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1、浅谈抗浮锚杆的设计与应用学界I研究园地浅谈抗浮锚杆的设计与应用易俊涛摘要:本文结合工程实例,指出抗浮锚杆在底下室抗浮中的作用及抗浮锚杆的设计与应用中应该注意的设计事项.关键词:抗浮;锚杆;地下底板当今,我国经济飞速发展,全国各大城市兴建的建筑物日益增多,增高,城市用地紧张,地价积聚攀升,地王频现,促使建筑物埋入地下部分也相应增大,增深.地下结构抗浮已经成为许多建筑物普遍存在的问题.常用的抗浮措施有:1.直接采用底板抗浮;2.采用底板与抗拔桩共同抗浮;3.采用底板与锚杆共同抗浮等.其中,抗浮锚杆的采用以其布置灵活,施工方便,造价低廉等优点脱影而出,促使抗浮锚杆在实际工程中普遍应用.本文以一个实际
2、工程的地下室抗浮设计为例,针对抗浮锚杆的设计与应用进行探讨.1工程概况图1地下室底板平面布置简图某高层建筑,地面以上为两栋单塔,每栋l8层;首层室外,地下室顶板部分为覆土lm绿化用地:地下3层地下室,相对室外地面深度约为12m:地下室柱距应业主要求,分别为10xl0m和12xl0m(布置简图如图1所示);初步设计时,基础采用钻孔灌注桩;底板采用梁板式结构,板厚取800mm.根据勘测报告,场地土质情况自上而下描述如下:(1)人工填土层:平均厚度为2.0m.(2)淤泥层:平均顶面埋深为2.0m,平均厚度为2.5m.(3)粉质粘土层:平均顶面埋深为4.5m,平均厚度为12.5m.(4)强风化岩层:平
3、均顶面埋深为17.0m,平均厚度为1.0m.(5)中风化岩层:平均顶面埋深为18.0m,平均厚度为4.0m.(6)微风化岩层:平均顶面埋深为22.0m,平均厚度不小于6.0m.本建筑所处场地地下水位较浅,取地下水抗浮水位同室外地面,底板抗浮起控制性作用.如直接采用梁板结构抗浮,考虑底板自重的有利影响,取设计值为:12xl0x1.20.8x24x0.8=129KN/m0.以10xl0m标准底板计算分析为例,12xl0m的设计理论相同,这里就不重复论述了.采用C30混凝土,HRB335级钢筋,经计算选用面筋直径为16mm,间距为100mm.其裂缝宽度为0.195mm:底筋直径为20mm,间距为10
4、0mm.2锚杆的选择与计算2.1锚固的形式选择根据锚固的形式可将锚杆分为三类:(1)圆柱形孔洞锚杆:由钻孔机钻一圆孔,孔内采用水泥砂浆灌注或其他固定剂填充;多用于岩石地质.改造,居民住宅区内决不允许有扰民的生产单位存在.生产车间尽可能采用新技术新工艺,淘汰老旧设备.对落后的生产设备进行升级改造,采用消音,隔音装置,降低噪音强度,使其符合有关标准.由环保部门监管,对废气,噪音排放超标准而又屡禁不止的设备,实行强制淘汰处理.(三)建筑施工噪音的治理合理选用施工机械,如市区内应禁止使用锤击打桩机及震动打桩机,宜选用人工挖孔桩,钻孔桩或静压预制桩等噪音较低的方法施工;禁止现场搅拌混凝土,推荐使用商品混
5、凝土.晚上10点以后禁止施工.必须连续施工超过晚上10点以后的工程,要先报城管部门批准备案后方可施工,施工前要在工地大门附近张贴显眼安民告示,方便群众监督.城管部门设置24h投诉电话,及时处理群众举报扰民情况,并作出相应的处罚措施.定期开展文明工地表彰活动,表扬先进工地,对群众意见较大的工地要批评,并限期整改.58厂东科技20105总第237期(四)社会生活噪音的治理社会生活噪音是客观存在的,治理不易.随着生活水平的提高,人们的文化生活也丰富多彩,以各种形式的社交,庆祝,娱乐活动进行沟通.治理噪音应以人为本,对家庭内的卡拉0k,打麻将,房屋装修等,如妨碍他人休息,邻里可友善提醒,或由居委会或物
6、管劝喻.房屋装修也应有时间规限,夜间,节假日尽量不进行打凿,钻墙,电锯等噪音大的施工.对商店促销,娱乐场所,酒吧,集会高音喇叭等噪音扰民行为,由城管,公安等执法部门酌情进行教育或处罚.参考文献:1李吴.城市环境噪声污染及其防治对策J1_娟斗技资讯2o09(32)2吴宇.环境噪声污染与健康生活J.吓境教I)2008(1O)(作者单位:马少妆,梁玉玲广东省气象局后勤服务中心;姚婷广东技术师范学院)(2)扩大圆柱体锚杆:由钻孔机钻一圆孔,在一定部位采用控制的高压下的灌注浆注入,使孔壁受压扩大而形成部分扩大的圆柱体;适用于黏性土及非黏性土.(3)多段扩大圆柱体锚杆:采用特殊装置在孔洞中多处形成扩大圆柱
