巖石錨桿抗浮設(shè)計(jì)與施工

摘要：主要介紹錨桿作為巖石地基水池抗浮措施的工程實(shí)踐，采用錨桿抗浮替代管樁抗拔，即減少可大型設(shè)備進(jìn)退場(chǎng)費(fèi)用，又解決巖石地基無法施工管樁的的困境。相對(duì)于采用沖孔灌注樁作為抗拔樁，以及采用澆筑大量混凝土增加自重抗浮更為經(jīng)濟(jì)，是工程中水池抗拔設(shè)計(jì)的一種不錯(cuò)選擇。

關(guān)鍵詞：巖石錨桿;抗浮設(shè)計(jì);錨固長(zhǎng)度;耐久性

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，城市的不斷發(fā)展擴(kuò)大，人們生活、工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的需要，污水處理水池類構(gòu)筑物工程的建設(shè)逐年增多。水池一般都是現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗浮是設(shè)計(jì)的基本要求之一，當(dāng)構(gòu)筑物自身重量不能滿足整體或局部抗浮要求時(shí)，就必須對(duì)構(gòu)筑物采取一定的抗浮措施。

在傳統(tǒng)的抗浮設(shè)計(jì)中，不外乎采用抗拔樁（管樁）或增加壓重以達(dá)到滿足抗浮要求。在具體工程實(shí)踐中，對(duì)于巖石地基上水池抗浮而言，采用錨桿抗浮為上上策。

1.工程及的質(zhì)概況

1.1工程概況

梅州市江南污水處理廠二期工程總規(guī)模：15萬m3/d;近期：5.0萬m3/d。污水處理廠中的主要構(gòu)筑物SBR池埋深較深，需要采取抗浮措施。

1.2場(chǎng)地地質(zhì)概況

本場(chǎng)地原始地貌屬低山丘陵地貌，地貌單元屬丘陵坡腳及沖積區(qū)，經(jīng)人工開挖填土平整，場(chǎng)地平坦。根據(jù)鉆孔揭露，場(chǎng)地在勘探深度內(nèi)的土層為①人工填土層、②沖積土層，③坡積土層、④殘積土層及⑤白堊系基巖，SBR池底板以下為白堊系基巖：中風(fēng)化砂巖。

中風(fēng)化砂巖：褐黃、褐灰、灰青色，巖石砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯破碎，以塊狀為主，夾碎塊狀或短柱狀，錘擊聲較脆，巖質(zhì)較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)分類為Ⅴ類。

2.方案選擇及確定

2.1抗浮設(shè)計(jì)水位的確定

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，基巖裂隙發(fā)育，富含一定裂隙水，其含水透水性較好。補(bǔ)給來源主要接受梅江河側(cè)向及大氣降水補(bǔ)給，其動(dòng)態(tài)受季節(jié)性影響。

勘察期間適逢春雨季節(jié)，測(cè)得各孔內(nèi)地下水位埋深為0.20～12.00m，標(biāo)高為68.87～84.01m，綜合考慮，將抗浮設(shè)計(jì)水位取82.75"m（設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高）。

2.2抗浮措施的比較

水池構(gòu)筑物抗浮措施常見的有：1、自重抗浮;2、配重抗浮;3、錨固（錨桿和抗拔樁）抗浮;4、通過肓溝排水降水等達(dá)到抗浮目的。

本工程場(chǎng)地緊鄰河道，地下水和河道發(fā)生水力聯(lián)系，并受大氣降水的補(bǔ)給影響，水位和水量的強(qiáng)度季節(jié)性較為明顯。河道水位較高，因此，欲通過降地下水位來滿足抗浮要求時(shí)不可行的。

配重抗浮一般適用于于小型池體或結(jié)構(gòu)自重與浮力相差不大的池體，而SBR池面積尺寸大，埋深較深，結(jié)構(gòu)自重抗浮嚴(yán)重不足，若采用大量低標(biāo)號(hào)混凝土壓載抗浮，池壁計(jì)算高度增加，板厚和配筋相應(yīng)加大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，加大結(jié)構(gòu)自重或配重抗浮均不經(jīng)濟(jì)。

抗浮錨桿具有良好的地層適應(yīng)性，斷面尺寸小，布置靈活，錨固效率高，由于其單向受力的特點(diǎn)，有利于建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形協(xié)調(diào)，可減少結(jié)構(gòu)造價(jià)。本場(chǎng)地水池底板座落在強(qiáng)（中）風(fēng)化砂巖上，可以充分利用錨桿與巖層間的摩擦力。因此，SBR池采用錨桿抗浮。

