)計(jì)方案比選
　　 地下構(gòu)筑物的抗浮一般采用壓重法、抗浮樁或抗浮錨桿來(lái)解決。壓重法是通過(guò)加大混凝土結(jié)構(gòu)墻板或底板厚度，以及增加飛邊面積等方法平衡水浮力，但經(jīng)濟(jì)上極不合理?？垢抖嗖捎霉嘧痘蝾A(yù)制方樁?？垢兜娜秉c(diǎn)是造價(jià)高，同時(shí)抗浮樁與柱子連接，使抗浮樁間距較大，底板變厚才能抵抗浮力產(chǎn)生的彎矩和剪力。而抗浮錨桿的間距小，地下構(gòu)筑物的底板可做的較薄，同時(shí)錨桿造價(jià)較低，大大降低工程造價(jià)。
　　 本次設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)抗浮方案的經(jīng)濟(jì)、工程結(jié)構(gòu)本身以及施工工期等因素進(jìn)行綜合考慮，確定采用土拉錨抗浮方案。
　　土拉錨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　4.1錨桿孔布置
　　 根據(jù)清水池結(jié)構(gòu)主體剩余上浮力，確定錨桿的孔數(shù)和長(zhǎng)度。錨孔的布置原則是：既要防止錨孔間距過(guò)大而造成局部應(yīng)力集中，也要避免錨固體過(guò)長(zhǎng)，施工操作、控制困難；錨孔的布置也不能間距過(guò)小，否則造成群錨效應(yīng)而引起的錨固力的損失。一般錨孔間距一般為1.5～3.0m。本設(shè)計(jì)中，根據(jù)剩余上浮力，錨桿體間距布置為2．0～2．5m。
　　 根據(jù)以上原則，本工程錨固體長(zhǎng)度按摩擦型錨桿設(shè)計(jì)。初算土拉錨的錨固力，設(shè)計(jì)錨固體直徑為200mm，因不需要加設(shè)預(yù)應(yīng)力，錨固體可采用三根22mm的螺紋鋼筋作為錨束材料。
　　4.2拉錨錨固力計(jì)算
　　 根據(jù)清水池結(jié)構(gòu)的剩余抗浮力，對(duì)拉錨設(shè)計(jì)軸力進(jìn)行計(jì)算，確定錨桿的孔數(shù)和長(zhǎng)度，可參照《巖土地基設(shè)計(jì)規(guī)范》通過(guò)土層極限摩阻力計(jì)算拉錨承載力。
　　4.3整體抗浮計(jì)算
　　采用垂直土拉錨抗浮，水池的整體抗浮穩(wěn)定性計(jì)算公式為：
　　Wd≤n?Nb+Gd
　　式中 Wd―浮力作用設(shè)計(jì)值（KN），浮力分項(xiàng)系數(shù)為1.05～1.10；
　　n―土拉錨總數(shù)；
　　Nd―單根拉錨抗拔承載力設(shè)計(jì)值（KN）；
　　Gd―結(jié)構(gòu)自重設(shè)計(jì)值，自重分項(xiàng)系數(shù)為1.0
　　4.4錨固長(zhǎng)度計(jì)算
　　本工程設(shè)計(jì)中，不考慮在錨桿上預(yù)加應(yīng)力，豎向錨桿不考慮自由端，底板以下均按錨固計(jì)算，土拉錨的錨固長(zhǎng)度可由下式計(jì)算確定：
　　
　　式中 Lm―土拉錨錨固段總長(zhǎng)度（m）；
　　 Nt―錨桿設(shè)計(jì)軸向拉力（KN）；
　　 D―錨固體直徑（m）；
　　 Li―第i層錨固土層厚度（m）；
　　 fi―第i層土體與錨固體間的側(cè)摩阻力（kpa）；
　　 K―安全系數(shù)，按永久土拉錨考慮，K=2.0～2.5。
　　錨桿設(shè)計(jì)
　　 本工程共設(shè)96個(gè)錨固孔，孔徑為Φ200mm，間距為2m，等間距布置。錨桿長(zhǎng)度均為20m。
　　 成錨采用水力擴(kuò)孔二次注漿工藝，第一次采用常壓向孔內(nèi)注射水泥砂漿，達(dá)到初凝時(shí)，進(jìn)行二次灌漿。第二次采用高壓劈裂注漿，注漿體設(shè)計(jì)強(qiáng)度為25MPa。
　　 錨束材料采用螺紋鋼筋，按錨桿承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，受拉鋼筋截面面積按下式計(jì)算：
　　 As=1.3?Nb/fy
　　As―單錨錨桿鋼筋截面面積（mm2）；
　　Nb―單錨抗拔承載力設(shè)計(jì)值（KN）；
　　fy―鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）。
　　 根據(jù)計(jì)算，每根錨桿可按3根Φ20鋼筋進(jìn)行布置，并伸入結(jié)構(gòu)底板不小于600mm。
　　 此外，錨固體鋼箍采用Φ6螺旋筋，間距200mm；沿錨桿體軸心線方向，隔2m設(shè)置對(duì)中定位器一個(gè)，采用Φ65mm鋼管。
　　錨桿材料
　　 錨桿材料選用II級(jí)鋼筋，鋼筋連接須用焊接或機(jī)械連接街頭，不采用搭接方式。注漿材料選用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，第一次采用常壓注水泥砂漿，第二次采用高壓灌漿，水灰比現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)工藝試驗(yàn)確定。
　　結(jié)語(yǔ)
　　 土拉錨在海港工程及邊坡治理加固工程中應(yīng)用較多，本工程嘗試在軟土層中將其作為抗浮措施。在濱海地下水埋深較淺區(qū)域，往往地基承載力滿足要求，而抗浮不能滿足設(shè)計(jì)要求，采用土拉錨作為抗浮措施，既可滿足安全需要，施工也方便、造價(jià)相對(duì)低廉。當(dāng)然，由于規(guī)范尚未對(duì)該拉錨抗浮法做明確規(guī)定，且由于土的力學(xué)性能、參數(shù)離散性較大，施工時(shí)還是應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)錨桿基本試驗(yàn)來(lái)確定設(shè)計(jì)基本參數(shù)。
　　參考文獻(xiàn)：
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