宋園園 申振華

(1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710054； 2.陜西省建筑科學(xué)研究院，陜西 西安 710000)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，城市空間的緊缺，地下建筑物成為了未來發(fā)展趨勢(shì)。由于地下水位高，上部建筑自重不足以抵抗浮力，造成了地下室底板上浮變形，給基礎(chǔ)造價(jià)、施工工期造成很大影響。因此，抗浮問題成為了地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要課題。解決地下室抗浮問題可采取壓重法、抗浮樁或抗浮錨桿。相對(duì)前兩者，抗浮錨桿具有施工工藝簡(jiǎn)單、受力明確、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，有效地保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性，體現(xiàn)了抗浮錨桿在抵抗地下室底板所承受的地下水浮力的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)越性。

1 工程概況

本工程由1號(hào)～9號(hào)高層和商業(yè)、地下室組成。規(guī)劃總建筑面積196 662.74 m2，其中地下建筑面積43 444.77 m2。該場(chǎng)地地層主要由第四系人工填土、粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂、卵石等組成?？垢^(qū)域基礎(chǔ)埋深在-10 m以下，涉及的土層基本為中密以上的卵石土。地下水水位埋深568.44 m～571.41 m。場(chǎng)地地下水位豐、枯水期季節(jié)水位變化幅度為1.50 m～2.00 m左右，歷史最高水位為564.00 m。由于絕大部分樓層基礎(chǔ)均位于地下水位之下，所以本工程采用抗浮錨桿措施。本工程抗浮錨桿施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

2 抗浮錨桿設(shè)計(jì)

2.1 抗浮范圍

整個(gè)建筑物地下部分，除筏板基礎(chǔ)、1區(qū)、3區(qū)和后澆帶范圍之外，均需考慮抗浮。需進(jìn)行抗浮處理的區(qū)域面積約13 785 m2。

2.2 抗浮力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

計(jì)算抗浮力標(biāo)準(zhǔn)值F按式(1)計(jì)算：

G+F≥KfV

(1)

其中，G為地下建筑物結(jié)構(gòu)及覆土自重，kN/m2；F為抗浮力標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m2；V為地下水浮力,kN/m2；Kf為抗浮安全系數(shù)，一般取值1.05～1.10。

經(jīng)過抗浮分析計(jì)算，需提供的抗浮力標(biāo)準(zhǔn)值F=54 kN/m2。則抗浮區(qū)域總抗浮能力不小于744 390 kN。初步按2 m×2 m計(jì)算，所需錨桿總數(shù)為3 447根。實(shí)布設(shè)錨桿3 748根。Nak=錨桿總抗浮能力/錨桿總根數(shù)=216 kN。

2.3 錨桿鋼筋截面面積計(jì)算

根據(jù)GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范第7.2條，錨桿截面面積可根據(jù)式(2)確定：

(2)

其中，Na為錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值,kN；Nak為錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值,kN；γQ為荷載分項(xiàng)系數(shù)，可取1.30;As為錨桿鋼筋截面面積,m2；ξ2為錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69；γ0為工程重要性系數(shù)，取1.1；fy為錨筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,kPa，取335 MPa。

計(jì)算所需錨桿鋼筋截面面積As為1 336 mm2，采取3根25的HRB335螺紋鋼筋，總面積為1 471 mm2。

2.4 錨桿錨固長(zhǎng)度計(jì)算

根據(jù)GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范第7.2條，錨固長(zhǎng)度可根據(jù)式(3)確定：

(3)

其中，la為錨桿錨固長(zhǎng)度,m；ξ1為錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，永久錨桿取1.00；ξ3為鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,kPa，永久性錨桿取0.60；D為錨固體直徑，取150 mm；d為錨桿鋼筋直徑,m，取0.025 m；frb為地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值,kPa，取115 kPa；fb為鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,kPa，取1.68 MPa；n為鋼筋根數(shù)。計(jì)算取兩者較大值，錨固長(zhǎng)度la=6.2 m。

2.5 錨桿抗拔承載力特征值

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.7.6，對(duì)于永久性錨桿，計(jì)算錨桿抗拔承載力特征值:

Rt=ξfurhr

(4)

其中，Rt為抗拔承載力特征值,kN；ξ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.8；f為水泥砂漿與巖土層的粘結(jié)強(qiáng)度特征值,kPa；ur為錨桿的周長(zhǎng),m；hr為錨固段嵌入巖層中的有效錨固長(zhǎng)度,m;Rt≥216 kN。

2.6 錨桿總長(zhǎng)度計(jì)算

錨桿自由段長(zhǎng)度，以確保錨桿能嵌入基礎(chǔ)地面以上1/3～1/2為準(zhǔn)，并考慮留250 mm以上的彎頭。本工程基礎(chǔ)厚(高)0.5 m，取自由段長(zhǎng)度為1 000 mm。所以錨桿總長(zhǎng)度為7.2 m(見圖2)。

3 錨桿抗拔試驗(yàn)

本工程按規(guī)范對(duì)場(chǎng)地內(nèi)3根錨桿進(jìn)行了抗拔基本試驗(yàn)。試驗(yàn)加載采用循環(huán)加、卸載法，每級(jí)讀數(shù)3次，讀數(shù)穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級(jí)加載。該3根抗浮錨桿分六循環(huán)加載至最大試驗(yàn)荷載564 kN，各循環(huán)錨頭位移均滿足實(shí)測(cè)彈性位移(Se)，大于錨桿80%自由段長(zhǎng)度理論彈性伸長(zhǎng)值(S1)，小于自由段長(zhǎng)度與1/2錨固段長(zhǎng)度之和的理論彈性伸長(zhǎng)量(S2)，在最大試驗(yàn)荷載下錨頭位移趨于穩(wěn)定。本工程抗浮錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值達(dá)到282.2 kN。試驗(yàn)錨桿在各級(jí)荷載作用下的荷載—位移曲線(Q—S)、荷載—彈性位移曲線(Q—Se)、荷載—塑性位移曲線(Q—Sp)如圖3所示。

4 錨桿抗拔驗(yàn)收試驗(yàn)

工程按規(guī)范對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的129根試驗(yàn)抗浮錨桿進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，結(jié)果表明，在0.5 Nt～1.5 Nt荷載范圍內(nèi)，129根試驗(yàn)抗浮錨桿均滿足S1

5 結(jié)語(yǔ)

錨桿設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況以及建筑所在場(chǎng)地地質(zhì)條件進(jìn)行錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)。并且按照規(guī)范對(duì)錨桿進(jìn)行抗拔基本試驗(yàn)，根據(jù)荷載—位移曲線，抗浮錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值達(dá)到282.2 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。工程對(duì)129根錨桿進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)要求。工程實(shí)踐證明，抗浮錨桿具有施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，是解決地下室抗浮問題比較經(jīng)濟(jì)、合理的方法。對(duì)于地下室抗浮設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。