7、体;适用于黏性土及非黏性土.结合现有地质的实际情况,选择圆柱形孔洞锚固,其施工也较为方便.本工程以中,微风化层作为锚杆的嵌固端,考虑岩石与锚杆间的粘结强度特征值为frb=220KPa.设计中,不考虑粘土层对锚杆的作用,锚杆自由段的平均值为6m.2.2锚杆的计算锚杆的破坏情况主要有:杆体承载力破坏和抗拔出破坏.在锚杆的设计过程中,还应该考虑锚杆与底板间的共同作用,依据变形协调的原理进行锚杆实际内力计算.同时,也应结合变形协调时,底板的实际受力情况布置锚杆.锚杆设计时,通常先假设锚杆的配筋,再进行验算和调整,使其满足设计要求.锚杆和底板变形也应满足相应的限值.由于现在可供设计参考的软件比较多,很大
8、程度上减少我们设计人员的计算量.下面就结合本工程的实际情况,逐一论述.(1)为方便计算,首先假设需要锚杆轴向拉力标准值:Nak=240KN.由锚杆杆体承载力破坏条件有:0qNaks2xfyxAso一边坡工程重要性系数q一荷载分项系数82锚筋抗拉工作条件系数fv一锚筋的抗拉强度设计值贝U:AsoqNak/(s2xfy)=lx1.3x240x1000/(0.69x300)=1507mm采用HRB335级钢筋,3d28的钢筋面积为As:1847mm2.(2)锚杆的抗拔出破坏形式分为:锚固体与地层的锚固破坏和锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固破坏.如采用锚固体直径D=200mm,锚固体与地层的锚固长度需要满足
9、:Lat>Nak/(e1xwxDxfrb)=2401000/(1x3.14x200x220)=1.17m(式1)81锚固体与地层粘结工作条件系数frb一地层与锚固体粘结强度特征值锚杆钢筋与锚固砂浆问的锚固长度需要满足:La0一yqNak/(3n1Td84壬b)=1x1.3x240/(0.6x3x3.14x28x0.85x2.4)=2.03m(式2)s3钢筋与砂浆粘结工作条件系数n一单束锚杆钢筋根数d一锚杆钢筋直径84一钢筋与砂浆粘结强度特征值折减系数玎)钢筋与砂浆粘结强度特征值在此处需要注意的是,规范结合实际工程试验及锚固段设计安全度及构造需要,提出锚固段的设计计算长度需满足上下限值.锚
10、杆锚固段长度应按式1,式2进行计算,并取其中大值.同时,岩石锚杆的锚固长度不应小于3m,且不宜大于45D和6.5m.本工程的上述计算结果,锚固长度取值应为La:3m.(3)前面本论述假设锚杆轴向拉力标准值:Nak:240KN,但结合变形协调时,底板和锚杆的共同受力作用下,锚杆的实际研究园地I学界受力是多少我们还需要通过计算来得出.由于有锚杆作用的有利影响,可以考虑减少板厚来调整板与锚杆的受力,让锚杆分担更多的力.假设设置锚杆厚后,调整原板厚为500mm,考虑底板自重的有利影响,抗浮设计值为:12x10x1.2一O.524x0.8=134.4KN/m.由变形协调条件列出平衡方程:AwxFwAmx
11、Fm=Fm/K(式3)其中:K=AsxEs/L(式4)Fm一锚杆提供的抗浮力Fw单位面积水浮力设计值Aw一板格在单位均布荷载作用下相应位置的变形Am一板格在单位集中荷载作用下相应位置的变形K一锚杆冈0度Es一钢筋弹性模量L锚杆无粘结自由段长整理式3和式4得:Fm=WXFw/(m+l/K)(式5)此处采用一些有限元的分析软件,可以很方便地得出,共需要6根锚杆,每根锚杆能提供的抵抗力为233KN.此值可知原假设锚杆轴向拉力标准值是较为合理的.同时,可以计算出底板需要的钢筋,面筋直径为12ram,问距为100mm,基本上为构造配筋;底筋直径为22ram,间距为100mm.粗略计算比较,此时的底板和锚
12、杆的造价比仅使用底板抗浮时,可以节省大约10%的造价.板面筋为仅需构造配置,说明板厚仍有减少的空间.减少板厚来降低底板刚度,让锚杆分担更多的浮力效应.这样有进一步节省工程造价的余地,本论述就不再继续陈述.(4)前面锚杆的计算是以所有锚杆集中在底板跨中的假设计算出来的,但实际工程中为了让每根锚杆都能充分发挥其作用,则需保持锚杆有一定的间距.同时,利用有限元软件计算时,我们可以看到,底板跨中的变形是成圆形分布的.本工程采用正六边形布置于板跨中,锚杆间距取1.2m.可以将锚杆的实际位置,用等刚度的弹簧布置于板中,再利用有限元分析软件进行分析计算.可以看到每根锚杆都能较好地发挥其作用.(5)锚杆和底板
13、共同作用变形,应将锚杆放入具体模型中进行计算.本工程采用有限元计算软件计算得,底板的最大局部变形为5.7mm,远小于变形限值要求.3结语锚杆设计应结合工程的实际情况及建筑所在地的地质条件综合考虑.选择适合地质情况又比较方便施工的锚杆形式;考虑底板和锚杆共同作用,选择合适的底板厚度,设计优化锚杆.还应考虑锚杆的采用能否起到减少底板变形及节省造价的初衷,让抗浮锚杆的应用起到其合理优化的效果.参考文献:【1GB500072002建筑地基基础设计规范.2GB503302002建筑边坡工程技术规范.3中国建筑工业出版社支挡结构设计手册第二版(作者单位:广州南方电子工程设计院)广东科技20105总第237期
