锚杆抗浮
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浅谈锚杆抗浮
摘要:介绍某沿海地区给水厂地下清水池采用土拉锚抗浮的设计实例,通过该实例对全地下结构抗浮设计的可靠性、适用性等方面做了一些浅析。
关键词:地下;清水池;软土;土拉锚;抗浮
abstract: the article introduces some coastal areas to underground water qingshuichi using soil pull anchor
anti-uplift design examples, and the application example to all the reliability of the design of the underground structure engineer, etc. made some analysed.
keywords: underground; qingshuichi; soft soil; soil pull anchor; anti-uplift
概述
在地下水位较高区域,结构荷载不能抵抗地下水浮力时,地下构筑物的抗浮问题随之而来。地下水浮力造成的破坏大致有两类:一类是底板隆起,产生裂缝,造成底板破坏,形成渗水通道;另一类是地下构筑物整体浮起,导致梁柱节点开裂,同时底板破坏。
本文以沿海某地区供水厂的清水池为例,对利用土拉锚进行抗浮的方式进行介绍,以期对类似的工程有较好的参考价值。
工程地质概况
本工程区域为典型沿海软土区,其地质特点是在埋深25.00m以
上土层具有明显的韵律沉积,不存在明显的地层突变。地层分布较为简单,地表为0.4~1.0m人工填土层,其下均为深厚淤泥质粘土层。地下水埋深较浅,静止水位埋深一般0.50~1.50m,水位随季节有所变化。一般年变幅在0.50~1.00m左右。抗浮设计水位按地表下0.50 m考虑。
抗浮设计
3.1主体结构设计
本工程清水池采用全地下现浇钢筋混凝土结构,池长60.9m,池宽44.9m,底板埋深6.35m,结构侧墙厚0.45m,顶板埋深1.60m。
清水池平面布置图
清水池剖面图
3.2结构抗浮设计
在未设置抗浮措施的情况下,计算结构主体的抗浮能力。抗浮计算一般通过计算抗浮安全系数方法来判别抗浮能力。
抗浮安全系数k=w/f
w—结构抗浮作用力,包括结构自重等;
f—地下水浮力,本工程地下水按埋深0.5m考虑。
其中w部分除结构自重外还包含底板飞边上土重,土重应以浮容重计算,同时地面荷载不应考虑车荷载作用。结构抗浮安全系数参照规范要求应高于1.10.
本工程计算抗浮系数为0.88,不满足结构最小抗浮安全系数,需采取额外的抗浮措施。
3.2抗浮设计方案比选
地下构筑物的抗浮一般采用压重法、抗浮桩或抗浮锚杆来解决。压重法是通过加大混凝土结构墙板或底板厚度,以及增加飞边面积等方法平衡水浮力,但经济上极不合理。抗浮桩多采用灌注桩或预制方桩。抗浮桩的缺点是造价高,同时抗浮桩与柱子连接,使抗浮桩间距较大,底板变厚才能抵抗浮力产生的弯矩和剪力。而抗浮锚杆的间距小,地下构筑物的底板可做的较薄,同时锚杆造价较低,大大降低工程造价。
本次设计中通过对抗浮方案的经济、工程结构本身以及施工工期等因素进行综合考虑,确定采用土拉锚抗浮方案。
土拉锚结构设计
4.1锚杆孔布置
根据清水池结构主体剩余上浮力,确定锚杆的孔数和长度。锚孔的布置原则是:既要防止锚孔间距过大而造成局部应力集中,也要避免锚固体过长,施工操作、控制困难;锚孔的布置也不能间距过小,否则造成群锚效应而引起的锚固力的损失。一般锚孔间距一般为1.5~3.0m。本设计中,根据剩余上浮力,锚杆体间距布置为2.0~2.5m。
根据以上原则,本工程锚固体长度按摩擦型锚杆设计。初算土拉锚的锚固力,设计锚固体直径为200mm,因不需要加设预应力,锚固体可采用三根22mm的螺纹钢筋作为锚束材料。
4.2拉锚锚固力计算
根据清水池结构的剩余抗浮力,对拉锚设计轴力进行计算,确定锚杆的孔数和长度,可参照《岩土地基设计规范》通过土层极限摩阻力计算拉锚承载力。
4.3整体抗浮计算
采用垂直土拉锚抗浮,水池的整体抗浮稳定性计算公式为:
wd≤n·nb+gd
式中 wd—浮力作用设计值(kn),浮力分项系数为1.05~1.10;
n—土拉锚总数;
nd—单根拉锚抗拔承载力设计值(kn);
gd—结构自重设计值,自重分项系数为1.0
4.4锚固长度计算
本工程设计中,不考虑在锚杆上预加应力,竖向锚杆不考虑自由端,底板以下均按锚固计算,土拉锚的锚固长度可由下式计算确定:
式中 lm—土拉锚锚固段总长度(m);
nt—锚杆设计轴向拉力(kn);
d—锚固体直径(m);
li—第i层锚固土层厚度(m);
fi—第i层土体与锚固体间的侧摩阻力(kpa);
k—安全系数,按永久土拉锚考虑,k=2.0~2.5。
锚杆设计
本工程共设96个锚固孔,孔径为φ200mm,间距为2m,等间距
布置。锚杆长度均为20m。
成锚采用水力扩孔二次注浆工艺,第一次采用常压向孔内注射水泥砂浆,达到初凝时,进行二次灌浆。第二次采用高压劈裂注浆,注浆体设计强度为25mpa。
锚束材料采用螺纹钢筋,按锚杆承载力极限状态设计,受拉钢筋截面面积按下式计算:
as=1.3·nb/fy
as—单锚锚杆钢筋截面面积(mm2);
nb—单锚抗拔承载力设计值(kn);
fy—钢筋抗拉强度设计值(n/mm2)。
根据计算,每根锚杆可按3根φ20钢筋进行布置,并伸入结构底板不小于600mm。
此外,锚固体钢箍采用φ6螺旋筋,间距200mm;沿锚杆体轴心线方向,隔2m设置对中定位器一个,采用φ65mm钢管。
锚杆材料
锚杆材料选用ii级钢筋,钢筋连接须用焊接或机械连接街头,不采用搭接方式。注浆材料选用42.5号普通硅酸盐水泥,第一次采用常压注水泥砂浆,第二次采用高压灌浆,水灰比现场通过工艺试验确定。
结语
土拉锚在海港工程及边坡治理加固工程中应用较多,本工程尝试在软土层中将其作为抗浮措施。在滨海地下水埋深较浅区域,往