文_鐘世曉(南寧市建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)一分院,集團(tuán)副總工程師、分院總工程師,高級(jí)工程師)
關(guān)于錨桿的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、資料有很多,本文僅抽選針對(duì)抗浮錨桿試驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比,并對(duì)其中一些內(nèi)容稍做延展分析。相關(guān)規(guī)范、圖集分別為《抗浮錨桿技術(shù)規(guī)程》(YB/T 4659——2018)、《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476——2019)、《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086——2015)、圖集《建筑結(jié)構(gòu)抗浮錨桿》(22G815)、《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 72——2017),《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ))》(2009年版)(以下簡稱《全國措施》)。
基本試驗(yàn):確定錨桿的極限承載力,驗(yàn)證錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝的合理性,為錨桿設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。
蠕變試驗(yàn):為了檢測錨桿蠕變特性,為控制蠕變量和預(yù)應(yīng)力損失提供錨桿設(shè)計(jì)參數(shù),包括蠕變速率試驗(yàn)和預(yù)應(yīng)力損失試驗(yàn)。
超張拉檢驗(yàn):抗浮錨桿對(duì)于巖土地層條件及施工工藝更為敏感,且受桿體強(qiáng)度的限制,應(yīng)采取部分錨桿進(jìn)行超張拉試驗(yàn),以擴(kuò)大檢測的比例,使得檢測結(jié)果更為可靠。
持有荷載試驗(yàn):測試錨桿工作狀態(tài)下的受拉荷載,或驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力錨桿的鎖定荷載。持有荷載試驗(yàn)既可用于監(jiān)測預(yù)應(yīng)力錨桿在工作期間的桿體預(yù)應(yīng)力變化情況,也可對(duì)非預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體拉力進(jìn)行檢測。對(duì)未埋設(shè)錨桿測力計(jì)的錨桿,采用持有荷載試驗(yàn)測試錨桿桿體持有荷載是一種有效的方法。注意一般要求在施工后進(jìn)行試驗(yàn),甚至有明確應(yīng)在張拉鎖定后12小時(shí)內(nèi)完成持有荷載試驗(yàn)。在錨桿張拉鎖定完成時(shí),進(jìn)行持有荷載試驗(yàn)得到的試驗(yàn)結(jié)果即為錨桿鎖定力值。
鎖定值試驗(yàn):用于檢驗(yàn)錨桿預(yù)應(yīng)力施工控制過程及鎖定力與設(shè)計(jì)要求的符合程度。在JGJ 476——2019中屬于驗(yàn)收試驗(yàn)項(xiàng)目并給出試驗(yàn)方法,在圖集22G815則是要求張拉前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn),但未提及試驗(yàn)方法。
驗(yàn)收試驗(yàn):驗(yàn)證工程錨桿抗拔力是否滿足設(shè)計(jì)要求,為隱蔽工程提供驗(yàn)收依據(jù)。
為避免地基基礎(chǔ)沉降變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋松弛,預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定宜在施工至一定階段后進(jìn)行。
各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集要求進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目詳見表1,其中JGJ 476——2019和圖集22G815要求進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目最全面。
表1 抗浮錨桿試驗(yàn)項(xiàng)目
注意各規(guī)范對(duì)要進(jìn)行蠕變試驗(yàn)的巖土層情況表述有細(xì)微區(qū)別,按頒行時(shí)間依次為如下。
