河南基础公司抗浮锚杆在工程设计中的应用
发布时间:
2017-11-28
来源:
49图库官方平台
作者:
抗浮锚杆
河南基础公司抗浮锚杆在工程设计中的应用
随着我国社会经济建设的快速发展,城市建设规模得到不断的扩大,地下室、地下车库和下沉式广场等地下构筑物数量日益增加。这些不同功能的建筑物由于功能的需要,其地下室往往会连成一个整体,不仅增加了工程项目结构设计的难度,而且也提高了工程地下结构的抗浮要求。目前,国内建筑地下结构主要采用重平衡法、浮力消除法、综合设计方法和锚杆抗浮法等抗浮方式,其中抗浮锚杆作为一种常用的抗浮措施,具有造价低廉、工艺技术简单、施工周期短等优点,与其他一般基础桩相比具有一定的优势。但我国对抗浮锚杆的设计并没有一个系统的规定,很可能造成抗浮锚杆设计不合理,给建筑工程地下结构带来一定的安全隐患。因此,建设单位有必要加强抗浮锚杆的设计工作研究,通过不断的探索,以逐步完善抗浮锚杆设计规范。
1.几个抗浮概念的认识
1.1浮力标准值是结构合理使用年限内的最大极限值
在GB50009-2001((建筑结构荷载规范》中,并未提到浮力。但根据永久荷载和可变荷载的定义,建筑物的浮力应该是永久荷载。而且浮力不同于其它的永久荷载,工程中所取的地下抗浮设防水位,都是历史最高水位,有时甚至还在历史最高水位上0.5—1.0m,因此按照该水位计算的浮力都是浮力的最大极限值,这与其它永久荷载不同,如结构自重,一般取正态分布的某一保证率下的分位值。而结构在使用过程中,实际受到的浮力都比该设计值小,不可能出现实际浮力超越设计值的情况。
因此,对浮力进行荷载组合时,笔者建议可以适当降低其荷载分项系数。
1.2抗浮锚杆的裂缝验算
由于抗浮锚杆为圆形截面,规范也未明确该公式是否适用于圆形截面的计算,工程实践中对抗拔桩的裂缝验算基本是按照该公式进行。但大量工程实际设计结果表明,在利用该公式进行抗浮锚杆的裂缝验算时,裂缝宽度基本都超过0.2mm,一般在0.3~0.5mm,这是由于:
1)锚杆的截面配筋率远远大于抗拔桩、混凝土梁等的配筋率,按照常规设计结果,一般锚固体直径取150mm,锚杆钢筋取3φ20,截面配筋率最少都达到5.3%,远远超过常规的抗拔、受拉构件(一般在约1%),按此计算,裂缝问纵向受拉钢筋应变不均匀系数接近于1,对计算结果影响很大,而按照1%的配筋率计算,值一般在0.5以下;
2)混凝土的保护层厚度方面,抗浮锚杆的钢筋一般都放在孔中央,导致保护层厚度较大,而一般的抗拔桩则是将钢筋分布在桩截面的周边,混凝土保护层厚度较小,由于抗浮锚杆的C取值偏大,也使得裂缝计算结果偏大;
3)抗浮锚杆的实际受力机理是,它不是抗弯构件,即使按照轴心受拉构件来看,其受力也是顶部大,下部小,而且锚固体周围的土层摩阻力对裂缝的开展也有约束作用,完全不同于混凝土结构设计规范上的轴心受拉构件、受弯构件;
4)经过作者查阅资料,发现最大裂缝计算仍是一个试验公式,多个参数均是在试验结果的拟合下得出的,试验的前提也是构件周边无任何约束,试验的对象主要针对的是轴心受拉构件和受弯构件,这与抗浮锚杆的受力情况完全不同。
但是《规范》中并未对锚固体的裂缝验算进行相关要求。而通过以上分析,(1)式也不适对岩土的锚固体裂缝进行验算。从笔者收集的资料看,目前尚无因岩土锚固体开裂导致钢筋腐蚀断裂的案例。综上,考虑到抗浮锚杆的施工工艺与锚杆施工的一致性,且使用环境远好于一般的基坑边坡锚杆,同时其后压浆形成的锚固体和周围的地层结合紧密,因此,笔者建议不进行裂缝验算。
2.卵石层抗浮锚杆的设计思路
2.1根据历史最高水位计算浮力标准值
根据结构自重和上覆土重,计算结构抵抗浮力的标准值。一般该项工作由结构设计单位完成,提供给专项设计单位一个抗浮水压力标准值(即已经考虑了结构自重和覆土重量,还需要抗浮锚杆来抵抗的水压力),在这里表示为S。
2.2计算荷载效应组合
计算正常使用极限状态下的荷载效应下的标准组合,以确定单根抗浮锚杆的抗拔承载力特征值;计算承载力极限状态下的荷载效应基本组合,以确定抗浮锚杆的配筋。
该工程目前已施工,并进行了锚杆的基本试验和验收试验,在锚杆抗拔力特征值260kN的作用下,锚杆锚固体顶部位移为1.4~2.03mm,变形极小。
对比以上计算过程,笔者在锚杆杆体配筋计算上,没有采用《建筑边坡工程技术规范》7.2.2式的计算方法,对比该公式,本方法在杆体面积计算时没有考虑锚杆的抗拉工作条件系数(0.69),导致两者之间的配筋相差约30%,这是因为抗浮锚杆的受力条件和受力机理更趋同于抗拔桩,而不是锚杆的缘故。建筑边坡工程技术规范上的锚杆适用范围主要适用于边坡、基坑的水平向锚杆,而边坡、基坑中的水平向抗拔锚杆受力条件远复杂于抗浮锚杆,它们不但受拉,实际还受剪,还有地下水渗流作用,再加上潜在滑移面的不确定性,在基坑、边坡中设计锚杆,采用《建筑边坡工程技术规范》7.2.2式是非常必要的,但在抗浮锚杆设计中,就显得过于保守了。
3.结论
通过探讨抗浮锚杆在工程设计中的应用,笔者总结了以下几点结论:①由于地质条件和施工工艺的不同,GB50010-2002(混凝土结构设计规范》中的裂缝计算公式的适用性也是有限的;②设计人员可按照抗拔桩的设计理论进行抗浮锚杆的长度、配筋计算,也可以不考虑抗浮锚杆的锚固体混凝土裂缝;③本文从《建筑结构荷载规范》的荷载组合人手,建立的抗浮锚杆计算公式比参照边坡规范设计方法节约钢筋约30%;④全粘接锚杆存在一个锚固长度临界值,实验结果表明:在采用全粘接的抗浮锚杆设计计算中,抗浮锚杆单根长度不宜超过6.0m。
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抗浮锚杆,河南基础公司
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