地下室底板抗浮錨索設計

2015-11-03 13:07:54陳雁

建材與裝飾 2015年32期

關鍵詞：工程設計

陳雁

（貴州省城鄉規劃設計研究院　貴州　貴陽　550000）

地下室底板抗浮錨索設計

陳雁

（貴州省城鄉規劃設計研究院貴州貴陽550000）

地下室的抗浮設計原理雖然簡單，卻是結構設計的重要部分，關乎結構的安全使用，應予以重視。本文擬結合具體工程實例，重點就地下室底板抗浮錨索設計進行了分析。

地下室；底板抗浮；錨索設計

引言

地下室底板抗浮錨索設計人員需充分理解規范，合理選擇抗浮設計中需要的設計參數，并根據場地、水文、土層資料等情況選擇合理、經濟的抗浮措施。

1　工程概況

擬建建筑位于貴州省湄潭縣，由A座（酒店，19層），B座（商住，18層），C座（商住，24層）及裙房（4層）組成。地下一層為車庫，層高6.0m。酒店采用框架剪力墻結構體系，商住采用部分框支剪力墻結構體系。

2　地下水類型及埋藏條件

《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）第3.0.2條第6款規定：“建筑地下室或地下構筑物存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算。”并在條文說明中指出：抗浮設計水位是很重要的設計參數，影響因素眾多，不僅與氣候、水文地質等自然因素有關，有時還涉及地下水的開采、上下游水量調配、跨流域調水和大量地下工程建設等復雜因素。對情況復雜的重要工程，要在勘察期間預測建筑物使用期間水位可能發生的變化和最高水位有時相當困難。故現行國家標準《巖土勘察規范》（GB50021）規定，對情況復雜的重要工程，需論證使用期間水位變化，提出抗浮設防水位時，應進行專門研究。

擬建場區南西側13m外為湄江河，場區地下水主要受湄江河河水影響。河水通過場區上覆土層滲入開挖的基坑中，河水水位即為場區地下水水位。勘察期間處于平水期，河水標高755.20m。根據湄江河湄潭縣城段歷史最高水位，在洪水期時河水標高758.0m，高于地下室底板標高（754.70）3.7m。勘察時本場地基坑已經開挖結束，根據現場觀測，基坑內基本無水，說明上覆土層隔水效果較好。但是考慮到長期的滲流達到水動力平衡后，場區水位就會達到河水水位高程，對地下室底板有浮托力作用，須做好抗浮抗拔設計。

在場地地下室開挖到設計標高后，基巖裸露或者淺埋，分布連續，承載力較高，可作本擬建物持力層，其承載力特征值fa= 2400kPa，基礎采用柱下獨立基礎及墻下條基。

該建筑因上部建筑自重不均勻，設計時抗浮力與水浮力平衡計算分區域驗算。地下室底板的梁板采用倒置樓蓋計算，保證水浮力傳至柱、墻上。主樓位置采用“壓”的做法，裙房部分基礎采用“拉”的做法。

3　計算采用參數

①錨索設計拉力值為1353kN。②錨索錨固體與中風化泥質灰巖的極限摩阻力特征值按《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）表7.2.3-1和勘察報告取：泥質灰巖frb=400kPa。③根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）表7.2.4取鋼絞線和M35水泥砂漿的粘結強度設計值：fb=2950kPa。

4　錨索軸向拉力驗算

錨索為2組6φ15.2mm直徑的鋼絞線，錨索入射角為90°，錨索設計錨固段為6m，抗拉強度設計值fy=1320N/mm2，總的軸向設計拉力值最大為1353kN：

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）第7.2.2和7.2.3條：

將ξ2=0.69，γ0=1.1，fy=1320N/mm2，Na=676.5kN帶入（1）式計算得As=817mm2，單根鋼絞線的公稱截面面積為139mm2，6φ15.2的截面面積為A=834mm2>As=817mm2，滿足設計要求。