3.錨桿的設(shè)計(jì)

本工程中的錨桿為永久性抗浮錨桿，它通過桿體和注漿體形成的錨固體與巖（土）層之間的摩擦作用傳遞摩阻力【1】。錨桿的類型的選擇同錨桿錨固段所處的巖土層類型、工程特性、錨桿的承載力、錨桿的材料和長(zhǎng)度、施工工藝等有關(guān)，而其中選擇預(yù)應(yīng)力鋼筋錨桿或普通鋼筋錨桿的在抗浮設(shè)計(jì)中是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。在水浮力作用下錨桿受拉，各種因素引起的錨桿變形可能是水池底板產(chǎn)生豎向位移，水浮力越大位移越大，位移可能會(huì)造成底板開裂而發(fā)生滲漏。可見應(yīng)該從控制底板位移和裂縫的角度出發(fā)來設(shè)計(jì)錨桿。本工程從使用要求、工期以及造價(jià)等方面綜合考慮，抗浮錨桿選用普通鋼筋巖石錨桿，桿體采用螺紋鋼，用一定的構(gòu)筑措施，將錨桿頂端預(yù)留部分直接澆入混凝土底板。避免預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)雜的錨下構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力張拉及封錨等程序，施工簡(jiǎn)單，工期短。

3.1確定設(shè)計(jì)荷載

錨桿布置時(shí)，為避免應(yīng)力集中，最小間距不小于1.50m，以免群錨效應(yīng)發(fā)生而降低錨固力。SBR池按2.5"m"X2.5"m矩形格網(wǎng)布置。

底板厚400"mm處，抗浮力設(shè)計(jì)值（未考慮池壁自重）：50.17KN/"m2，抗浮力特征值（未考慮池壁自重）：37.275KN/"m2，

底板厚850"mm處，抗浮力設(shè)計(jì)值（未考慮池壁自重）：42.25KN/"m2;抗浮力特征值（未考慮池壁自重）：30.19KN/"m2，

底板厚400"mm處，錨桿布置：2.5m"X2.5"m，單根錨桿設(shè)計(jì)值最大荷載為Nt"=314KN;單根錨桿抗拔特征值最大荷載為Nt"=233KN;

底板厚850"mm處，錨桿布置：2.5"m"X2.5"m，單根錨桿設(shè)計(jì)值最大荷載為Nt"=264KN;單根錨桿抗拔特征值最大荷載為Nt"=189KN;

3.2確定錨桿鋼筋截面面積

目前在現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB"50007-2011）、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB5030-2002）、《巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》CECS22：2005【2】、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）、《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工》（CECS22：90）以及《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（GB50086-2001）等規(guī)范與規(guī)程中都有關(guān)于錨桿計(jì)算的條文。

由【3】可知，在錨桿抗浮計(jì)算中，一般宜采用《巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)《巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》CECS22：2005，第7.4.1條。

由于本工程抗浮錨桿屬于永久錨桿，考慮永久破壞后，對(duì)池體危害較大，因此抗拔安全系數(shù)取K=2.0，桿體截面設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋抗拉安全系數(shù)Kt=1.6。

鉆孔直徑取D=150mm，選用HRB400級(jí)鋼筋作為桿體，

As≥Kt.Nt/fyk=1.6x314（或264）/（400）=1256（或1056）mm2，設(shè)計(jì)選用3根φ25抗拔主筋。

3.3確定錨桿錨固長(zhǎng)度

根據(jù)《巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》CECS22：2005中，

式7.5.1-1，有錨桿錨固長(zhǎng)度La≥K.NtX1.4/π.D.fmg.φ=2.0x314（或264）/（3.14X150X0.7X1.0）=1905mm（或1601mm）;

式7.5.1-1，有錨桿錨固長(zhǎng)度La≥K.NtX1.4/nπd.ζ.fms.φ=2.0x314（或264）/（3X3.14X25X0.70X2.5X1.0）=1524mm（或1281"mm）;

通過計(jì)算，錨桿錨固段長(zhǎng)度較小，但考慮實(shí)際施工諸多不確定因素后，確定定錨桿進(jìn)入中風(fēng)化砂巖（層號(hào)⑤2）層大于2.0"m，且最小樁長(zhǎng)為4.0m。