《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》CECS 22∶2005要求塑性指數(shù)大于17的土層中的錨桿、極度風(fēng)化的泥質(zhì)巖層或節(jié)理裂隙發(fā)育張開且充填有黏性土的巖層中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變試驗(yàn)。
GB 50086——2015對(duì)上述下劃線的內(nèi)容改為:強(qiáng)風(fēng)化的泥巖。
JGJ 476——2019對(duì)上述下劃線的內(nèi)容又?jǐn)U展為:全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化的泥質(zhì)巖層。
圖集22G815對(duì)上述下劃線的內(nèi)容又進(jìn)一步擴(kuò)展為:全風(fēng)化巖層及泥質(zhì)巖層,而且塑性指數(shù)調(diào)整為大于20。
《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021——2001)按巖石風(fēng)化程度依次分類為:未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化、殘積土,CECS 22∶2005描述的極度風(fēng)化究竟屬于哪個(gè)程度,也未在條文說明中進(jìn)行解讀。
其他工程質(zhì)量檢查和驗(yàn)收項(xiàng)目可參照J(rèn)GJ 476——2019的9.4章節(jié)或圖集22G815第12、13頁執(zhí)行。
各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集關(guān)于試驗(yàn)、抽檢數(shù)量的規(guī)定也有差異,各自表述不同,詳見表2。
表2 抗浮錨桿試驗(yàn)數(shù)量
圖集22G815要求基本試驗(yàn)、蠕變試驗(yàn)、壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨桿的承載力檢測執(zhí)行《錨桿檢測與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 401——2017的有關(guān)規(guī)定。
JGJ 476——2019、圖集22G815要求執(zhí)行《錨桿錨固質(zhì)量無損檢測技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 182——2009),對(duì)于灌漿錨桿長度及注漿密實(shí)度檢測,抽樣率不宜少于錨桿總數(shù)的10%且每批不少于20根。但是JGJ/T 182——2009的1.0.2和1.0.5都明確說明,該規(guī)程只適用全長黏結(jié)錨桿錨固質(zhì)量的無損檢測,檢測手段為聲波反射法,在5.1.1又再次強(qiáng)調(diào)適用于全長黏結(jié)錨桿。在沒有其他檢測手段的情況下,很容易得出結(jié)論:只有全長同截面的錨桿才能檢測其灌漿錨桿長度及注漿密實(shí)度,對(duì)由自由段+錨固段、分散型、擴(kuò)大段(端)等組成的預(yù)應(yīng)力錨桿尚無檢測手段。規(guī)范、圖集中無差別要求執(zhí)行JGJ/T 182——2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測,是很不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,在工程?shí)踐中,設(shè)計(jì)單位為了不違規(guī),設(shè)計(jì)文件只能按規(guī)范寫要求,把問題轉(zhuǎn)移到檢測單位。
JGJ 476——2019要求抗浮構(gòu)件驗(yàn)收檢驗(yàn)不合格或不合格的數(shù)量超過抽檢總數(shù)的10%時(shí),應(yīng)按不合格構(gòu)件數(shù)量的3倍進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)。補(bǔ)充檢驗(yàn)結(jié)果不合格時(shí),應(yīng)按廢棄或降低標(biāo)準(zhǔn)使用,或處理后再按驗(yàn)收檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。
錨桿施工過程中不可避免會(huì)對(duì)周邊土造成擾動(dòng),隨著休止時(shí)間的增加,錨桿承載力也逐漸增加并穩(wěn)定。休止時(shí)間是指錨固體與巖土層黏結(jié)力恢復(fù)所需的時(shí)間。
