抗浮錨桿計算方法比較分析

灌 千 元

(成都四海巖土工程有限公司，四川 成都 610041)

抗浮錨桿計算方法比較分析

灌 千 元

(成都四海巖土工程有限公司，四川 成都 610041)

結(jié)合目前尚無抗浮錨桿專門的設(shè)計規(guī)范狀況，介紹了常用的抗浮錨桿設(shè)計方法，并通過兩個工程實例，對不同抗浮錨桿設(shè)計方法進行了計算，結(jié)果表明，錨桿規(guī)范計算出的鋼筋量最大，錨固長度最長；地基規(guī)范計算出的鋼筋量最少，錨固長度最短；邊坡規(guī)范計算出的鋼筋量和錨固長度處在中間水平。

抗浮錨桿，配筋量，錨固長度，粘結(jié)強度

目前，為了充分利用地下空間，絕大部分建筑都設(shè)置有地下室，由于上部結(jié)構(gòu)自重較小或地下水位過高，建筑物的自重不足以抵抗地下水產(chǎn)生的浮力，必須采取相應(yīng)的抗浮措施[1-3]。

目前常用的抗浮措施有：壓重抗浮，即采用結(jié)構(gòu)自重、上部覆土重量抵抗地下水的浮力；疏導(dǎo)地下水抗浮，即設(shè)置暗溝，將地下水疏導(dǎo)至指定標(biāo)高而達到抗浮效果；抗拔樁抗浮、抗浮錨桿抗浮等。由于抗浮錨桿施工簡單，施工周期短，效果明顯，是最為常見的抗浮手段，特別在成都地區(qū)尤為常見。

目前尚沒有專門針對抗浮錨桿的國家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)，只有部分規(guī)范中有關(guān)于錨桿或者巖石錨桿的章節(jié)供設(shè)計參考[4]。在實際設(shè)計過程中，由于設(shè)計思路及所依據(jù)的規(guī)范不同，所設(shè)計的結(jié)果也有所不同。本文將采用常見的錨桿設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計，并對比分析，以期能得到些許有用建議。

1 常見抗浮錨桿設(shè)計方法

1.1 CECS 22:2005巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程

對于桿體截面面積，CECS 22:2005巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[5]第7.4.1規(guī)定，錨桿桿體的截面面積計算應(yīng)按下式確定：

其中，Kt為錨桿桿體的抗拉安全系數(shù)，取值參見第7.3.2條；Nt為錨桿的軸向拉力設(shè)計值，kN；fyk為錨桿的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

對于錨固段長度，CECS：22:2005巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程第7.5.1條綜合考慮錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強度以及筋材與錨固段注漿體的粘結(jié)強度來計算錨固長度，取二者的大值，具體如下：

其中,K為錨桿錨固體的抗拔安全系數(shù)，取值參見第7.3.1條；la為錨桿錨固段長度，m；fmg為錨桿錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值,kPa；通過試驗確定，無試驗資料時，可按照相關(guān)經(jīng)驗取值；fms為錨桿錨固段注漿體與錨桿筋材間的粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值,kPa，通過試驗確定，無試驗資料時，可按照相關(guān)經(jīng)驗取值；D為錨桿錨固段的鉆孔直徑，m；d為錨桿筋體直徑，m；ξ為界面粘結(jié)強度降低系數(shù)，當(dāng)采用兩根及以上的筋體時，取值為0.6～0.85；φ為錨固長度對粘結(jié)強度的影響系數(shù)；n為錨固筋體的根數(shù)。

上述參數(shù)取值具體參見本規(guī)范相關(guān)表格。同時，本規(guī)程規(guī)定：對于自由段長度，應(yīng)穿過潛在滑裂面不少于1.5 m，不應(yīng)小于5.0 m，且能保證錨桿與錨固結(jié)構(gòu)體系的整體穩(wěn)定性。

1.2 GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范

抗浮錨桿的截面面積可根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[6]第6.2.22條，按照軸心受拉構(gòu)件計算，可得：

其中，N為軸向拉力設(shè)計值；fy為錨桿筋體抗拉強度設(shè)計值。

對于錨固長度，第8.6.3條規(guī)定[7]：對于設(shè)計等級為甲級的建筑物，單根錨桿抗拔承載力特征值Rt應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定，其他等級的建筑物，應(yīng)符合下式規(guī)定：

Rt≤0.8πd1lf。

其中，Rt為錨桿抗拔承載力特征值，kN；f為砂漿與巖石間的粘結(jié)強度特征值，kPa，由試驗確定，當(dāng)缺乏資料時，可按表6.8.6取用；d1為錨固體的直徑，m；l為錨桿的有效錨固長度，m。

