地下室結(jié)構(gòu)中抗浮錨桿的設(shè)計分析

1、地下室結(jié)構(gòu)中抗浮錨桿的設(shè)計分析浙江天成工程設(shè)計有限公司310023摘要：地下水通常會對地下工程造成兩種形式的破壞：其中一種是局部破壞，即 地下結(jié)構(gòu)的底板因為受到不均勻作用的水浮力而在某些局部發(fā)生開裂或者向上 拱起，導(dǎo)致地下水由此滲入室內(nèi)；另一種是整體破壞，即整個地下結(jié)構(gòu)發(fā)生上浮， 不僅底板遭到破壞，粱柱結(jié)點處等重要部位也會發(fā)生開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)。 木文主要研宄地下室抗浮錨桿的設(shè)計中抗拔樁的群樁效應(yīng)以及抗拔樁的優(yōu)化布 置。關(guān)鍵字：地下室；結(jié)構(gòu)；抗拔樁；抗浮錨桿；設(shè)計0引言從實際工程的很多抗浮事故中我們可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物發(fā)生上浮破壞 的原因主要有兩個方面，一個是對抗浮問題沒有引起足夠的重視，

2、對地下水浮力 的情況認(rèn)知不足，例如在底板施工的過程當(dāng)中沒有做到及時排水，或者是在底板 施工完成后沒有及時通過增加覆土來壓重，導(dǎo)致地下水浮力大于上部結(jié)構(gòu)物的重 量而發(fā)生上浮破壞；另一個是突然降臨暴雨使積水不斷滲入地層之中，這樣地下 水位隨之上升，水浮力急劇增大，上浮事故的發(fā)生接踵而至。還有一些其他因素 例如結(jié)構(gòu)物承擔(dān)著不均勻的設(shè)計荷載，地下水位隨著季節(jié)的轉(zhuǎn)換而發(fā)生變化以及 施工過程中不合理的措施都會成為事故發(fā)生的導(dǎo)火索。在一般情況下很難做到完 全避免結(jié)構(gòu)物會因為水浮力而遭到破壞，但是一旦破壞發(fā)生，結(jié)構(gòu)物將不能發(fā)揮 正常的使用功能，抑或是發(fā)生較大的事故，造成巨大的損失。因此，在地下工程 的設(shè)計與施

3、工時地下結(jié)構(gòu)抗浮問題的探討與研究必然會成為重中之重，設(shè)計人員 以及施工人員應(yīng)當(dāng)對此有足夠的重視。1抗拔樁設(shè)計1.1基木思路(1) 在抗拔及承壓情況下的計算;(2) 找出在兩種情況下最不利的工況，包括地下水的最高和最低水位 以及最不利的荷載組合；(3) 分別汁算出在抗拔及承壓情況下所需要的樁的數(shù)0;(4) 取較大的數(shù)s作為最終所需要的樁數(shù)。1.2計算步驟(1) 承壓情況下的計算 水浮力計算依照地下室底板處在的含水層或是隔水層的特性以及最低的地下水位 合理選取計算模型，首先確定最低的地下水位，并根據(jù)以上所述的計算公式得出 水浮力的大小。 荷載組合恒載:地下室結(jié)構(gòu)自重(包括底板自重)、地下室頂板覆土

4、活載:地下室內(nèi)車輛荷載、地下室頂板車輛荷載、消防車荷載水浮力:在承壓情況下，應(yīng)取地下水最小水浮力，并將其按照有利荷載計算。參考建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，對活載只設(shè)計它對結(jié)構(gòu)的不利作用，分項 系數(shù)取1.4。恒載對結(jié)構(gòu)起有利作用吋的分項系數(shù)取0.9,不利吋的分項系數(shù)取1.350綜上所述:承壓樁的承載力計算公式為：承壓樁總承載力設(shè)計值/1.35×恒載+1.4×活載-0.9×最小水浮力 k(1)其中，k為安全系數(shù)，取設(shè)計時的重要性系數(shù)。由此可以算出承壓樁承 載力設(shè)計值。 計算樁長以及樁數(shù)根據(jù)承壓樁的承載力要求選擇正確的樁端持力層，從而得出樁長。在此