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),錨固體及錨固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到15MPa及20MPa,一般能夠滿足試驗(yàn)需要,但是壓力型錨桿設(shè)計(jì)承載力較大時(shí),對(duì)錨固體的強(qiáng)度要求較高,為避免質(zhì)量糾紛,驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)錨固體強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
因地下水位受降雨影響而變化,地下結(jié)構(gòu)承受的上浮力常呈現(xiàn)低頻大變幅循環(huán),所以通過多循環(huán)加卸載試驗(yàn)盡量模擬抗浮錨桿的實(shí)際工作環(huán)境,以確定其承載力及變形剛度。
由于工程界長期習(xí)慣于施加單循環(huán)荷載,施加多循環(huán)荷載的經(jīng)驗(yàn)尚不普遍,故在“探究試驗(yàn)”時(shí)要求采用多循環(huán)法,“適應(yīng)試驗(yàn)”是優(yōu)先采用多循環(huán)法,也可采用單循環(huán)法。另外,巖體質(zhì)量等級(jí)I~I(xiàn)II級(jí)的全黏結(jié)巖石錨桿在周期荷載下變形一般較小,可采用單循環(huán)試驗(yàn)。
預(yù)應(yīng)力錨桿采用循環(huán)法試驗(yàn)的主要目的是測定錨筋的塑性與彈性變形,用以判斷錨筋的表觀自由長度是否在設(shè)計(jì)預(yù)期之內(nèi),從而推斷錨桿的自由段長度是否滿足設(shè)計(jì)要求,為工程錨桿的驗(yàn)收提供對(duì)比依據(jù)。
由上述可知為何各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的基本試驗(yàn)都要求分級(jí)多循環(huán),而驗(yàn)收試驗(yàn)則不一定如此。
各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集對(duì)試驗(yàn)前最短休止時(shí)間和構(gòu)件強(qiáng)度要求各有不同,加載方式也有細(xì)微區(qū)別,詳見表3。
表3 抗浮錨桿試驗(yàn)前置條件、加載方式
YB/T 4659——2018中的非黏性土指粉土、砂土及碎石土。還要求預(yù)應(yīng)力錨桿驗(yàn)收檢測執(zhí)行GB 50086——2015的有關(guān)規(guī)定。
不同規(guī)范、資料關(guān)于試驗(yàn)最大加載值的要求各有表述,詳見表4,其中各種符號(hào)、術(shù)語繁多,有些在原文中無明確解釋和取值定義,筆者在此通過各規(guī)范、資料之間的橫向借鑒、分析,供工程師思量,酌情采用。
表4 抗浮錨桿試驗(yàn)最大加載值
YB/T 4659——2018雖然未如JGJ 476——2019、圖集22G815那樣要求進(jìn)行超張拉檢驗(yàn),但也提到宜超張拉,超張拉荷載宜為設(shè)計(jì)鎖定荷載+預(yù)計(jì)損失荷載。
關(guān)于地基基礎(chǔ)承載力試驗(yàn),試驗(yàn)最大加載值一般是不小于2倍承載力特征值(或標(biāo)準(zhǔn)組合下的作用效應(yīng)),但看表4可知,還是有例外的,需工程師自行判斷如何執(zhí)行。
GB 50086——2015中錨桿拉力設(shè)計(jì)值Nd=1.35×γw×Nk=1.485Nk,Nk為錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值,γw為工作條件系數(shù),一般情況取1.1。那么試驗(yàn)加載1.2Nd=1.2×1.485Nk=1.782Nk,小于2倍抗拔承載力特征值(標(biāo)準(zhǔn)組合條件下的拉力標(biāo)準(zhǔn)值)。
YB/T 4659——2018中,錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nk≤錨桿抗拔承載力特征值R=錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)Ruk/2,Ruk由錨固體與巖土間黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值估算而來。由此可見,其非預(yù)應(yīng)力錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)加載只是1.5倍錨桿抗拔承載力特征值,預(yù)應(yīng)力錨桿驗(yàn)收同GB 50086——2015,如上所分析,加載值也僅是1.785Nk,兩者均小于2倍關(guān)系(注意作用效應(yīng)Nk×γO≤抗力R,尚要考慮不小于1的重要性系數(shù)γO,因此實(shí)際試驗(yàn)加載值較2倍抗拔承載力特征值小的更多)。
