浅谈土层抗浮锚杆的应用

　　[摘要]土层抗浮锚杆的设计总结与施工经验。结合保定市某地下车库工程抗浮锚杆设计与施工的实例，对土层抗浮锚杆的设计及施工进行研究探讨。 　　[关键词]土层锚杆；设计；施工 　　文章编号：2095-4085（2015）05-0062-03 　　随着城市建设加快，土地资源紧张，各类建筑向地上和地下空间拓展，地下水浮力产生的诸多影响越来越大，尤其是浮力作用对地下建筑物或构筑物的影响较大，因此抗浮锚杆的应用越来越广泛，在实际工作中却没有统一的设计及施工标准，尤其土层抗浮锚杆的设计与施工。本文以保定市某地下车库工程抗浮锚杆为例，对土层抗浮锚杆的设计、施工、检测进行探讨。 　　1工程概况 　　保定市某建设工程主楼，地上16～28层，裙楼地上4层。地下3层：地下车库3层，基础埋深15.0m。主楼采用CFG桩复合地基进行处理，裙楼及地下车库，采用天然地基。建筑物抗浮设防水位标高取10.00m，（自然地面下4.00m）。 　　设计要求地下室底板下设置抗浮锚杆，抗浮力F抗≥40kN/m2。勘察期间地下水初见水位埋深10.80～11.50m，稳定水位埋深8.55～9.43m，锚杆施工时基坑开挖到位，基坑降水至基础底板下0.5m。根据勘察报告，地基持力层为8层细砂，基础下土层分布均匀，无软弱下卧层，基础下受力层物理力学参数如下表（表中极限极限粘结强度标准值，根据勘察报告及《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013表1确定）： 　　2抗浮锚杆设计 　　综合上述规范的有关锚杆的设计和结构要求，锚杆设计主要是：锚杆抗拔承载力特征值、锚杆钢筋截面积、锚筋与砂浆问的锚固长度、锚杆的布置和钢筋的锚固长度的计算。 　　本工程设计采用《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）中的计算公式： 　　2.1锚杆抗拔承载力特征值计算 　　la≤KNak/πDfrbk°Nak-相应于作用的标准组合时锚杆所受轴向拉力，kN；D-锚杆锚固段钻孔直径，m；K-锚杆锚固体抗拔安全系数；la-锚杆有效锚固长度，m；frbk-岩土层与锚固体极限粘结强度标准值，kPa；为计算方本工程采用厚度加权平均值。 　　（1）关于锚孔直径（D），规范（GB50007-2011）6.8.5岩石锚杆的构造：作支护用的岩石锚杆孔径不宜小于100mm；作防护用的锚杆孔径可小于100mm，但不应小于60mm。规范（GB50007-2011）8.6岩石锚杆基础中规定：锚杆孔直径宜取锚杆筋体直径的3倍、但不应小于1倍锚杆筋体直径加50mm。本文建议应根据土层锚杆的地质条件和施工工艺的不同，锚孔直径取150mm～200mm为宜，本工程锚孔直径为150mm。 　　（2）锚杆锚固体抗拔安全系数（K），规范（GB50007-2011）采用的经验系数：永久性锚杆取0.8，临时性锚杆取1.0。规范（GB50330-2013）按照边坡安全等级、锚杆的使用时效规定了锚杆锚固体抗拔安全系数，永久性锚杆分别为一级、2.6，二级、2.4，三级、2.2。本文建议锚杆锚固体抗拔安全系数（K）取2.0。本工程Nak=10.9×3.14×0.15×59.0/2.0=151.5kN，取单根锚杆抗拔承载力特征值Fa=135kN。 　　2.2锚杆钢筋截面积计算 　　As≥KbNak/Fy本工程As=2.0×135/0.36=750.0mm2，选用1φ32（Ⅲ级钢筋、A=804.2mm2≥750.0mm2，满足规范要求）As-锚杆钢筋截面积，mm2，Kb-锚杆杆体抗拉安全系数，取2.0，Nak-相应于作用的标准组合时锚杆所受轴向拉力，kN，fy-普通钢筋抗拉强度设计值，N/mm2，fy=360N/mm2（Ⅲ级钢筋）。 　　