5、條件下，根據(jù)各種情形以及工程經(jīng)驗確定樁長和樁的大小，能夠計算出單根樁的 抗壓承載值。貝ij:總樁數(shù)=承壓樁總承載力設(shè)計值/單樁抗壓承載力（2）（2）抗浮情況下的計算 水浮力計算依照地下室底板處在的含水層或是隔水層的特性以及最低的地下水位合理選取計算模型，首先確定最高的地下水位，并根據(jù)以上所述的計算公式得出水浮 力的大小。 荷載組合恒載:地下室結(jié)構(gòu)自重（包括底板自重）、地下室頂板覆土活載:地下室內(nèi)車輛荷載、地下室頂板車輛荷載、消防車荷載水浮力:在抗浮情況下，應(yīng)取地下水最大水浮力，并將其按照不利活載考慮。依上所述:抗拔樁的承載力計算公式為：抗拔樁總承載力設(shè)計值/1.4×最大水浮

6、力-0.9×恒載（3）其中，k為安全系數(shù)，取設(shè)計時的重要性系數(shù)。由此可以算出抗拔樁承載力設(shè)計值。 確定樁長以及樁數(shù)確定樁長應(yīng)分為兩種情況考慮：1在任何時刻，樁基都是發(fā)揮著抗拔的作用，應(yīng)當(dāng)通過單樁的抗拔承載 力計算樁長。2當(dāng)水位隨吋發(fā)生變化，樁基有時起抗拔作用，有時起抗壓作用，這個 時候應(yīng)該根據(jù)樁端持力層的位置確定樁長。在此條件下，根據(jù)各種情形以及工程經(jīng)驗得出樁長和樁的大小，可以計 算出單根樁的抗拔承載力。貝ij:總樁數(shù)=抗拔樁總承載力設(shè)計值/單樁抗拔承載力（4）（3）最終結(jié)果選用承壓情況和抗浮情況下計算得出的總樁數(shù)的較大值作為最終設(shè)計 時的總樁數(shù)。(4) 抗拔樁樁身的計算軸

7、心受拉構(gòu)件一旦承受拉力吋，裂縫首先出現(xiàn)在混凝土中，其漸漸退出 工作，由鋼筋承捫全部的拉力，即：nt≤fyas(5)其中，fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度;as為鋼筋的截面面積。1.3群樁整體穩(wěn)定性驗算在設(shè)計吋，應(yīng)該將樁和樁周土看做一個整體，作為整個結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，所 以整體穩(wěn)定性要求樁和樁周土組成的整體所承捫的所冇水浮力小于總的荷載設(shè) 計值，同吋要考慮樁周土的浮重量。即：ugk+gs≤n總標(biāo)準(zhǔn)荷載(5)其中:ugk =∑λiqsikuili,為群樁發(fā)生整體破壞吋的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值;gs = yv，為樁周土的浮重量(v為樁周土的體積)，ui為區(qū)域的

8、周長。1.4抗拔樁設(shè)計吋應(yīng)注意的問題對抗拔樁進(jìn)行設(shè)計與計算時考慮的問題要比一般的承載樁基多，應(yīng)當(dāng)注 意下述幾個方面：(1) 對建筑物而言，在計算抗浮設(shè)計荷載時，抗浮荷載的大小與所處 場地的地下水位有著密切的關(guān)系，首先要確定合理的設(shè)防水位，一般由地勘報告 涉及到的關(guān)于有史以來曾出現(xiàn)的最高地下水位，還要弄清楚地下含水層的分布情 況，并根據(jù)結(jié)構(gòu)物的使用年限計算相應(yīng)水浮力的大?。?2) 在設(shè)汁中汁算單樁承載力吋，應(yīng)當(dāng)考慮不同的樁長、結(jié)構(gòu)的跨度 以及底板的結(jié)構(gòu)型式對單樁承載力的影響。在工程中，為了使底板更好地受力， 不會因為剛度的差異過大而發(fā)生沖切破壞，通常適宜將抗浮樁設(shè)置在柱以下或者 靠近底板梁的地方