3.4錨桿耐久性問題

在巖石錨桿工程中，錨桿的耐久性問題越來越受到人們的重視，為保證永久錨桿錨固段鋼筋保護(hù)層不小于20"mm，應(yīng)設(shè)置對(duì)中支架（圖1）。

在浮力作用下，底板于地基界面處將形成微小的縫隙，此處的錨桿由于長(zhǎng)期受到地下水的侵蝕容易產(chǎn)生銹蝕。因此，對(duì)在底板和地基界面上下各250"mm范圍內(nèi)的錨桿涂上環(huán)氧樹脂防止鋼筋銹蝕。對(duì)于場(chǎng)地環(huán)境為氯化物或化學(xué)腐蝕環(huán)境，不宜設(shè)計(jì)永久錨桿，否則，應(yīng)采取特別費(fèi)防腐措施，本工程場(chǎng)地不存在腐蝕環(huán)境。

4.錨桿的施工

4.1施工順序

測(cè)量放線—→鉆機(jī)就位—→鉆孔—→按放錨桿—→一次注漿—→二次注漿—→成錨。

4.2施工有關(guān)要求

錨桿工程施工前，應(yīng)根據(jù)錨固工程的設(shè)計(jì)條件、現(xiàn)場(chǎng)地層條件和環(huán)境條件編制施工組織設(shè)計(jì)。為確保錨桿施工質(zhì)量，對(duì)施工技術(shù)的要求如下。

1）、鉆孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地層條件，定出孔位、做出標(biāo)記;錨桿水平、垂直方向的孔距誤差不應(yīng)大于100mm，成孔直徑不小于180mm;鉆孔軸線的偏斜率不應(yīng)大于錨桿長(zhǎng)度的1%;錨桿鉆孔深度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，應(yīng)不宜大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度500mm。

2）、錨桿放入鉆孔前，應(yīng)將孔道內(nèi)的土屑清理干凈，并檢查桿體的制作加工質(zhì)量及存儲(chǔ)方式，桿體居中支架應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求（見圖1）。安放桿體時(shí)，應(yīng)防止扭曲、彎曲，注漿管宜隨桿體一同放入鉆孔。安放桿體時(shí)，不得損壞防腐層，不得影響正常的注漿作業(yè)。

3）、錨桿注漿采用兩次注漿，一次注漿時(shí)，注漿材料選用灰砂比為1：0.5的水泥砂漿（砂子粒徑不大于2mm），注漿壓力取1.0MPa，注漿前應(yīng)進(jìn)行洗孔，至孔內(nèi)流出清水時(shí)放可進(jìn)行注漿。注漿作業(yè)從孔底開始，自上而下的連續(xù)澆注，當(dāng)孔口溢出漿液時(shí)，可停止注漿。二次注漿應(yīng)在一次注漿形成的注漿體強(qiáng)度達(dá)到5.0MPa后進(jìn)行，注漿材料采用水灰比0.45的純水泥漿，注漿壓力取2.0MPa，注漿材料中必要時(shí)可添加適量早強(qiáng)劑。

5.錨桿的驗(yàn)收試驗(yàn)

根據(jù)《巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》CECS22：2005規(guī)定，驗(yàn)收試驗(yàn)的錨桿數(shù)取錨桿總數(shù)的5%，且不得小于3根。最大試驗(yàn)荷載為設(shè)計(jì)荷載的1.50倍，即Pmax=1.50X314=471kN。根據(jù)本工程驗(yàn)收試驗(yàn)曲線：錨頭位移相對(duì)穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6.抗浮效果

目前，該水池已投入使用并經(jīng)過多次汛期的考驗(yàn)，通過沉降觀測(cè)，池體上測(cè)點(diǎn)高程基本沒有變化，達(dá)到了預(yù)期效果。

7.結(jié)論

1）、在水池類抗浮設(shè)計(jì)中，當(dāng)?shù)鼗休d力滿足要求，而自重抗浮嚴(yán)重不足時(shí)，采用土（巖）層錨桿抗浮是可行的。

2）、另外，當(dāng)?shù)装逑掠袌?jiān)硬土層且深度不大時(shí)，特別是巖石地基的情況。，設(shè)錨桿抗浮與配重抗浮相比，錨桿抗浮效果好，造價(jià)低，且有施工簡(jiǎn)便、快捷。經(jīng)造價(jià)分析比較，本工程錨桿抗浮設(shè)計(jì)較配重抗浮節(jié)約造價(jià)50%。

參考文獻(xiàn)：

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