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        某建筑地下結構抗浮設計分析

        2021-07-20 05:56:52張楊芳
        建材與裝飾 2021年21期
        關鍵詞:錨桿結構設計

        張楊芳

        (北京維拓時代建筑設計股份有限公司太原分公司,山西太原 030000)

        1 工程概況

        某項目由41棟建筑組成,包括產(chǎn)業(yè)研發(fā)辦公樓35棟,配套商業(yè)6棟。該項目總建筑面積1334825m2。該項目為地下三層,局部四層,地下四層為設備用房及車庫,地下二、三層為設備房及地下車庫,地下一層為商業(yè)且局部下沉廣場。由于地下水位較高,設計時,無上部建筑部位采用抗浮錨桿。

        2 地質情況

        2.1 土層

        第①素填土:層厚2.10~9.70m。

        第②層細砂:層厚2.40~12.20m,層底標高2.73~11.27m。

        第③層中砂:層厚2.60~6.90m,層底標高-3.17~3.51m。

        第③1層粉質黏土:層厚1.50~5.50m,層底標高0.13~7.97m。

        第④層粉質黏土:層厚3.30~8.50m,層底標高-8.67~-2.49m。

        2.2 設防水位

        穩(wěn)定地下水位埋深為5.60~10.90m,高程13.44~14.21m,本場地近3~5年最高地下水位埋深2.0m左右,本工程抗浮設防水位絕對高程可按18.5m考慮。

        3 抗浮設計

        3.1 抗浮分析

        3.1.1 基礎形式及底標高

        考慮到本工程水位高,地下室底標高為7.25m(局部4.05m)若采用獨基+防水板,防水板只用來傳遞地下室地面荷載和平衡浮力,防水板厚度一般為250mm,且柱與防水板連接處容易漏水,致使柱腳破壞,若采用筏板+下柱墩,筏板基礎無論在豎向向下、向上的荷載作用,均具有相互傳遞或轉移的性能,與上部結構的協(xié)同作用對結構荷載較小區(qū)域的浮力有一定的分擔作用,因此從經(jīng)濟性及施工過程中降水問題的實用性綜合分析,基礎形式采用筏板+下柱墩。

        3.1.2 抗浮等級

        根據(jù)《建筑工程抗浮設計技術標準》,多層地下室、埋深較大,抗浮等級為甲級。

        3.1.3 抗浮采取方式

        抗浮設防水位18.5m,正負零23.1m,16.55層高,覆土2.5m,筏板厚0.5m,基底標高3.55m,上部荷載(地庫頂梁板+柱自重+基礎自重+覆土)與水浮力比值小于1.05(施工期抗浮安全系數(shù))??紤]到地基承載力滿足要求,但抗浮不穩(wěn)定,所以采用抗浮設計,針對實際情況,提出兩種方案:①增加配重,若增加結構自重的方法(改變梁、板、柱的面積及厚度),會造成結構空間損失,若增加地下室底板配重會加深埋深,進一步涉及基坑開挖、邊坡支護、施工降水問題,且增加水浮力抵消上部荷載起不到有效的抗浮目的,因此增加配重的方式不經(jīng)濟;②在筏板加下柱墩的基礎下設置抗浮錨桿,筏板加下柱墩在一定程度上,不僅滿足了防水板的要求、增加配重,還對錨桿的間距或長度有很大的改善。

        3.2 抗浮錨桿設計

        3.2.1 錨固體材料

        水泥是決定抗浮構件防腐性能的最主要因素,應根據(jù)土、水對混凝土及鋼筋的腐蝕性選用不同種類的水泥,可采用水泥漿、水泥砂漿和細石混凝土。水泥漿漿強度不宜低于30MPa,水泥強度較高時漿體干縮較大,對耐久性不利,故不宜太高。錨桿材料:采用HRB400級鋼筋。

        3.2.2 錨桿的布置、間距及錨桿拉力計算

        抗浮錨桿的布置決定著地下結構底板的受力狀態(tài)和抗浮作用的貢獻。

        根據(jù)底板的配筋合理情況布置錨桿→計算錨桿拉力設計值→確定錨桿直徑、長度→計算錨桿配筋→復核錨桿長度→返回模型復核驗算。

        (1)集中布置,即抗浮樁集中布設在墻柱下及其周圍,其優(yōu)點是可利用柱下及墻下基礎較高承載力傳遞荷載,基礎錨固可靠,受力路徑簡單,在整體抗浮穩(wěn)定性滿足要求的情況下,可考慮抗壓工況的承載力要求,在整體抗浮穩(wěn)定性應滿足要求;此時,基礎底板柱間跨中區(qū)域浮力需靠結構底板傳遞,底板受力及局部彎曲較大,造成底板厚度加大,適合地下水浮力不大、抗浮樁數(shù)量少的情況,特別是有抗壓要求的情況。對于抗浮錨桿而言,由于剛度小及單向受拉的特點,一般不宜采用這種布置模式。