其一,YB/T 4659——2018在設(shè)計(jì)計(jì)算章節(jié),錨桿的拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nk、錨桿抗拔承載力特征值R、錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值Ruk均有明確定義和算式,而持有荷載試驗(yàn)提到的“錨筋抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值”究竟對(duì)應(yīng)哪個(gè)取值?借鑒圖集22G815提到設(shè)計(jì)鎖定荷載取值不宜小于錨桿抗拔承載力特征值Rta,推測YB/T 4659——2018中的設(shè)計(jì)鎖定荷載Qld≥R,則持有荷載試驗(yàn)最大加載值≥Qld設(shè)計(jì)鎖定荷載≥1.2R,繞過不明晰的“錨筋抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值”取值問題。
其二,圖集《建筑結(jié)構(gòu)抗浮錨桿》(22G815)的基本試驗(yàn)、蠕變試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)均要求執(zhí)行《錨桿檢測與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 401——2017)的有關(guān)規(guī)定,基本試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載(Qmax)預(yù)估值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定。
(1)拉力型錨桿:Qmax=1.0~1.5×min(錨固段注漿體與巖土體之間破壞荷載預(yù)估值,桿體與錨固段注漿體之間破壞荷載預(yù)估值)。
(2)壓力型錨桿:Qmax=max(1.0~1.5×錨固段注漿體與巖土體之間破壞荷載預(yù)估值,0.9×錨固段注漿體局部抗壓破壞荷載)。
(3)鋼絞線錨桿桿體應(yīng)力≤0.85×桿體極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),鋼筋錨桿桿體應(yīng)力≤0.9×桿體屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。
(4)錨固段注漿體與巖土體之間破壞荷載、桿體與錨固段注漿體之間破壞荷載按現(xiàn)行各個(gè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。
《錨桿檢測與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 401——2017)中Nk為荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的錨桿拉力值。
其三,《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476——2019)中的術(shù)語、符號(hào)應(yīng)用相當(dāng)混亂,有些名詞未給出定義,因此要靠讀者自行解讀,如下所示。
(1)Nt:作用基本組合條件下錨桿承擔(dān)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值。
(2)Rt:錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值。
(3)Nka:抗浮錨桿抗拔承載力特征值,Nka≤Rt/2。
(4)設(shè)計(jì)值:出現(xiàn)在9.4.5,超張拉檢驗(yàn)的張拉力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的1.2倍,設(shè)計(jì)值無明確定義;借鑒YB/T 4659——2018和圖集22G815的超張拉荷載宜為設(shè)計(jì)鎖定荷載+預(yù)計(jì)損失荷載、設(shè)計(jì)鎖定荷載取值不宜小于錨桿抗拔承載力特征值的規(guī)定,如根據(jù)設(shè)計(jì)值取值同Nka≥Nt推測,超張拉荷載≥1.2Nka≥1.2Nt,此處Nt是計(jì)入分項(xiàng)系數(shù)1.35的基本組合值,圖集22G815中超張拉荷載尚且不小于1.2設(shè)計(jì)值,圖集的設(shè)計(jì)值Ntd=1.35Rta,也計(jì)入分項(xiàng)系數(shù),由此也佐證兩者雖概念上一致,但實(shí)際應(yīng)用上不完全一樣,JGJ 476——2019是用計(jì)入1.35分項(xiàng)系數(shù)的Nt、Nka確定錨桿長度、直徑,而其他規(guī)范多是用計(jì)入1.0分項(xiàng)系數(shù)的Rta確定錨桿長度、直徑,詳見后續(xù)分析。