將ξ1=1.0，D=130mm，frd=400kPa，Nak=676.5kN帶入（2）式計算得：錨索錨固體與地層的錨固長度la=4.14m，錨索錨固體設計錨固段為6m>la=4.14m，滿足設計要求。

將ξ3=0.6，γ0=1.1，d=15.2mm，fb=2950kPa，n=6，Na=676.5kN帶入（3）式得：錨索鋼絞線與錨固砂漿間的錨固長度la=1.47m，錨索鋼絞線的錨固段為6m>la=1.49m，滿足設計要求。

綜上，錨索設計滿足規范要求。

5　抗浮錨索現場試驗

依據上述設計施工后，對其進行現場試驗，驗證抗浮錨索的穩定性。通常抗浮錨索的破壞形態有：①注漿體與巖土體之間發生剪切破壞；②錨索桿體由于抗拉強度不足造成破壞；③錨索桿體與注漿體界面之間發生破壞；④錨索埋入穩定地層時，受力使得地層呈錐體拔出；⑤錨索群整體發生破壞。如果發生以上現象則說明抗浮錨索的承載力不足需要重新進行設計施工。依據規范要求本次試驗分別選擇MG1和MG2兩個錨索作基本試驗。工程抽取兩個抗浮錨索進行現場測試，抗浮錨索參數如表1所示。⑥試驗前對試驗所需的儀器進行標定校正核對。⑦安裝試驗裝置，圖1為張拉設備安裝示意圖，分別對加載和壓力表讀數，對百分表讀數，進行記錄。

依據規范規定的加荷等級以及觀測時間對抗浮錨索進行六個等級的分級循環加荷試驗。在對抗浮錨索作基本試驗時注意：①第五循環前加荷速率為100km/min，第六循環的加荷速率為50km/min；②在每一級加荷等級觀測時間內，測讀位移不應少于3次。③在每級加荷等級觀測時間內，錨頭位移增量小于0.1mm時可施加下一荷載，否則應當延長觀測時間，直至錨頭位移增量在2h內小于2.0mm時，方可施加下一級荷載。

分別對MG1和MG2進行六個等級的循環張拉試驗后，依據張拉荷載的大小以及對應的位移，繪制出抗浮錨索的基本試驗曲線。圖2為抗浮錨索MG1基本試驗曲線圖、圖3為抗浮錨索MG2基本試驗曲線圖。由圖2、圖3分析得出：在整個張拉過程中，抗浮錨索的位移變化幅度不大，施加前一級荷載使得抗浮錨索產生的位移量小于施加后一級荷載使得錨索產生的位移的0.5倍。抗浮錨索MG1和MG2的錨頭位移穩定，都沒有發生位移不收斂的線性，說明抗浮錨索穩定。

在抗浮錨索張拉的過程中，所產生的位移主要包括彈性位移和塑性位移，其中彈性位移是可以恢復的，其主要取決于抗浮錨索桿體自身材料。而塑性位移是不可恢復的，主要是由錨固體與巖土體之間由于錨索受拉而引起的位移。圖4、圖5反映了MG1和MG2抗浮錨索彈塑位移變化情況：從中可以看出錨索在整個張拉過程中，彈塑性位移變化平穩，沒有發生劇烈的變化，而且抗浮錨索均未發生破壞。塑性位移較大主要是由于錨固體所在的巖土體的性質決定的，巖土體所提供的側向摩阻力較小，因而影響抗浮錨索的承載力，使得錨固體與巖土體之間產生的位移較大。

通過現場試驗可以看出，工程抗浮錨索在試驗過程中均沒有出現位移不收斂的現象，當極限荷載的作用下，沒有破壞和不穩定的現象發生。說明抗浮錨索都是穩定安全的，在該工程的設計并沒有出現過度浪費以及不穩定的現象，說明設計基本合理。由于抗浮錨索缺少明確可以依據的標準指導其在實踐工程中的應用，本工程的設計方法以及最終驗證安全可以為抗浮錨索的應用提供參考。