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岩土研究院

抗浮锚杆设计方法、构造要求和工程常见问题

797 2020-12-17 09:49:52


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1.  抗浮锚杆受力过程

抗浮锚杆受拉构件,一端锚固在建筑物底板,另一端锚固在地基的持力层中,受力过程首先是通过锚固体钢筋与注浆体之间的作用将上拔力传至注浆体上;而后通过注浆体与周边土层之间的摩擦力将注浆体所受到的力传至周围稳定土体中去,从而形成具有一定抗拔能力的抗浮锚杆,起到抗浮锚杆的抗浮作用。

验算内容:

1)锚杆所承担的荷载计算;

2)锚杆锚固长度和承载力计算;

3)锚杆筋体截面面积计算;

4)锚杆筋体与锚固体的锚固承载力验算;(体现在岩土锚杆技术规程CECS22-2005,7.5.1-2式)

5)锚杆与岩土体的整体稳定性验算。(抗浮锚杆不存在)

2.  锚杆承载力计算公式:

1)自身强度

岩土锚杆技术规程CECS22-2005


2)摩擦抗拔强度

3)锚杆最终抗拔承载力取上述二者较小值。

4)注意:摩擦抗拔强度计算时,锚杆计算参数中的侧摩阻力应查地勘报告中基坑支护相关参数,而不是桩基参数

3.  锚杆设计方法:

方法一:先计算自身强度,由自身强度确定锚固长度,估算上浮力由此确定锚杆根数,确定锚杆根数时预留1.1倍安全系数。此方法适用于地基条件较好能充分发挥锚杆自身强度的情况。
举例如下:5层地下室,底板标高大部分位于全风化,以下依次为强风化、中风化、微风化,地基条件较好,其中强风化和中风化较薄,建议锚杆以微风化为持力层,同时考虑中风化的摩阻力。地下水微腐蚀,不验算裂缝。

方法二:先估算上浮力,合理布置锚杆确定锚杆数量,换算单根锚杆上拔力,上拔力乘以富余度系数1.1作为锚杆抗拔承载力,通过规范公式计算锚杆锚固长度。此方法适用于地质条件较差,不足以充分发挥锚杆自身强度的情况。
举例如下:3层地下室,底板标高位于砾质粘土层,以下依次为全风化、强风化,且全风化土体与锚固体极限粘结强度标准值较小仅为0.12Mpa(砾质粘土层为0.065 Mpa)。锚杆穿过砾质粘土层锚固于全风化层,考虑该两层土的摩阻力。
a>浮力及锚杆数量估算:


b>承载力、锚杆长度确定:经初步验算,每根锚杆的平均反力在150kN。考虑富裕度系数后以200KN作为锚杆抗拔承载力,典型锚杆具体计算如下:


c>因地下室为微腐蚀性,不必验算锚杆裂缝。

4.  锚杆构造要求:

1)锚杆长度:

a>土层锚杆和岩石锚杆长度均宜控制在20m或25m以内

b>锚杆锚固体与(岩)土层的锚固长度应取有效锚固长度,由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动,特别是采用爆破开挖的基坑,一般要加300-500mm。

2)锚杆间距:

a>宜大于1.5m(此规定参考岩土锚杆技术规程CECS22-2005,抗浮锚杆一般会参照岩土锚杆做法,但二者不完全是一个东西)

b>为什么要保证一定间距?锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载,未考虑锚杆间距影响,特别是锚杆间距较为密集时的情况;当单根锚杆影响范围内的土体自重大于锚杆拉力时,可以不考虑锚杆间距影响。

3)锚杆直径:

a>对于岩土锚杆:预应力钢绞线面积不超钻孔面积15%;预应力筋保护层厚度不小于20mm(永久锚杆)或10mm(临时锚杆)。(来自岩土锚杆技术规程CECS22-2005)
b>对于抗浮锚杆:某施工图做法


4)锚杆大样图实例:来自某施工图

   

5.  工程常见问题

1)防水问题

a>关于锚杆防水规范没有相关规定。

b>由于锚杆断面尺寸较小,不适宜采用桩头防水处理措施。

c>解决措施:每个锚杆四周均做加强层,加强层做2道,一道水泥基渗透结晶型防水涂料+一道卷材防水。卷材在锚杆处环绕钢筋热熔包裹,上卷高度是自垫层向上至筏板板底,这样卷材形成筒状,内有钢筋。卷材做完后灌注防水密封膏。加强层做完后再做普通防水层。在底板居中处做止水钢板,目的是改变应延长可能渗透的毛细水路径,阻止毛细水沿锚杆钢筋长驱直入,止水钢板应与锚杆钢筋满焊。

d>其他做法:

2)需不需要控制锚杆自身裂缝?