(5)預(yù)估破壞荷載:出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力錨桿基本試驗(yàn)E.2.10,無定義。
(6)預(yù)估破壞荷載Nt:出現(xiàn)在蠕變試驗(yàn)E.2.17、E.2.18,又重復(fù)符號(hào)Nt,仍無定義。其試驗(yàn)表格符號(hào)和數(shù)值完全照搬《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》CECS 22∶2005的試驗(yàn)表格,在其中增加了注釋Nt為預(yù)估破壞荷載,而CECS22中的Nt定義為錨桿的拉力設(shè)計(jì)值,計(jì)算筋體、錨固體時(shí)尚要乘以安全系數(shù)Kt(取值1.4~1.8)、K(取值1.4~2.2),與預(yù)估破壞荷載的字面意思不符,起碼加載超過K×Nt前不應(yīng)破壞。
(7)鎖定荷載設(shè)計(jì)值Nt:出現(xiàn)在鎖定試驗(yàn)H.5.4,無明確定義,在8.5.6-4提到鎖定荷載等于、小于抗拔力設(shè)計(jì)值時(shí)該如何,也沒規(guī)定鎖定荷載取值。(7)鎖定荷載設(shè)計(jì)值Nt與(1)Nt、(6)Nt同符號(hào),分別代表基本組合、預(yù)估破壞、鎖定荷載,字面意思不同,雖都同樣符號(hào)為Nt,取值應(yīng)該還是不同的。同樣借鑒圖集22G815提到設(shè)計(jì)鎖定荷載取值不宜小于錨桿抗拔承載力特征值Rta,鎖定荷載設(shè)計(jì)值Nt≥Nka,因此推測鎖定荷載試驗(yàn)最大加載值=1.1Nt≥1.1Nka(此處Nt是設(shè)計(jì)鎖定荷載,與(1)Nt不同)。
(8)拉力設(shè)計(jì)值:出現(xiàn)在驗(yàn)收試驗(yàn)H.1.4,還是無定義;在后續(xù)分析中,可以推導(dǎo)出(1)Nt/Ntk基本都大于1.35,若是拉力設(shè)計(jì)值?。?)Nt,那么驗(yàn)收試驗(yàn)加載值上限取1.5Nt=1.5×1.35Ntk>2Ntk。但很奇怪的是,其他試驗(yàn)加載都規(guī)定下限值,JGJ 476——2019關(guān)于驗(yàn)收試驗(yàn)加載值只提上限,不宜超過1.5倍拉力的設(shè)計(jì)值,若是擔(dān)心加載過大超出桿體承載力、黏結(jié)強(qiáng)度導(dǎo)致錨桿破壞,而要補(bǔ)做錨桿,給項(xiàng)目帶來不必要的損失和麻煩,這是在可允許的范圍內(nèi),但也應(yīng)該設(shè)定一個(gè)加載下限,以確認(rèn)承載力達(dá)到要求。
其四,YB/T 4659——2018基本試驗(yàn)的預(yù)估破壞荷載,JGJ 476——2019的(5)預(yù)估破壞荷載、(6)預(yù)估破壞荷載Nt是否可以借鑒JGJ/T 401——2017的有關(guān)規(guī)定?其實(shí)就是根據(jù)錨固體與巖土黏結(jié)強(qiáng)度、桿體與錨固體黏結(jié)強(qiáng)度估算的抗拔力。JGJ 476——2019沒如其他規(guī)范那樣要求還用桿體與錨固體的黏結(jié)強(qiáng)度復(fù)核抗拔力,估計(jì)是因?yàn)楦鶕?jù)工程實(shí)踐,基本上都是錨固體與巖土的黏結(jié)起控制作用,尤其是土層錨桿的情況,不必多此一驗(yàn)算。
JGJ 476——2019的基本試驗(yàn)的加載是不小于1.2倍預(yù)估破壞荷載,如上所述,借鑒JGJ/T 401——2017的概念,預(yù)估破壞荷載即為用錨固體與巖土間黏結(jié)強(qiáng)度估算出來的極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rt≥2Nka≥2Nt。預(yù)應(yīng)力錨桿基本試驗(yàn)≥1.2倍預(yù)估破壞荷載=2.4Nka或2.4Nt。也算符合在施工前試驗(yàn)比預(yù)估承載力大2倍以上,或加載到破壞的普適原則。
若是按JGJ 476——2019中的蠕變試驗(yàn)加載≥1.5預(yù)估破壞荷載=1.5×2Nka=3倍估算的抗拔力特征值,加載有些偏大,遠(yuǎn)超出錨桿預(yù)估的工作狀態(tài)??梢詫?duì)比GB 50086——2015的蠕變試驗(yàn)加載取值1.2Nd=1.782Nk,圖集22G815執(zhí)行JGJ/T 401——2017的蠕變試驗(yàn)加載取值1.5Nk。若是JGJ 476——2019中的蠕變試驗(yàn)加載≥1.5Nt,此處Nt為作用基本組合條件下錨桿承擔(dān)的荷載標(biāo)準(zhǔn),把后續(xù)分析的Nt≥0.35Kw×Nwk+Ntk帶入,蠕變試驗(yàn)加載≥1.5Nt≥0.525Kw×Nwk+1.5Ntk,可知蠕變試驗(yàn)加載至少≥1.5Kw×Ntk,還會(huì)溢出0.525Kw×Nwk,既然是因?yàn)榭垢》€(wěn)定不足而需要設(shè)抗浮錨桿,那么考慮自重的情況下,水浮力Nwk基本都是比Ntk大,甚至?xí)蠛芏?,哪怕是完全沒有自重抗浮,Gk=0,Nwk=Kw×Ntk,抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw≥1.0,此時(shí)蠕變加載值≥0.525×Kw×Ntk+1.5Ntk=(0.525Kw+1.5)×Ntk,最小也大于2倍標(biāo)準(zhǔn)組合的拉力值,實(shí)際工程中Gk基本不會(huì)為零,其蠕變加載值只會(huì)更大。
