淺談抗浮錨桿的設(shè)計與應用

1、淺談抗浮錨桿的設(shè)計與應用學界i研究園地淺談抗浮錨桿的設(shè)計與應用易俊濤摘要:本文結(jié)合工程實例,指出抗浮錨桿在底下室抗浮中的作用及抗浮錨桿的設(shè)計與應用中應該注意的設(shè)計事項.關(guān)鍵詞:抗浮;錨桿;地下底板當今,我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,全國各大城市興建的建筑物日益增多,增高,城市用地緊張,地價積聚攀升,地王頻現(xiàn),促使建筑物埋入地下部分也相應增大,增深.地下結(jié)構(gòu)抗浮已經(jīng)成為許多建筑物普遍存在的問題.常用的抗浮措施有:1.直接采用底板抗浮;2.采用底板與抗拔樁共同抗浮;3.采用底板與錨桿共同抗浮等.其中,抗浮錨桿的采用以其布置靈活,施工方便,造價低廉等優(yōu)點脫影而出,促使抗浮錨桿在實際工程中普遍應用.本文以一個實際

2、工程的地下室抗浮設(shè)計為例,針對抗浮錨桿的設(shè)計與應用進行探討.1工程概況圖1地下室底板平面布置簡圖某高層建筑,地面以上為兩棟單塔,每棟l8層;首層室外,地下室頂板部分為覆土lm綠化用地:地下3層地下室,相對室外地面深度約為12m:地下室柱距應業(yè)主要求,分別為10xl0m和12xl0m(布置簡圖如圖1所示);初步設(shè)計時,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁;底板采用梁板式結(jié)構(gòu),板厚取800mm.根據(jù)勘測報告,場地土質(zhì)情況自上而下描述如下:(1)人工填土層:平均厚度為2.0m.(2)淤泥層:平均頂面埋深為2.0m,平均厚度為2.5m.(3)粉質(zhì)粘土層:平均頂面埋深為4.5m,平均厚度為12.5m.(4)強風化巖層:平

3、均頂面埋深為17.0m,平均厚度為1.0m.(5)中風化巖層:平均頂面埋深為18.0m,平均厚度為4.0m.(6)微風化巖層:平均頂面埋深為22.0m,平均厚度不小于6.0m.本建筑所處場地地下水位較淺,取地下水抗浮水位同室外地面,底板抗浮起控制性作用.如直接采用梁板結(jié)構(gòu)抗浮,考慮底板自重的有利影響,取設(shè)計值為:12xl0x1.20.8x24x0.8=129kn/m0.以10xl0m標準底板計算分析為例,12xl0m的設(shè)計理論相同,這里就不重復論述了.采用c30混凝土,hrb335級鋼筋,經(jīng)計算選用面筋直徑為16mm,間距為100mm.其裂縫寬度為0.195mm:底筋直徑為20mm,間距為10

4、0mm.2錨桿的選擇與計算2.1錨固的形式選擇根據(jù)錨固的形式可將錨桿分為三類:(1)圓柱形孔洞錨桿:由鉆孔機鉆一圓孔,孔內(nèi)采用水泥砂漿灌注或其他固定劑填充;多用于巖石地質(zhì).改造,居民住宅區(qū)內(nèi)決不允許有擾民的生產(chǎn)單位存在.生產(chǎn)車間盡可能采用新技術(shù)新工藝,淘汰老舊設(shè)備.對落后的生產(chǎn)設(shè)備進行升級改造,采用消音,隔音裝置,降低噪音強度,使其符合有關(guān)標準.由環(huán)保部門監(jiān)管,對廢氣,噪音排放超標準而又屢禁不止的設(shè)備,實行強制淘汰處理.(三)建筑施工噪音的治理合理選用施工機械,如市區(qū)內(nèi)應禁止使用錘擊打樁機及震動打樁機,宜選用人工挖孔樁,鉆孔樁或靜壓預制樁等噪音較低的方法施工;禁止現(xiàn)場攪拌混凝土,推薦使用商品混

