地下结构抗浮锚杆的应用与设计

2013-07-02李殿平

焦作大学学报 2013年1期

刘颖李殿平

(大连海洋大学土木工程系，辽宁大连 116300)

0.引言

在沿海地区，随着城市规模扩大，人们对地下工程的应用越来越多。由于地下水位较高，地下建筑物的自重和地面回填土的重量往往不能平衡水的浮力，因此需要进行抗浮设计。目前，地下室抗浮方法主要有配重法、降排水法、抗拔桩法及抗浮锚杆。其中，抗浮锚杆是利用锚杆和砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力的。抗浮锚杆不仅不影响地下室净高，而且由于锚杆间距小、地下室底板可以做得较薄，因而造价低廉、施工方便、受力合理[1]。将抗浮锚杆的应用与设计情况介绍如下。

1.工程概况

某商务写字楼位于大连沿海某市，建筑面积9万m2，该建筑主要有超高层主楼和裙楼组成，裙楼为地上三层共建和地下两层。由于裙楼不能平衡地下水浮力，采用抗浮锚杆作为永久性抗浮结构。通过地质勘察得知地质情况如下:(1)人工填土层:平均厚度为2.0 m;(2)粉质黏土层:平均厚度为3.2 m;(3)强风化岩石:平均厚度为14 m;(4)中风化岩石:平均厚度为10－25.8 m。强风化岩石承载力特征值为500 Kpa，中风化岩石承载力特征值为900 Kpa。场地水类型属于承压水，主要来自赋存基岩风化裂隙水、场地杂填土层下部及碎石层中地下水，与海水相通，随潮汐而变化。

设计时将地板坐落在强风化岩层上，基岩性能很好，因此采用抗浮锚杆，锚杆锚固于地板下岩层，上部直接浇筑在混凝土底板内。

2.抗浮锚杆的抗拔承载力确定

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)[2]、《岩土锚杆(索)技术规程》(ECCS22:2005)[3]规定，需要对抗浮锚杆进行试验，以确定锚杆的抗拔承载力。锚杆的承载力取决于锚杆杆体材料强度、杆体与砂浆之间的握裹力及砂浆体与岩土层之间的抗剪强度。试验的目的主要是测试砂浆体与岩土层之间的抗剪强度。根据场地岩土情况进行了8组试验，每组3根，分布在场区的不同位置，锚杆直径130mm，注浆采用水泥砂浆掺入膨胀剂和早强剂。加载采用单调加载，每级读数3次，每级读数稳定后方可进行下一级加载。根据现场试验得出的Q－S(荷载－位移)曲线确定每根抗浮锚杆的极限承载力，锚杆极限承载力除以安全系数2即为锚杆抗拔承载力特征值，最终以此值作为抗浮锚杆承载力的设计值，经试验和计算确定:强风化岩，单位抗拔力均值 Rt=56.6(kN/m)，摩阻剪应力均值为0.173;中风化岩，单位抗拔力均值 Rt=95.2(kN/m)，摩阻剪应力均值为0.292。

3.抗浮锚杆的设计计算

3.1 浮力的计算

根据岩土工程报告，抗浮地下水位计算标高为海拔5.00米，本工程 ±0.00为海拔 6.75米，地下室底板标高为－10米，地下室底板水头为8.25米，地下室及地面回填土重30kpa，则地下水浮力为:

3.2 抗浮锚杆承受的荷载qf

3.3 抗浮锚杆面积确定及轴向拉力计算

采用的锚杆成孔直径130mm，钢筋采用 HRB335，钢筋面积选用228(As=1230.9mm2)，则抗浮锚杆轴向拉力值Nt为:

式中，As为钢筋截面面积;fyk为抗浮锚杆钢筋抗拉强度标准值;kt为锚杆杆体的抗拉安全系数，HRB335级取1.6。

3.4 抗浮锚杆锚固长度确定

按照《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)规定，抗浮锚杆锚固长度为:

式中，k为安全系数，取2;n为钢筋根数;d为钢筋直径;fms为锚固段注浆体与筋体间的粘结强度标准值，可取2～3;D为锚杆锚固段的钻孔直径;fmg为锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值，较硬岩和硬岩可取1.6;ζ为采用 2根钢筋时折减系数，可取0.6～0.85;φ为锚杆长度对粘结强度的影响系数，锚固长度在6～9米时，可取 1.0 ～0.8。

取上述公式计算值的最大值，则锚杆的锚固长度取4.5534 m，考虑到施工质量及锚固孔处岩体的扰动等因素，最终孔深取6 m。

3.5 抗浮锚杆的布置

锚杆的间距通过下式确定

式中，L、B分别为锚杆的总纵、横间距。故采用底板下均匀分布的方式布置[4]，平面纵、横间距均取2 m。

4.抗浮锚杆的施工

锚孔采用潜孔钻机钻孔，锚杆孔径为130mm，孔深应大于设计孔深200 mm，以保证孔中留有足够的沉淀尺寸，终孔时用高压风机将孔内沉渣、岩粉吹净。锚杆设定位支架以使锚杆居中，同时在锚杆孔处设置橡胶止水条。考虑到地下水位较高，采用先注浆将孔内地下水排出，再插钢筋的施工方法。注浆时待浆体从孔口溢出后再慢慢拔注浆管，砂浆回缩后不断补桨至孔中无回缩为止;注浆后快速将钢筋插入孔中。为防止锚杆受地下水侵蚀而锈蚀，在底板与岩层上下250mm范围，将内钢筋涂环氧树脂并加止水条，做法如图1。