9、。因此，在設(shè)計抗浮樁吋，應(yīng)綜合考慮各種因素，并通過最初的試算，來確定需要 抗浮樁的根數(shù)以及初步估計單樁承載力；(3) 在對抗浮樁的樁身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計吋，它的受力原理大致類似于錨 桿，主要都是由周圍土層產(chǎn)生的摩阻力來提供抗拔力?？墒且蛲馏w中的應(yīng)力呈豎 向分布從而使土體保持在受拉狀態(tài)，相反，承壓樁周圍的土體則處于受壓狀態(tài)。 所以，其側(cè)摩阻力的數(shù)值不可以純粹地按照承壓樁的側(cè)摩阻力來計算其承載力， 應(yīng)當(dāng)采取修正，相應(yīng)的修正系數(shù)可以參考樁基規(guī)范；(4) 在對樁基整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗算時，應(yīng)當(dāng)將抗浮樁與土體視為一個 整體的抗浮體系，設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到因為存在群樁效應(yīng)而帶來的影響，要對此進(jìn) 行驗算，避免因為群樁效應(yīng)

10、而導(dǎo)致整體的抗浮承載力小于總的水浮力而發(fā)生破壞。 此外，還要驗算在單位面積內(nèi)抗拔樁提供的抗浮力與地下水浮力的大小，以此來 保證抗浮體系的整體穩(wěn)定性。2錨桿的設(shè)計2.1水浮力計算雖然地下水在土中是呈流動狀態(tài)，但是在設(shè)計吋還是取靜止水壓力來計 算水浮力。計算公式為：f浮=卩八=&小0;§1(7)其中:ρ為水的密度;g為重力加速度;h為水頭高度;a為基底面積2.2單根錨桿極限承載力計算以及錨桿總數(shù)的確定(1) 單根錨桿抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值uk=∑λiqsikuili其中:λi，一摩阻力折減系數(shù)；qsik 第

11、1層土層與錨桿的側(cè)摩阻力；ui 一錨桿截面的周長；li 一錨桿埋入第i層土的深度。(2) 錨桿自身抗拉強(qiáng)度極限值uq錨桿基本上采用二次注漿的工藝，可以認(rèn)為水泥砂漿和鋼筋茹結(jié)成為一個整體，ii認(rèn)為整個錨桿體是否破壞取決于鋼筋的屈服。(9)uq=fyas其中，fv為鋼筋抗拉強(qiáng)度;a,為錨桿的截面面積。(3) 最終確定單根錨桿抗拔承載力設(shè)汁值nn=min(uk/γk,γquq)其中:γk、為抗力分項系數(shù);γq。為永久性鋪懺鋼筋抗拉工作條件系數(shù)。確定錨桿總數(shù)量n與錨桿長度nn+γgsg≥f

12、 浮其中:n為鋪桿數(shù)量;sg為上部結(jié)構(gòu)自重;γg為荷載分項系數(shù)，對 結(jié)構(gòu)起有利作用吋取0.9.錨桿長度包括:奮效錨固段和非錨固段兩個部分。非錨固段應(yīng)當(dāng)由結(jié)構(gòu) 物與巖層之間的距離來確定長度，冇效錨固段應(yīng)當(dāng)由巖層的性質(zhì)和抗拔極限承載 力來確定長度。由巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程可知，可按下式計算錨桿錨固段的長度。laknt/πdfmgψ(12)laknt/nπdξfmsψ(13)其中，k 一錨桿錨固體的抗拔安全系數(shù)；nt 一錨桿的軸向拉力設(shè)計值；la 一錨桿的錨固段長度；fmg:錨固段的注漿體跟土層之間的粘結(jié)強(qiáng)