规范无明确说法,习惯上每人关注,个人认为应结合地下水腐蚀情况予以关注。

网上观点:地下室抗浮锚杆是主体结构的一部分,设计基准期应与主体结构相同,故应进行裂缝宽度验算,计算方法可参照上海市标准《地基基础设计规范》执行。当地下水或土对钢材腐蚀性等级为弱腐蚀时,也可不进行裂缝宽度验算,可按年腐蚀率0.03mm考虑锚杆截面积增量。

3)抗浮锚杆钢筋要不要施加预应力?

均可。

a>锚杆材料可根据锚固工程性质、锚固部位和工程规模等因素,选择高强度、低松弛的普通钢筋、高强精轧螺纹钢筋、预应力钢丝或钢绞线。(来自岩土锚杆技术规程CECS22-2005)

b>抗浮锚杆宜采用预应力锚杆。当地下水浮力较小,或锚杆锚固地层为岩石或硬土时,也可采用非预应力锚杆。(来自岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB 50086 - 2015)

4)抗浮锚杆有没有自由段长度?

一般预应力锚杆需要自由段,非预应力锚杆不需要。边坡锚杆存在主动滑移面时需要自由段。

岩土锚杆设置自由段的原因:a>对锚杆张拉是自由段的钢筋或钢绞线产生弹性变形,对锚固结构施加预应力;b>自由段部分设置在主动滑移面以内,无法提供锚固力。

5)锚杆类型选择

分岩石锚杆和土层锚杆。

深圳地区抗浮锚杆应用较多,原因是地质条件普遍较好,锚杆能锚入坚硬岩层(中风化)从而按岩石锚杆处理。土层锚杆因抗拉承载力小应用较少,同时土层锚杆离散型较大,实际试验抗拔承载力较多不满足设计要求,尽量少用。

6)抗浮锚杆和抗拔桩造价区别?

a>当地下水位较高、锚杆较长时,采用桩基下集中布置抗浮锚杆的方案更经济(此时基础形式为天然基础),并方便施工,锚筋有足够的锚固长度。

b>当地下水位较低,锚杆长度较短时,(5~8m),锚杆均匀布置于柱位以外区域更经济。原因是此时单根锚杆拉力较小,锚固在较薄的防水板中时水平锚固长度不至过长从而影响防水施工。

c>当工期较紧张时,可考虑采用柱下抗拔桩方案,相对造价可能更高。

d>总的原则是,抗拔桩在工期方面一定占优势,锚杆在经济性方面不一定占优势。

由于抗拔桩数量少,可以大幅缩减工期,采用预制管桩充当抗拔桩时更快捷,但坚硬岩层不适用预制桩如中风化以下。经济性一般锚杆占优势,但不能一概而论,应视具体工程情况,综合考虑地质条件不同等因素,具体工程需做针对性的经济性对比。

e>抗浮锚杆和抗拔桩本质上都是桩,区别主要在直径大小,二者提供摩擦力的计算原理相同,计算公式也基本一致,理论上直径越小表面积越大,相同体积材料抗拔锚杆提供的抗浮力更大。但桩和锚杆计算公式中的参数取值有所不同,导致二者计算结果不一定遵循此规律,主要影响因素是土质情况和锚杆长度,可仔细研究公式加以理解。

7)抗浮锚杆不同布置形式的使用条件:

集中点状布置推荐用于坚硬岩;集中线状布置推荐用于坚硬岩与较硬岩;面状均匀布置推荐用于所有情况。

a>集中点状布置,一般布置在柱下;优点:可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力;由于锚杆布置集中,有很强的抵抗力。缺点:要求锚固于坚硬岩体中,不适用于软岩与土体,破坏往往是锚固岩体的破坏;由于局部锚杆较密,锚杆施工不方便;地下室底板梁板配筋较大。

b>集中线状布置,一般布置于地下室底板梁下;优点:由于锚杆布置相对集中,有较强的抵抗力。缺点:不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力(个人认为考虑的话偏于不安全,对于跨高比小于6的底板梁,可以适当考虑上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力),要求锚固于较硬岩体中,不适用于软岩与土体;地下室底板板配筋较大。

c>面状均匀布置,在地下室底板下均匀布置;优点:适用于所有土体和岩体;地下室底板梁板配筋较小。缺点:不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力(个人认为考虑的话偏于不安全);对于个别锚杆承载力不足的情况,由于能分担的锚杆较少,此情况抵抗力差;由于锚杆布置相对分散,对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。

本人倾向于使用均匀布置,可降低底板配筋,控制总造价。

8)碎石类地层锚杆深度范围内有地下水:

产生原因:降水时未考虑抗浮锚杆施工地下水要求,地下水未降至锚杆底部以下。

产生后果:锚杆施工时,砂层及砾石沉淀至孔底,注浆时不能保证孔底注浆,锚杆锚固段减少。

防治措施:降水设计时,考虑抗浮锚杆施工,保证水位降至锚杆底部。

9)试验不合格锚杆如何处理?


10)     抗拔锚杆的设计承载力只是预估值,最终标准是抗拔试验,往往在抗拔试验后对锚杆布置进行修改。

11)     降水要求:裙房屋顶覆土施工完成后才可停止降水


 

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稿源:《他们也是人》

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