2.3锚筋与砂浆间的锚固长度计算 　　la≥KNak/nπdfb 　　la=2.0×135/（1×3.14×0.025*2100）=1.64m25水泥浆。la-锚筋与砂浆间的锚固长度，m，K-锚杆锚固体抗拔安全系数，取2.0，n-杆体根数，d-杆体直径，m，fb-钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，kPa（表2）。 　　2.4锚杆布置 　　（1）计算单根锚杆抗浮面积A≤Nak/F抗=135/40=3.38m2。 　　（2）根据基础总面积计算锚杆总根数：本工程地下车库基础面积1994m2，布置抗浮锚杆N≥1984/3.38=587.0根，实际布置594根，均匀布置、锚杆间距1.9*1.86m，满足设计要求。 　　2.5锚杆筋与基础底板的连接，建议按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第8.3.1条公式lab≥afyd/ft计算受拉钢筋的锚固长度。当计算锚固长度大于底板厚度时建议锚杆筋设置锚定板，可增加锚固力、减少钢筋长度。 　　3抗浮锚杆施工 　　抗浮锚杆的施工应根据地质条件采取不同的施工机械和施工工艺，保定市地层结构一般为第四系全新统、晚更新统冲积成因的粉质粘土、粉土、砂土。本工程施工中的主要问题。 　　3.1根据保定市地层结构确定锚杆施工流程 　　抗浮锚杆施工工艺流程图。 　　3.2锚杆成孔 　　根据保定市地层结构，本文推荐土层锚杆施工方法：套管护壁成孔、螺旋钻孔中心注浆。 　　（1）选用SH-30勘察钻机：具有冲击、回转两种钻进方式，适应性较强，可用于耕土、粘性土、砂卵石、杂填土等第四世纪复盖层的成孔，运用干作业、泥浆护壁、套管护壁等多种作业方法施工。该设备用于土层锚杆施工主要缺点在于：钻机移位劳动强度大、对中缓慢，施工效率低；遇软塑粘性土层易缩颈、遇砂层易塌孔，套管护壁时要起拔套管；泥浆护壁时泥浆的排放和运输成本也较高；锚杆的吊放比较困难；人员、设备投入量较大；工程造价竞争力较低。 　　（2）所用设备由长螺旋钻机改进：包括液压步履桩架和钻进系统两部分。桩架采用液压步履式底盘，自动化程度高，可自行行走及360度回转，设有四条液压支腿及一条行走油缸以辅助行走及回转同时增加施工时的整机稳定性。钻进系统包括动力头与钻具，螺旋钻具为中空式，桩机采用长螺旋成孔，可通过钻杆中心管泵送水泥浆，即钻孔成桩一机一次完成。 　　该型设备具有操作简单、人员投入量小、效率高、工程造价低等优点。本工程注浆材料为水泥浆，采用螺旋钻孔中心注浆工艺，施工效率较高，10h成孔数量平均为40根。在确定锚杆孔位后螺旋钻进成孔，达到设计深度后，不宜立即停钻，超钻0.1m并稳钻1～2min，防止孔底未达到设计的锚孔直径。但本工程基底砂层很易形成流砂，施工难度增加，实际施工过程中针对该情况，提钻后孔内下PVC套管，深度超过砂层，很好的消除了流砂的影响。 　　3.3水泥浆的制备与灌注 　　水灰比（W/C）就是水和水泥的质量之比，水灰比的大小决定了水泥浆的稀稠程度。是锚杆施工中一个重要的参数，同体积的水，水灰比太小，则水泥用量大、水泥浆稠度大、可灌性低；水灰比太大，水泥用量小，水泥浆结石体的强度降低，另外补浆次数增加、工效降低。规范（GB50330-2013）规定的浆体配制时水灰比宜为0.38～0.40。本工程通过现场试验，最终确定水灰比为0.55。水泥浆流动性较好、补浆次数一般为2～3次，锚孔即可充满，孔口浆体饱满无孔洞。