錨孔直徑，宜取錨桿筋體直徑的3倍，但不應(yīng)超過錨桿筋體直徑+50mm，其具體構(gòu)造要求可按本規(guī)范采用。錨桿筋體插入上部結(jié)構(gòu)的長度，即相當(dāng)于錨桿自由段的長度，應(yīng)符合鋼筋的錨固長度要求。

1.3GB50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范

對于桿體截面面積，《邊坡規(guī)范》[8]第8.2.2規(guī)定，錨桿鋼筋截面面積計算應(yīng)按下式確定：

其中，Kb為錨桿桿體的抗拉安全系數(shù)，取值參見表8.2.2；Nak為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時，錨桿所受軸向拉力,kN；fy為錨桿的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

對于錨固段長度，《邊坡規(guī)范》第8.2.3條和第8.2.4條規(guī)定綜合考慮錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強度以及筋材與錨固段注漿體的粘結(jié)強度來計算錨固長度，取二者的大值，同時應(yīng)符合第8.4.1條：土層錨桿的錨固段長度不應(yīng)小于4.0m并不宜大于10.0m，巖石錨桿的錨固段長度不應(yīng)小于3.0m，且不宜大于45D和6.5m的規(guī)定，具體如下：

其中，K為錨桿錨固體的抗拔安全系數(shù)，按表8.2.3-1取值；la為錨桿錨固段長度或錨桿鋼筋與砂漿間的錨固長度，m；frbk為巖土層與錨固體極限粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，通過試驗確定，無試驗資料時，按表8.2.3-2和表8.2.3-3取值；fb為鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，通過試驗確定，無試驗資料時，按表8.2.3-4取值；D為錨桿錨固段的鉆孔直徑，m；d為錨桿筋體直徑，m；n為錨固筋體的根數(shù)。對于自由段長度，錨桿自由段長度應(yīng)為外錨頭到潛在滑裂面的長度；預(yù)應(yīng)力錨桿自由段長度應(yīng)不小于5.0m，且應(yīng)超過潛在滑裂面1.5m。

2 抗浮錨桿計算實例

本文將采用上述的三種計算方法進行抗浮設(shè)計，通過兩個實際工程項目，以比較其不同之處。

2.1 項目一

2.1.1CECS22：2005巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程

抗浮錨桿的截面面積為：

取fyk=500MPa，Kt=1.6，Nt=463kN，則有：As=1 481.6mm2。

因此選用4φ22(Ⅳ級鋼筋)，As=1 519.76mm2≥1 481.6mm2。

抗浮錨桿的錨固長度為：

取fmg=205kPa，fms=2 400kPa，K=2.0，Nt=463kN，ξ=0.6，D=0.15m，φ=1.15，n=4，d=0.022m,則有：la1=8.34m，la2=2.02m，故抗浮錨桿的錨固長度為8.34m，取為8.5m。

2.1.2GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范

根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第6.2.22條可得，抗浮錨桿的截面面積為：

取fy=435MPa，Nak=356kN，則有：As=818.53mm2。

因此選用2φ25(Ⅳ級鋼筋)，As=982mm2≥818.53mm2。

取f=0.5MPa，d1=0.15m，Rt=356.06kN，則有：l=1.89m。

2.1.3GB50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范

抗浮錨桿截面面積為：

取fy=500MPa，Kb=2.0，Nak=356kN，則有：As=1 424.24mm2。

因此選用3φ25(Ⅳ級鋼筋)，As=1 473mm2≥1 424.24mm2。

抗浮錨桿的錨固長度為：

按照抗浮錨桿體與地層的粘結(jié)強度計算，則有：

取frbk=500kPa，K=2.4，Nak=356kN，D=0.15m，則有：la=3.629m。

按照抗浮錨桿體與錨固砂漿(M30)的粘結(jié)強度計算，則有：

取fb=2.4MPa(鋼筋3根成束時，粘結(jié)強度應(yīng)該乘以折減系數(shù)0.7)，K=2.4，Nak=356kN，n=3，d=0.025m，則有：la=2.160m。

綜上所述，抗浮錨桿的錨固長度取為la=3.629m。

2.2 項目二

擬建工程位于成都市金牛區(qū)，擬建工程由7棟高層及別墅、純地下室組成，設(shè)1層～2層地下室。擬建物擬采用筏板基礎(chǔ)，多層擬建物及純地下室擬采用獨立基礎(chǔ)。

2.2.1 錨索規(guī)程計算結(jié)果

根據(jù)《錨索規(guī)程》計算可得，錨桿截面面積As=1 008 mm2，因此選用2φ22+1φ20(Ⅳ級鋼筋)，As=1 074 mm2≥1 008 mm2。