為方便分析,現(xiàn)設(shè)定:結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk,錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值Ntk,水浮力標(biāo)準(zhǔn)值Nwk,對(duì)應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)γG、γt、γw,抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw,重要性系數(shù)γo,錨桿拉力設(shè)計(jì)值(基本組合條件下的標(biāo)準(zhǔn)值)Nt,按《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476——2019)的3.0.3和3.0.9規(guī)定:
(γG×Gk+γt×Ntk)/ (γw×Nwk) ≥Kw
→(1×Gk+1×Ntk)/ (1×Nwk) ≥Kw
→Ntk≥Kw×Nwk-Gk;
由于JGJ 476——2019未如其他規(guī)范那樣直接給出公式告知標(biāo)準(zhǔn)組合下錨桿拉力值與基本組合下拉力值的關(guān)系,以《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068——2018)的8.2規(guī)定,γo×Sd≤Rd,Sd=γw×Nwk,JGJ 476——2019的6.3.1規(guī)定抗浮力Rd包括Gk(結(jié)構(gòu)自重、附加物自重)和Nt(抗浮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗力),即γo×γw×Nwk≤Gk+Nt,因此錨桿長度、直徑、配筋的計(jì)算所采用的基本組合拉力值Nt≥γo×γw×Nwk-Gk=γo×1.35×Nwk-Gk。
抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)分別為甲級(jí)、乙級(jí)、丙級(jí)時(shí),Kw和γo恰好都分別為1.1、1.05、1.0,為方便分析,化繁為簡把代入Kw=γo,上式可等同于
Nt≥Kw×1.35×Nwk-Gk= 0.35Kw×Nwk+Kw×Nwk-Gk
為方便分析對(duì)比,把Ntk=Kw×Nwk-Gk帶入上式,則
Nt≥0.35Kw×Nwk+Ntk;
那么,Nt/Ntk=(0.35Kw×Nwk+Ntk)/Ntk=0.35Kw×Nwk/Ntk+1
把Kw×Nwk=Ntk+Gk再代入上式得到
Nt/Ntk=0.35×(Ntk+Gk)/Ntk+1=1.35+0.35×Gk/Ntk
由上式可知,JGJ 476——2019體系下的基本組合拉力/標(biāo)準(zhǔn)組合拉力值至少是1.35(實(shí)操中,Ntk取值會(huì)使Kw>γo,上述推導(dǎo)過程中的Kw=γo并不成立,實(shí)算得到的最小倍數(shù)與1.35稍有出入),水浮力不變的情況下,自重Gk越大,抗浮穩(wěn)定所需的標(biāo)準(zhǔn)組合拉力值Ntk就越小,但計(jì)算錨桿長度、直徑、配筋的基本組合拉力值Nt雖然也會(huì)減少,但衰減幅度會(huì)變小,導(dǎo)致Nt相對(duì)Ntk的倍數(shù)就會(huì)增大。
為更直觀了解,把各作用荷載簡化為按錨桿間距分?jǐn)偟腉k、Ntk、Nt,分別賦予具體數(shù)值,Kw≥1.05,γo=1.05,對(duì)比分析如表5。
表5 抗浮力中自重Gk不同占比對(duì)應(yīng)錨桿所需分擔(dān)拉力Ntk對(duì)比表
結(jié)構(gòu)分析軟件執(zhí)行JGJ 476——2019規(guī)定所列出的工況,也能展示出類似問題。
自重占比大時(shí),計(jì)算錨桿長度、直徑和配筋的Nt是抗浮穩(wěn)定所需Ntk兩倍多。
稍加點(diǎn)恒載,自重占比更大,抗浮穩(wěn)定所需Ntk大幅度減小,但Nt減小幅度相對(duì)不大,Nt/Ntk達(dá)到夸張的12.8倍,很不合理。
再加大恒載,自重已經(jīng)能壓過水浮力,Ntk<0,意味著抗浮穩(wěn)定已滿足,不需要設(shè)錨桿,但分析軟件仍然會(huì)提供計(jì)算錨桿長度、直徑和配筋的Nt,較不合理。
