抗浮锚杆设计及施工探讨

【摘要】本文以府河路苑9号楼附属地下室裙房为实例，针对其基础为独基＋防水板的特点,采用类似岩土锚杆设计的方法进行抗浮锚杆设计。设计中除了考虑单锚极限承载力以防止单根锚杆因材料屈服发生破坏外,还考虑了“群锚效应”以避免锚杆之间由于距离过小而产生整体破坏,为抗浮锚杆设计提供了参考经验。

【关键词】 府河路苑 地下结构 抗浮锚杆

Abstract: this paper take The Fuhe Rode , 9#Building subsidiary of the basement podium for instance, for its characteristics of foundation as an independent base + waterproof board, do the anti-floating bolt design similar to ground anchor design method.

Key words: House River Road Court; underground structures; anti-floating anchor

一、引言及工程概况

“府河•路苑”工程聚住宅、商业用房、幼儿园于一体，其中9号楼周边为二层地下室，总面积3287，主体面积1086，周边需进行抗浮锚杆设计地下室面积约2200。±0. 00 为绝对海拔高度508.63m ,抗浮地下水位为绝对海拔高度506.63 m ,基坑计算深度为10. 0m。由于基础为独基＋抗水板, 结构专业在确定抗浮方案时，经常选择抗浮锚杆做为抵消地下水浮力的方案，而不是抗浮桩方案，因为选择抗浮锚杆方案造价相对便宜，施工也方便。因此采用抗浮锚杆进行抗浮设计是最为合适的。根据工程地质勘察报告提供的断层剖面,与地下室抗浮设计有关的土层及相关指标如下:

③稍密卵石层:土层与锚杆的摩阻力qsk =90 kPa , ④中密卵石层: qsk = 110 kPa ,⑤密实卵石层: qsk = 130 kPa。

二、设计理论

1.浮力的计算

理论上以基底的孔隙水压力作为抗浮水位标高是科学的,因为基底的孔隙水压力与水位高低有关,还与水在土体中的连通与渗透条件有关;而且真正处于静止状态的地下水是很少的,水在土体中多表现为流动状态。但是为了简化计算,还是采用长期稳定水位或实测稳定最高水位进行抗浮设计,浮力还是按照静力计算,计算如式(1) 所示:

F浮= PA =ρg hA(1)

式中:ρ为水密度; g 为重力加速度; h 为计算深度,即地下水位到基底的高度; A 为基底面积。

2.单锚极限承载力及锚杆根数确定

(1) 单根锚杆抗拔极限承载力标准值Uk

Uk = Σλiqsik ui l i(2)

式中:λi 为摩阻力折减系数; qsik 为第i 土层与锚杆的摩阻力; ui 为锚杆横截面周长; li 为锚杆进入第i 土层的深度。

(2) 锚杆自身抗拉强度极限值Uq

锚杆采用二次注浆工艺,近似认为水泥浆和钢筋结合为一个整体,且以钢筋的屈服作为整个材料的破坏标准。因此锚杆自身抗拉强度极限值为:

Uq = f yA s (3)

式中: f y 为钢筋抗拉强度; As 为锚杆的横截面积。

(3) 确定单根锚杆抗拔承载力设计值N

N = min (Uk /γk ,γqUq) (4)

式中:γk 为抗力分项系数;γq 为永久性锚筋抗拉工作条件系数。

(4) 确定锚杆数量n

nN +γg S g ≥ F浮 (5)

式中: n 为锚杆根数; S g 为上部结构自重;γg 为荷载分项系数,当对结构有利时取0. 9 。

三、设计与计算

1.抗浮设计

两层地下室，水头高度7.8 m，地下室部分结构主体自重52 kN/m2，锚杆间距2 m x 2m。则水浮力标准值为9.8 ×7.4－52=24.44 kN/m2，设计值为1.2 × 9.8 ×7.8－52=39.7 kN/m2 (水位常年变化幅度不大)。锚杆锚同土(岩)层为强风化泥岩层。