本工程注浆设备为BW250/50泥浆泵，中心注浆、边灌注水泥浆边提升钻杆，灌浆压力0.5～1.0MPa，提钻速度与水泥浆泵送量应匹配，钻杆出浆口始终位于浆面下1.0m。充盈系数一般可达1.1～1.3，本工程土质情况较好，充盈系数约在1.1。 　　3.4锚杆制作与安装 　　（1）锚筋应根据设计形状和尺寸按规范焊接和弯折，每2.0m焊接叁个导向定位支架，保护层厚度不小于50mm，锚头锚固在基础底板中的的长度不小于设计要求。 　　（2）清除钢筋表面的油污和锈膜，基底上下各500mm长部位采用涂环氧树脂、沥青船底漆的方法进行防腐处理。 　　（3）锚杆筋安装前对杆体进行检查，确认杆体无损伤、弯折现象，组装后杆体满足设计要求。 　　（4）安装杆体时，应防扭曲、压弯，不要碰触孔壁，以免土层塌落人孔中影响锚杆质量。 　　（5）控制锚杆筋的标高并固定，避免造成入基础底板的钢筋锚固长度达不到设计要求。 　　4锚杆试验 　　锚杆试验的目的一是确定单根锚杆抗拔承载力特征值，二是进行锚杆竣工验收。本文通过对《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011、《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ72-2004）及《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013在锚杆试验的最大试验荷载、间歇时间、检测数量等方面规定的比较，结合本工程实例对土层抗浮锚杆的验收试验进行探讨。 　　4.1单根锚杆抗拔承载力特征值的锚杆试验 　　《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（附录Y）规定：最大试验荷载应大于预估破坏荷载的1.2倍且不宜大于锚杆杆体承载力标准值的0.9倍即0.9Asfy；试验时间为浆体强度达到设计强度的90%后；试验数量不应小于3根。《高层建筑岩土工程勘察规范》JGJ72-2004（附录Y）规定：预计最大试验荷载应加至破坏或预估抗拔设计承载力的两倍，试验锚杆的配筋应满足最大试验荷载的要求；试验时间在确定浆体强度达到设计要求的前提下，砂类土不应小于10d粉土及粘性土不应小于15d淤泥或淤泥质土不应小于25d验数量不应小于3根。《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013（附录C）规定：最大试验荷载不应超过杆体标准值的0.85倍，普通钢筋不应超过其屈服值的0.9倍；试验时间为浆体强度达到设计强度的90%后；试验数量不应小于3根。 　　4.2锚杆竣工验收 　　《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（附录Y）规定：最大试验荷载值按0.85Asfy确定；试验数量取锚杆总数的5%，且不应小于5根。《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013（附录C）规定：验收试验荷载对永久性锚杆为锚杆轴向拉力的1.5倍、对临时性锚杆为1.2倍；试验数量取总数的5%，且不得少于5根。 　　4.3抗拔试验的一般要求 　　抗拔试验应在锚杆锚固段浆体强度达到设计强度等级的100%时进行，抗拔试验数量不少于锚杆总数的5%、且不得少于5根，验收荷载取设计单根锚杆抗拔承载力特征值的1.5倍且不大于锚杆钢筋的屈服强度。通过验收检测试验，试验结果均满足设计要求。 　　5结论 　　保定市某地下车库工程抗浮锚杆是保定市实施的第一项土层抗浮锚杆工程。由于水平有限、理论、经验知识的欠缺，对锚杆设计、施工、检测的探讨，希望各位同仁批评指正。