13、度標(biāo)準(zhǔn)值；fms, 一錨固段的注漿體跟鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；d錨桿的錨固段的孔直徑；d 一鋼筋或者鋼絞線的直徑；ξ接觸面之間的粘結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.6-0.85 ;ψ錨固長度對于粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)；n鋼筋或鋼絞線的根數(shù)。2.3整體穂定性驗算在對錨桿初步設(shè)計完畢后，還奮必要驗算結(jié)構(gòu)物的整體穩(wěn)定性，這個過 程是必不可少的。因為即使把錨桿的各個方面都設(shè)計得完全合理，而且成本經(jīng)濟(jì)， 一旦結(jié)構(gòu)物的整體穩(wěn)定性滿足不了要求，進(jìn)而要考慮對錨桿進(jìn)行重新設(shè)計，例如 增加錨桿的長度，并重新驗算，一直到滿足要求為止。由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范以及建筑樁基技術(shù)規(guī)范可知，驗算群 錨整體穩(wěn)定

14、性的公式如下所示： uισλiqsikli+γgsg≥f 浮 2.4抗浮錨桿設(shè)計應(yīng)注意的問題(1) 適用的規(guī)范現(xiàn)有階段，對錨桿的設(shè)計并沒有相應(yīng)的明文規(guī)定，但是可以參考建筑 地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中關(guān)于巖石錨桿的部分以及建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中與 錨桿冇關(guān)的部分，但是這些僅僅適宜用于估算，還應(yīng)通過現(xiàn)場的抗拔試驗來確定 較為精確的錨桿抗拔承載力特征值，不過關(guān)于錨桿的構(gòu)造以及做法等方面可以參 考。(2) 錨桿需要驗算的內(nèi)容1) 錨桿鋼筋截面面積；2) 錨桿錨固體與土層的錨固長度；3錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度；4

15、) 土體或者巖體的強(qiáng)度驗算；(3) 錨桿的布置方式與優(yōu)缺點1點狀集中布置，通常分布在柱下;優(yōu)點:可以充分利用上部結(jié)構(gòu)傳來的 豎向力來抵抗掉一部分水浮力;由于將錨桿集中布置在某些部位，這樣會給在底 板下進(jìn)行外防水施工帶來便利;一旦個別錨桿的承載力出現(xiàn)不足，其他錨桿則會 參與分枳工作，能夠保證結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的整體抵抗力。缺點:只能錨固在比較堅 硬的巖土層中，不能將其錨固于較軟的巖層和土體中;由于局部的錨桿布置較密， 施工吋造成不方便;地下室底板梁板需要奮較大的配筋。2線狀集中布置，一般情況下將錨桿布置在地下室底板梁之下;優(yōu)點:由于將錨桿集中布置在某些部位，這樣會給在底板下進(jìn)行外防水施工帶來便利;一

16、旦個別錨桿的承載力出現(xiàn)不足，其他錨桿則會參與分擔(dān)工作，能夠保證結(jié)構(gòu)具有 很強(qiáng)的整體抵抗力。缺點:不能充分利用上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向力來抵抗掉一部分 水浮力;要求錨固在比較堅硬巖層中，在軟巖和土體中不能錨固;地下室底板需要 有較大的配筋。3均勻面狀布置，均勻布置在地下室底板之下;優(yōu)點:所有巖體和土體都 適用;地下室底板不需要有較大的配筋。缺點:不能充分利用上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向 力來抵抗掉一部分水浮力;一旦個別錨桿的承載力出現(xiàn)不足，其他的錨桿由于相 距較遠(yuǎn)，不能及吋地參與分枳工作，不能保證結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的整體抵抗力;由于 錨桿是均勻布置在底板之下，這樣會給在底板下進(jìn)行外防水施工帶來不便。點狀集中布置適宜用于堅硬的巖層;線狀集中布置適宜用于較硬巖層 或者堅硬巖;均勻面狀布置則可以用于一切情況。3結(jié)論隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展及大中城市人u的不斷增加，地下工程的應(yīng)用 日益廣