根據(jù)各地層加權(quán)平均計算，取極限粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值為167 kPa，按錨固段注漿體與地層的粘結(jié)力計算可得，錨固長度為6.41 m；按錨固段注漿體與筋體粘結(jié)力計算可得，錨固長度為1.689 m。綜上所述，可取錨桿的錨固長度為6.5 m。

2.2.2 建筑地基規(guī)范計算結(jié)果

根據(jù)《地基規(guī)范》計算可得，錨桿截面面積As=551 mm2，因此選用1φ20+1φ18(Ⅳ級鋼筋)，As=568.7 mm2≥551 mm2，錨桿的錨固長度為1.27 m。

2.2.3 建筑邊坡規(guī)范計算結(jié)果

根據(jù)《邊坡規(guī)范》計算可得，錨桿截面面積As=960 mm2，因此選用2φ20+1φ18(Ⅳ級鋼筋)，As=1 014.7 mm2≥960 mm2。

按錨固段注漿體與地層的粘結(jié)力計算可得，錨固長度為2.445 m；按錨固段注漿體與筋體粘結(jié)力計算可得，錨固長度為1.158 m。綜上所述，可取錨桿的錨固長度為2.5 m。

3 計算結(jié)果比較分析

3.1 計算結(jié)果比較

將上述的實際工程案例計算結(jié)果整理如表1所示。

表1 工程1抗浮錨桿計算對比分析

表2 工程2抗浮錨桿計算對比分析

從表1和表2可以看出，對于抗浮錨桿的截面面積，錨桿(索)規(guī)程計算得出的結(jié)果最大，邊坡規(guī)范次之，地基規(guī)范最小，其中，錨桿(索)規(guī)程和邊坡規(guī)范得出的截面面積大小差別不大；對于錨固長度，錨桿(索)規(guī)程計算得出的結(jié)果最大，邊坡規(guī)范次之，地基規(guī)范最小。根據(jù)錨桿的軸向拉力設(shè)計值，在相同條件下計算得出的實際配筋最大，錨固長度也最大。

3.2 計算結(jié)果分析

從上述工程實例可以看出，對于同一工程，采用三種不同的規(guī)范計算出的抗浮錨桿截面面積和錨固長度不同，其原因如下：

1)計算截面面積時，錨桿規(guī)程采用的是設(shè)計值，而其余規(guī)范采用的是標(biāo)準(zhǔn)值，且安全系數(shù)均相同，故錨桿規(guī)程計算得出的錨桿截面面積更大，偏于安全；而混規(guī)的計算式中未包含安全系數(shù)，故計算出來的錨桿截面面積最小。2)計算錨固長度時，錨桿規(guī)程采用按錨固段注漿體與地層的粘結(jié)力計算和按錨固段注漿體與筋體粘結(jié)力計算，取二者的最大值。地基基礎(chǔ)規(guī)范采用錨固體與地層的粘結(jié)力計算，未考慮錨固段漿體與錨桿筋體之間的粘結(jié)強度，且公式的結(jié)構(gòu)形式也不一致。

4 結(jié)語

基于目前尚且沒有專門的抗浮錨桿設(shè)計規(guī)范，本文通過總結(jié)常用的抗浮錨桿計算方法并結(jié)合實際工程實例，得出如下結(jié)論：1)錨索規(guī)程計算得出的錨桿截面面積最大，錨固長度最長，偏于安全。2)實際設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同的項目采用相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。

[1] 付文光，張俊峰.抗浮錨桿技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用情況調(diào)查及特點分析[J].巖土錨固工程，2013(4)：33-39.

[2] 賈金陽，宋二祥.濱海大型地下工程抗浮錨桿的設(shè)計與試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2002，24(6)：769-771.

[3] 帥海樂，詹黔花，龍 舉.抗浮錨桿的設(shè)計、施工及試驗[J].施工技術(shù)，2015，12(S44)：28-32.

[4] 付文光，柳建國，楊志銀.抗浮錨桿及錨桿抗浮體系穩(wěn)定性驗算公式[J].巖土工程學(xué)報，2014，36(11)：1971-1982.

[5] CECS 22：2005，巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[S].

[6] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[7] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[8] GB 50030—2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

The calculation method of anti-floating anchor

Guan Qianyuan

(ChengduSihaiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Chengdu610041,China)

Combining with the lack of design regulation for the anti-floating anchor, the paper introduces the common design methods for the anti-floating anchor, calculates various design methods for the anti-floating anchor in two projects, and proves by the result that the regular calculation of the anchor has the biggest reinforcement volume and longest anchor length, while the calculation of the foundation regulation has the least reinforcement volume and shortest anchor length, and indicates the reinforcement volume and anchor length of calculation for the slope is in the middle.

anti-floating anchor, reinforcement volume, anchor length, bonding strength

1009-6825(2017)01-0113-03

2016-10-29

灌千元(1987- )，男，助理工程師

TG333.17

A