5、凝土.晚上10點以后禁止施工.必須連續(xù)施工超過晚上10點以后的工程,要先報城管部門批準備案后方可施工,施工前要在工地大門附近張貼顯眼安民告示,方便群眾監(jiān)督.城管部門設(shè)置24h投訴電話,及時處理群眾舉報擾民情況,并作出相應的處罰措施.定期開展文明工地表彰活動,表揚先進工地,對群眾意見較大的工地要批評,并限期整改.58廠東科技20105總第237期(四)社會生活噪音的治理社會生活噪音是客觀存在的,治理不易.隨著生活水平的提高,人們的文化生活也豐富多彩,以各種形式的社交,慶祝,娛樂活動進行溝通.治理噪音應以人為本,對家庭內(nèi)的卡拉0k,打麻將,房屋裝修等,如妨礙他人休息,鄰里可友善提醒,或由居委會或物

6、管勸喻.房屋裝修也應有時間規(guī)限,夜間,節(jié)假日盡量不進行打鑿,鉆墻,電鋸等噪音大的施工.對商店促銷,娛樂場所,酒吧,集會高音喇叭等噪音擾民行為,由城管,公安等執(zhí)法部門酌情進行教育或處罰.參考文獻:1李吳.城市環(huán)境噪聲污染及其防治對策j1_娟斗技資訊2o09(32)2吳宇.環(huán)境噪聲污染與健康生活j.嚇境教i)2008(1o)(作者單位:馬少妝,梁玉玲廣東省氣象局后勤服務中心;姚婷廣東技術(shù)師范學院)(2)擴大圓柱體錨桿:由鉆孔機鉆一圓孔,在一定部位采用控制的高壓下的灌注漿注入,使孔壁受壓擴大而形成部分擴大的圓柱體;適用于黏性土及非黏性土.(3)多段擴大圓柱體錨桿:采用特殊裝置在孔洞中多處形成擴大圓柱

7、體;適用于黏性土及非黏性土.結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)的實際情況,選擇圓柱形孔洞錨固,其施工也較為方便.本工程以中,微風化層作為錨桿的嵌固端,考慮巖石與錨桿間的粘結(jié)強度特征值為frb=220kpa.設(shè)計中,不考慮粘土層對錨桿的作用,錨桿自由段的平均值為6m.2.2錨桿的計算錨桿的破壞情況主要有:桿體承載力破壞和抗拔出破壞.在錨桿的設(shè)計過程中,還應該考慮錨桿與底板間的共同作用,依據(jù)變形協(xié)調(diào)的原理進行錨桿實際內(nèi)力計算.同時,也應結(jié)合變形協(xié)調(diào)時,底板的實際受力情況布置錨桿.錨桿設(shè)計時,通常先假設(shè)錨桿的配筋,再進行驗算和調(diào)整,使其滿足設(shè)計要求.錨桿和底板變形也應滿足相應的限值.由于現(xiàn)在可供設(shè)計參考的軟件比較多,很大

8、程度上減少我們設(shè)計人員的計算量.下面就結(jié)合本工程的實際情況,逐一論述.(1)為方便計算,首先假設(shè)需要錨桿軸向拉力標準值:nak=240kn.由錨桿桿體承載力破壞條件有:0×q×naks2xfyxaso一邊坡工程重要性系數(shù)q一荷載分項系數(shù)82錨筋抗拉工作條件系數(shù)fv一錨筋的抗拉強度設(shè)計值貝u:aso×q×nak/(s2xfy)=lx1.3x240x1000/(0.69x300)=1507mm采用hrb335級鋼筋,3d28的鋼筋面積為as:1847mm2.(2)錨桿的抗拔出破壞形式分為:錨固體與地層的錨固破壞和錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固破壞.如采用錨固體直