從推導(dǎo)式和算例均可看出,在抗浮抗力中自重Gk比重越大,抗浮穩(wěn)定所需的錨桿抗拔力Ntk越小,計(jì)算錨桿構(gòu)件長度、直徑、配筋的拉力設(shè)計(jì)值Nt的絕對(duì)值雖然減小,但相對(duì)Ntk要越大,須知設(shè)置抗浮錨桿是源自抗浮穩(wěn)定不足,需要增加抗拔力Ntk,用比Ntk拋大很多且不定倍數(shù)的Nt設(shè)計(jì)錨桿長度、直徑、配筋,并不合理,會(huì)無端加大建設(shè)成本。
對(duì)比其他規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值(特征值)和設(shè)計(jì)值(基本組合下的標(biāo)準(zhǔn)值、極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值)之間的關(guān)系,都是穩(wěn)定的。
GB 50086——2015中錨桿拉力設(shè)計(jì)值Nd,錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nk,Nd=1.35×γw×Nk=1.485Nk;用Nd算錨桿筋體As,也算所需錨固體直徑、長度(考慮安全系數(shù)2~2.2)。
YB/T 4659——2018中錨桿拉力設(shè)計(jì)值N,錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nk,錨桿抗拔承載力特征值R,錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值Ruk,N=1.35Nk≤1.35R=1.35Ruk/K=1.35Ruk/2=0.675Ruk;γc×N算錨桿筋體As,γc=1.15,R算所需錨固體長度、直徑。
圖集22G815中錨桿抗拔承載力特征值Rta,錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk,Rta=Tuk/K=Tuk/2;計(jì)算錨桿筋體面積As采用Kt×Ntk,錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)Ntk=1.0Rta,Kt=2,Rta算所需錨固體長度、直徑。
《全國措施》中錨桿抗拔承載力特征值Rt,荷載效應(yīng)基本組合下錨桿拉力設(shè)計(jì)值Ntd,Ntd=1.35Rt;與其他規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)用黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不同,《全國措施》用黏結(jié)強(qiáng)度特征值算Rt,因此在Rt算式中不引入其他規(guī)范有的安全系數(shù)K(一般取值2);Ntd算錨桿筋體面積As。
在工程實(shí)踐中執(zhí)行JGJ 476——2019會(huì)出現(xiàn)上述與眾不同的不合理情況,是因?yàn)橹锌垢》€(wěn)定所需Ntk和計(jì)算抗浮構(gòu)件長度、直徑、配筋采用Nt的計(jì)算方式不同,或許在抗浮設(shè)計(jì)中,由于抗力中的自重、抗拔力與水浮力效應(yīng)存在關(guān)聯(lián)互動(dòng),生硬套用GB 50068——2018的γo×Sd≤Rd,可能并不合適,如其他規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)直接從標(biāo)準(zhǔn)組合Ntk≥Kw×Nwk-Gk,乘以分項(xiàng)系數(shù)得到基本值Nt,更簡單、合理些。
值得注意的是JGJ 476——2019的3.0.8、3.0.9與YB/T 4659——2018的3.0.5、3.0.6都是關(guān)于錨桿兩類極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、作用效應(yīng)組合與抗力限值的規(guī)定,兩者內(nèi)容基本吻合,但后者明顯更為合理。
JGJ 476——2019中3.0.9-2規(guī)定用分項(xiàng)系數(shù)取1.35的基本組合去確定構(gòu)件長度、直徑和配筋及驗(yàn)算材料強(qiáng)度。
YB/T 4659——2018在3.0.6-5規(guī)定計(jì)算錨桿抗拔力特征值和確定錨桿錨固段長度時(shí),傳至錨桿的作用效應(yīng),應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)組合。在3.0.6-4中規(guī)定基本組合確定構(gòu)件內(nèi)力、配筋、計(jì)算錨桿筋體面積和驗(yàn)算材料強(qiáng)度,從荷載效應(yīng)基本組合下錨桿拉力設(shè)計(jì)值公式N=1.35Nk(5.1.3),可知基本組合的分項(xiàng)系數(shù)為1.35。
