地下室抗拔锚杆设计

[摘 要］地下室对于管道抗浮水平有严格要求，桩基础抗拔力不能承受地下水浮力和斜列拉力，通过设置拉斜列较低的承载平台预应力抗拔锚杆。本文讨论了如何选择地下结构抗浮设计水位，几种常用的抗浮设计方法进行了比较分析，指出设计过程中应考虑合理预期的工程造价，共同对抗浮设计的地下结构进行交流探讨。

[关键词］基坑抗浮 抗拔锚杆 应用

一、引言

在我国抗震设防高烈度地区的一些多层及小高层的地下室建筑，因要满足抗震设计规范的各项规定要求，如采用以往的抗震设计的方法，结构将会导致两种不良的后果：（1）主体结构构件截面过大，使用过多的加固材料，花费过多的人力，工程造价也相应提高。（2）结构构件截面的钢筋增加，结构的刚度也会大大增加，由于在地震中吸收大量地震能量，导致结构负载显著增加，这些地震的能量使得结构发生显著的变形，从而导致的结构在特大地震中遭到损坏。 针对上述地区的地下室的结构设计，现一般采用抗拔锚杆设计。现根据黄山龙徽置业滨江之都地下车库主体结构设计分别进行阐述。 二、工程概况

本工程±0.000相当于绝对标高151.15m，室外地坪为151.00m.勘察报告说明：长期抗浮设计水位建议取室外地面以下0.5米。 三、抗拔锚杆设计原理

锚杆是通过置入围岩内部发挥其支护作用的 ,随着巷道围岩状态的不同 ,锚杆支护也具有不同的作用机理。经典的锚杆作用机理有悬吊理论、组合梁 (拱 )理论、楔固理论和锚杆桁架理论等。现代支护理论则强调锚杆与围岩共同作用原理 ,它们共同变形。由于锚杆的刚度远大于围岩 (特别是松散或裂隙岩体 )的变形 ,从而在锚杆对围岩施加作用力时 ,该力一方面改善围岩应力状态 ,另一方面通过对裂隙岩体施加挤压作用 ,提高了围岩的抗剪、抗压强度 ,极大地提高了围岩自身的承载能力。开掘巷道以后 ,巷道围岩中应力状态由原来三向应力变成

二向应力 ,顶板下位岩层受水平应力的作用 ,岩层容易失稳破坏。锚杆的作用就是在失去一向应力的方向上 ,给岩层提供一个约束力 ,提高岩石强度 ,使岩层形成能承载的支护结构。锚杆对岩体的加固作用比较复杂 ,主要表现在以下几方面。a .锚杆与岩体粘结在一起 ,提高了岩体的抗变形能力 ,加强岩体的整体性。b .由于锚杆的抗拉作用 ,当锚杆穿越破碎岩石深入稳定岩层时 ,对不稳定岩层起着悬吊作用。c .由于锚杆抗剪作用对岩层离层可产生一定的阻碍作用 ,增强了岩层间的摩擦力。

四、地下室主体结构的锚杆设计说明

(锚杆大样图)

本工程的锚杆为永久性抗拔锚杆，锚杆平面图中以箭头表示；±0.000相当于绝对标高151.1。

锚杆的抗拔承载力特征值为 250 KN，锚杆成孔直径 Φ 180，锚筋为 3?25（HRB400级钢),锚筋需进行防腐处理。底板底面处锚杆钢筋在长度0.5～1.0m的范围内宜刷防锈漆。

锚杆长度：自底板垫层底起算，锚杆长度暂定 3m，必要时根据基本试验结果调整；如锚杆周边1m范围内垫层有高差(如集水井等)，则以标高较低处起算。 在进行锚杆施工前，应进行锚杆的基本试验，基本试验按《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)的要求执行，锚杆的最大试验荷载为 550 KN，锚杆试验的锚筋为 3?25（HRB400级钢)。基本试验锚杆的数量不少于 3 根，基本试验锚杆采用 3 根 3 m。基本试验时地下室深度范围内土层应采用钢套管与锚杆分开。基本试验时注浆材料应达到设计强度的90%，定位见平面图。