        (2)分布式布置,即均勻布置抗浮錨桿,或布置在墻柱之間。其優(yōu)點是可以根據(jù)地下結構底板上部荷載的不均勻分布與浮力的平衡關系,利用抗浮錨桿進行荷載合理平衡,達到整體抗浮穩(wěn)定要求,并使底板受力更小和更為均勻,變形及裂縫控制更為理想。

        (3)整體抗浮計算間距。

        總的水浮力設計值-底板及上部結構自重標準值/單根錨桿設計值=所需錨桿根數(shù)

        抗拔錨桿布置示意圖如圖1所示。

        圖1 抗拔錨桿布置

        本工程最終采用分布式布置,間距為2.8m。

        (4)確定錨桿。

        水浮力:(18.5-3.55)×10=149.5kN

        結構自重組成如下:

        地庫頂梁板及柱自重:5.5×3+14=30.5kN/m2

        基礎自重:0.5×25=12.5kN/m2

        覆土:2.5×16=40kN/m2,合計83。

        單根錨桿承載力標準值:(149.5-83)×8.4×8.4/25=187.7kN,取210kN。

        此處盈建科軟件讀取錨桿最大拉力標準值為241kN,取250計算。

        3.2.3 錨桿長度計算

        錨桿鋼筋的截面面積:Kt=K=2,fy=435

        As≥Kt×Nt/fy=2Nt/fy=2×250/435=1150mm2,取3根25,實配1476mm2

        錨桿錨固長度計算:D=200mm

        La≥K×Nt/3.14D×qsia=2Nt/fy=2×250/3.14×200×65=12.3m,取13m。

        3.3 特殊部位抗浮處理(坡道、下沉廣場)

        局部抗浮不足的部位只能利用軟件分塊計算、獨立考慮,接近于手算校核,但是不能考慮周圍結構對抗浮的有利作用。

        抗浮設防水位18.5m,正負零23.2,5.4+3.7+3.7+3.7=16.5層高,覆土1.0m,筏板厚0.5m,基底標高3.8m。

        水浮力:(18.5-3.6)×10=149kN

        結構自重組成如下:

        地庫頂梁板及柱自重:5.5+5.5+16=27kN/m2

        基礎自重:0.5×25=12.5kN/m2

        覆土:1.0m×16=16kN/m2,合計55.5

        單根錨桿承載力標準值:(149-58.5)×8.4×8.4/25=255kN,取310kN。

        此處盈建科軟件讀取錨桿最大拉力標準值為330kN,取330計算。

        錨桿鋼筋的截面面積:Kt=K=2,fy=435

        As≥Kt×Nt/fy=2Nt/fy=2×330/435=1517mm2

        取4根22,實配1521mm2。

        錨桿錨固長度計算:D=250mm

        La≥K×Nt/3.14D×qsia=2Nt/fy=2×330/3.14×250×65=13m,取13.5m。

        4 抗浮設計對基礎配筋的影響

        水浮力較大時,設置抗浮錨桿,為有效的抗浮措施,同時,均勻布置錨桿,有效地減小筏板基礎底部彎矩和配筋,且底板受力均勻,彎矩及配筋較小。

        5 抗浮設計注意的事項

        (1)抗浮設計時不僅要關注結構的整體抗浮穩(wěn)定驗算,對于局部埋深較深的部位,以及結構自重較小的部位,尤其是上部結構樓層缺層或者大范圍樓板開洞部位,更要仔細核算局部抗浮是否滿足,避免局部抗浮不足問題的出現(xiàn)。

        (2)在地下水作用下,基礎底板構件應具有足夠的強度和剛度,并應進行浮力作用下的抗彎抗剪抗沖切承載力驗算。

        (3)施工過程中需要采取臨時降低地下水位措施時,設計說明中應明確說明施工過程中停止降水的時間要求,以免停止降水后水位過早上升,發(fā)生問題。

        (4)沉降后澆帶一般會在停止降水以后封閉,因此底板及墻體的沉降后澆帶做法中應給出后澆帶加強層做法,以抵抗水壓力。

        (5)當主樓與地下結構或者裙房之間未設置結構縫時,若地下結構或者裙房由于抗浮不足需要設置抗拔樁,抗拔樁的支承作用會限制地下結構或者裙房的沉降,從而加大主樓與地下結構及裙房間的沉降差,因此沉降后澆帶的封閉時間應該嚴格要求。

        6 結語

        工程設計中,抗浮錨桿有其自身的獨特性,除了能平衡地下水浮力作用外,還可起到加固地基的作用,從而減小地基變形及不均勻沉降。抗浮錨桿作為小型的受拉構件,在許多抵抗水浮力的方法中,其擁有工藝簡單、施工方便、抗拔承載力較高等眾多優(yōu)點,希望建筑行業(yè)廣泛應用。

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