YB/T 4659——2018的規(guī)定明顯與荷載標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)地基承載力特征值確定基底尺寸、樁長、樁徑,荷載基本組合確定基礎(chǔ)高度、配筋的普適觀念相符。
因此筆者認(rèn)為后頒行的JGJ 476——2019的3.0.9可能套用了YB/T 4659——2018的3.0.6的規(guī)定,卻又套用GB50068——2018中γo×Sd≤Rd的概念,導(dǎo)致不合理,出現(xiàn)上述分析Nt/Ntk的偏差,然而YB/T 4659——2018只是推薦性規(guī)程,JGJ 476——2019是后頒行的標(biāo)準(zhǔn)。
從上述分析,可以看出各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于試驗(yàn)加載值的要求相當(dāng)雜亂。在工程實(shí)踐中,關(guān)于試驗(yàn)加載值,工程師可考慮如下建議。
基本試驗(yàn):加載至破壞、2倍抗拔承載力特征值=預(yù)估破壞荷載(根據(jù)錨固體與巖土黏結(jié)強(qiáng)度、桿體與錨固體黏結(jié)強(qiáng)度估算的抗拔力)。
蠕變試驗(yàn):1.5~2倍抗拔承載力特征值。
超張拉檢驗(yàn):1.7倍抗拔承載力特征值(1.2×1.35=1.62,再考慮重要性系數(shù))。
持有荷載試驗(yàn):1.2~2倍抗拔承載力特征值。
預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定值試驗(yàn):1.1倍抗拔承載力特征值。
驗(yàn)收試驗(yàn):2倍抗拔承載力特征值。
關(guān)于錨桿筋體面積的計(jì)算,各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)均有規(guī)定,在此僅補(bǔ)充試驗(yàn)加載對(duì)筋體的要求詳見表6。
表6 抗浮錨桿試驗(yàn)加載對(duì)錨桿配筋的要求
挑選常用錨桿筋體材料,按表6的要求列在表7,JGJ 476——2019要求0.9倍錨桿桿體承載力標(biāo)準(zhǔn)明顯大于GB 50086——2015要求的桿體屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值85%,不再列出,工程師可斟酌選用以確定筋體面積。
表7 抗浮錨桿筋體強(qiáng)度
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2015年版)(GB 50010——2010)、《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線》(JG/T 161——2016)和《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T 5224——2014)均未給出鋼絞線的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,只有《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330——2013)給出鋼絞線的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。
現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)較多,互不一致,甚至矛盾的內(nèi)容并少見。通常,工程師采用哪個(gè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),就按其全套規(guī)定執(zhí)行?!督ㄖこ炭垢〖夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 476——2019)是關(guān)于抗浮內(nèi)容最全面,完整體系的標(biāo)準(zhǔn),抗浮錨桿只是其中一部分內(nèi)容,按該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)、施工、檢測即可,關(guān)于錨桿內(nèi)容,未詳盡的可參照執(zhí)行更專業(yè)于錨桿的YB/T 4659——2018有關(guān)規(guī)定。但正如前文分析所展示的情況,JGJ 476——2019對(duì)試驗(yàn)加載值有各種無明確定義的術(shù)語、符號(hào)讓人揣測,工程實(shí)踐中,工程師們怎么取值全憑各人理解,而且關(guān)于作用效應(yīng)組合的規(guī)定會(huì)出現(xiàn)不合理的結(jié)果。因此,筆者對(duì)各相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)做對(duì)比分析,以供工程師在工程實(shí)踐中斟酌思量,做出合理的選擇。