9、徑d=200mm,錨固體與地層的錨固長度需要滿足:lat>nak/(e1xwxdxfrb)=2401000/(1x3.14x200x220)=1.17m(式1)81錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)frb一地層與錨固體粘結(jié)強度特征值錨桿鋼筋與錨固砂漿問的錨固長度需要滿足:la0×一yq×nak/(3×n×1t×d×84×壬b)=1x1.3x240/(0.6x3x3.14x28x0.85x2.4)=2.03m(式2)s3鋼筋與砂漿粘結(jié)工作條件系數(shù)n一單束錨桿鋼筋根數(shù)d一錨桿鋼筋直徑84一鋼筋與砂漿粘結(jié)強度特征值折減系數(shù)

10、玎)鋼筋與砂漿粘結(jié)強度特征值在此處需要注意的是,規(guī)范結(jié)合實際工程試驗及錨固段設(shè)計安全度及構(gòu)造需要,提出錨固段的設(shè)計計算長度需滿足上下限值.錨桿錨固段長度應按式1,式2進行計算,并取其中大值.同時,巖石錨桿的錨固長度不應小于3m,且不宜大于45d和6.5m.本工程的上述計算結(jié)果,錨固長度取值應為la:3m.(3)前面本論述假設(shè)錨桿軸向拉力標準值:nak:240kn,但結(jié)合變形協(xié)調(diào)時,底板和錨桿的共同受力作用下,錨桿的實際研究園地i學界受力是多少我們還需要通過計算來得出.由于有錨桿作用的有利影響,可以考慮減少板厚來調(diào)整板與錨桿的受力,讓錨桿分擔更多的力.假設(shè)設(shè)置錨桿厚后,調(diào)整原板厚為500mm,考

11、慮底板自重的有利影響,抗浮設(shè)計值為:12x10x1.2一o.5×24x0.8=134.4kn/m.由變形協(xié)調(diào)條件列出平衡方程:awxfwamxfm=fm/k(式3)其中:k=asxes/l(式4)fm一錨桿提供的抗浮力fw單位面積水浮力設(shè)計值aw一板格在單位均布荷載作用下相應位置的變形am一板格在單位集中荷載作用下相應位置的變形k一錨桿岡0度es一鋼筋彈性模量l錨桿無粘結(jié)自由段長整理式3和式4得:fm=wxfw/(m+l/k)(式5)此處采用一些有限元的分析軟件,可以很方便地得出,共需要6根錨桿,每根錨桿能提供的抵抗力為233kn.此值可知原假設(shè)錨桿軸向拉力標準值是較為合理的.同時,

12、可以計算出底板需要的鋼筋,面筋直徑為12ram,問距為100mm,基本上為構(gòu)造配筋;底筋直徑為22ram,間距為100mm.粗略計算比較,此時的底板和錨桿的造價比僅使用底板抗浮時,可以節(jié)省大約10%的造價.板面筋為僅需構(gòu)造配置,說明板厚仍有減少的空間.減少板厚來降低底板剛度,讓錨桿分擔更多的浮力效應.這樣有進一步節(jié)省工程造價的余地,本論述就不再繼續(xù)陳述.(4)前面錨桿的計算是以所有錨桿集中在底板跨中的假設(shè)計算出來的,但實際工程中為了讓每根錨桿都能充分發(fā)揮其作用,則需保持錨桿有一定的間距.同時,利用有限元軟件計算時,我們可以看到,底板跨中的變形是成圓形分布的.本工程采用正六邊形布置于板跨中,錨桿間距取1.2m.可以將錨桿的實際位置,用等剛度的彈簧布置于板中,再利用有限元分析軟件進行分析計算.可以看到每根錨桿都能較好地發(fā)揮其作用.(5)錨桿和底板共同作用變形,應將錨桿放入具體模型中進行計算.本工程采用有限元計算軟件計算得,底板的最大局部變形為5.7mm,遠小于變形限值要求.3結(jié)語錨桿設(shè)計應結(jié)合工程的實際情況及建筑所在地的地質(zhì)條件綜合考慮.選擇適合地