在锚杆施工后，应进行锚杆的验收试验。试验按《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)的要求执行，锚杆的最大试验荷载为 550 KN，锚杆试验的锚筋为 3?25（HRB400级钢)。检测数量不宜少于锚杆总数的 5% ,且不少于15根。 4.2关于对地下室抗拔锚杆计算方法以及内容 4.2.1.关于水浮力的计算

底板板底标高：-5.9-0.2-0.6=-6.70 m,水头标高：-6.7+0.65=-6.05 m,水浮力：10x(-6.05)=-60.5 KN/m (向上） 顶板覆土时，水浮力计算：

恒载：覆土1000厚：19x1.0=19 KN/m,顶板250厚：25x0.25=6.25 KN/m,板面层200厚：20x0.2=4.0 KN/m,底板600厚：25x0.6=15 KN/m

抗浮恒载为:44.25KN/m,净水浮力：-60.5+44.25=-16.25 KN/m (向上）,柱、梁、承台、建筑隔墙自重及活荷载作为安全储备。 顶板以上为商业时，水浮力计算：

恒载：屋面板120厚：25x0.12=3.0 KN/m 楼面板100厚：25x0.10=2.5 KN/m 底板面层200厚：20x0.2=4.0 KN/m 底板600厚：25x0.6=15 KN/m

抗浮恒载为:24.50KN/m 净水浮力：-60.5+24.50=-36.0 KN/m (向上） 柱、梁、承台、建筑隔墙自重及活荷载作为安全储备。 当顶板为坡道时，水浮力计算：

恒载：坡道板120厚：25x0.12=3.0 KN/m 底板面层200厚：20x0.2=4.0 KN/m 抗浮恒载为:22.0KN/m 净水浮力：-60.5+22.0=-38.5 KN/m (向上） 柱、梁、承台、建筑隔墙自重及活荷载作为安全储备。 4.2.2关于岩石锚杆的计算

一、锚杆竖向抗拔承载力特征值：

锚杆竖向抗拔承载力特征值：R =ζ π D La f 经验系数：ζ =0.8

锚杆锚固段注浆体直径：D=180 mm 锚杆锚固段有效锚固长度：La=3 m

锚杆锚固段注浆体与地层的粘结强度特征值：根据地质报告，f =300 kpa R =ζ π D La f =0.8x3.14x0.18x3x300=406.9 KN 锚杆竖向抗拔承载力特征值：R =ζ π D Σ λ q L 第 i 土层的抗拔系数：λ =0.8

第 i 土层的锚杆锚固段侧阻力特征值：q =380 kpa 第 i 土层的锚杆锚固段有效锚固长度：L =3 m

R =ζ π D Σ λ q L =0.8x3.14x0.18x(0.8x380x3)=412.4 KN 以上两者比较取小值，锚杆竖向抗拔承载力特征值实际取值为：R =250 KN 二、抗拔锚杆钢筋横截面面积

抗拔锚杆钢筋横截面面积：A≥Ntd/(ζ2fy)

荷载效应基本组合下的锚杆轴向拉力设计值：N =1.35 R 锚杆竖向上拔力：R =250 KN 钢筋的抗拉强度设计值：f =360 N/mm 钢筋抗拉工作条件系数：ζ =0.69 A≥1.35x250x10/0.69x360=1358.6 mm 选用 3?25 (A=1470 mm )

三、锚杆钢筋与砂浆之间的锚固长度：

锚杆钢筋与砂浆之间的锚固长度：t ≥Ntd/(ζ3 nsπDfb) 钢筋根数：n =3根

单根钢筋的直径：D=25 mm

钢筋与锚固注浆体间的粘结强度设计值：f =2.4 Mpa 钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数：ζ3 =0.6

t ≥Ntd/(ζ3 nsπDfb)=(1.35x250x10)/(0.60x3x3.14x25x(2.4x0.7))=1421.7 mm < 3000mm