(1) 锚杆数量确定

根据建设单位提供的各柱抗浮自重与浮力,对于竖向抗浮自重小于浮力的柱及其基础,采用抗浮锚杆进行设计。采用的锚杆成孔直径150 mm ,钢筋采用HRB335 ,直径为22 mm ,暂定长度为6.3m ,锚固长度la ≥34 d = 34 ×32 = 1088 mm ,取la = 1. 2 m ,则锚杆计算长度为6.3 - 1. 2 - 0. 1 = 5 m。本文按地勘资料(最不利情况) 进行设计,锚杆进入土层深度如表1 。

表1 锚杆进入土层深度

土层 进入土层深度m

稍密卵石层 1.3(除去无效长度0.5，取0.8)

中密卵石层 3.5

密实卵石层 10

由式(2) 得单根锚杆抗拔极限承载力标准值:

Uk = Σλiqsik ui l i = πd Σqsik l i= 0. 15 ×π×(90×0.8 + 110×3.5 +130×0.7)= 0. 471 ×548 = 258 kN

由式(3) 得锚杆自身抗拉强度极限值:

Uq = f yA s = 300×(π/ 4) ×222×3 /1000= 342 kN

由式(4) 得到单根锚杆抗拔承载力设计值:

N = min (Uk /γk ,γqUq)= min (252/ 1.43 , 0. 69 ×342) = 180 kN

所以锚杆根数

n =（F浮－γg S g）/N=39.7×22000/180=489根

(2)锚固长度及配筋计算

《岩土锚杆(索)技术规程》CECS22：2005

La>(kNt)/(πφDfmg) (7.5.1-1)

式中：K=2.2，Nt=180KN，D=150mm，fmg=200kpa，φ=1.3

则La>（2.2×180）/（π×0.15×200×1.3）=3.2m

La>(kNt)/(nπφdξDfms)（7.5.1-2）

式中：K=2.2，d=22mm，ξ=0.75，fms=2000kpa，φ=1.3

La>(2.2×234)/(3×π×0.022×0.75×2000×1.3)=1.3m

La> max（3.2,1.3）=3.2m满足实际长度

As（KtNt）/fyk（7.4.1）

式中：Kt=1.6，Nt=180KN，fyk=335kpa

As（180×1000×1.6）/335=8602 ＜1140 满足实际配筋

四、施工要求

(1) 锚杆杆体采用直径22 mm 的二级钢并进行防腐处理(除锈、刷沥青船底漆) ;定位器采用Φ6. 5钢筋焊接制作,定位器间距不宜大于2000 mm。

(2) 注浆材料为P. O42. 5R 普通硅酸盐水泥,水灰比为0. 4～0. 5 ,28 d 无侧限抗压强度不得小于30MPa 。二次注浆采用高压,注浆压力为2. 0 MPa ,注浆管应随钢筋一同放入锚孔,其头部距孔底30 cm ,水泥用量不得少于80 kg/ m。

(3) 锚杆试验与检测:锚杆施工前,进行3 根锚杆的工艺检测及抗拔试验,其最大试验抗拔力为340kN 。锚杆施工结束后,应进行抗拔力试验检测,检测数量不宜少于锚杆总数的6 % ,且不宜少于6 根。

五、结论

(1) 施工前后对锚杆进行试验与检测,最大抗拔力均超过340kN ,证明采用的假设条件及设计计算方法是可行的,为类似的工程设计提供了参考经验。而且由于抗浮锚杆造价低廉、施工方便,可以广泛地应用于地下工程的抗浮设计。

(2) 采用锚杆进行抗浮，其方法较简单，经济性较高，但没有专门的计算规范和公式。建议有关部门抓紧制定抗浮锚杆设计及施工的规范，以指导目前越来越广泛的抗浮锚杆的设计、施工及检测。

参考文献

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[4 ] 龚晓南,高有潮. 深基坑工程设计施工手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,1998

[ 5 ] 叶书麟. 地基处理工程实例应用手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,1999

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[ 7 ] 阎明礼. 地基处理技术[M] . 北京:中国环境教育出版社,1995

[ 8 ] 岩土锚杆(索)技术规程[s]. CECS 22：2005