某地下工程抗浮锚杆优化设计

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1、建筑设计与装饰广东建材2011年第6期某地下工程抗浮锚杆优化设计叶国认k2(1广东省建筑设计研究院；2华南理工大学)摘要：通过对某地下工程中的锚杆受力进行有限元分析，将群锚布置优化为梅花形锚杆布置，使每根锚杆的受力比较接近，能充分发挥其抗拔承载力，节约了45％的锚杆量。关键词：抗浮锚杆；群锚效应；梅花型锚杆布置；优化设计1引言随着我国城市化进程的不断加快，城市地下空间的开发利用日益引起重视，许多城市结合城市建设，利用广场、绿地等建设各类地下工程。对于地下工程，特别是高水位地区，当结构的自重不足以抵抗浮力时，往往存在着工程的抗浮设计问题。由于基础的抗

2、浮问题没处理好而引发的质量事故时有发生，在这些事故中，有的地下室隆起，导致底板破坏；有地下建筑物整体浮起，造成了严重的经济损失。为防止地下工程的浮起破坏，目前工程中采用的抗浮设计方法主要有配重法、降排水法、抗拔桩及抗浮锚杆等【¨。其中抗浮锚杆因其造价低廉、施工方便、受力合理等优点在沿海地区被广泛应用嘲。本文通过对某地下工程中的锚杆受力进行有限元分析，将传统的群锚均匀布置优化为梅花形锚杆布置，使每根锚杆的受力比较接近，能充分发挥其抗拔承载力，节约了45％的锚杆用量。2工程概况本工程为住宅小区，包括11栋32层的高层住宅、1栋1层会所和2层地下室，2层

3、地下室，主要为车库及设备间，其中地下二层局部为核六级人防地下室。总建筑面积约23万mz，其中地上部分约为18万m2，地下约为5万m2。所在场地的室外市政路面最低点标高为9．OOm(广州城建高程)，而重现期为一百年的珠江洪水水位标高为7．80m，初步设计审查中，专家所提的建议取较低的周边路面标高8．OOm。综合考虑上述各条件，结合本工程的实际情况，地下室设防水位取8．OOm。3抗浮措施经过综合分析比较，本工程采用抗拔桩和抗拔锚杆相结合作为抗浮措施，其中柱下采用抗拔桩，板跨中部采用抗拔锚杆。一38一抗拔桩主要是利用桩侧阻力来起抗浮作用，其抗浮能力与桩型

4、、桩径、桩长及周围地质条件有关。抗拔桩的单桩承载力特征值较大，一般布置在柱、墙下，其抗拔从属面积较大，受环境条件、施工条件影响较大，造价较高。本工程选用人工挖孔灌注桩最为抗拔桩。抗浮锚杆通过杆体和注浆体形成的锚固体与土层之间的摩擦作用传递摩阻力b】。锚杆的类型的选择同锚杆锚固段所处的岩土层类型、工程特性、锚杆的承载力、锚杆的材料和长度、施工工艺等有关，而其中选择预应力钢筋锚杆或普通钢筋锚杆在抗浮设计中是一个关键内容。在水浮力作用下锚杆受拉，各种因素引起的锚杆变形可能是地下室底板产生竖向位移，水浮力越大位移越大，位移可能会造成地下室底板开裂而发生渗漏

5、。可见应该从控制底板位移和裂缝的角度出发来设计锚杆。本工程从使用要求、工期以及造价等方面综合考虑，抗拔锚杆选用普通钢筋岩石锚杆，杆体采用螺纹钢，用一定的构造措施，将锚杆顶端预留部分直接浇入混凝土底板。避免预应力锚杆复杂的锚下构造、预应力张拉及封锚等程序，施工简单，工期短。4锚杆布置分析4．1群锚布置方案原设计采用群锚方案，即地下室底板的锚杆布置采用约每2m×2m设置一根锚杆的均匀布置方式，一组9根锚杆布置于底板中部，锚杆单杆抗拔承载力特征值取400kN。锚杆布置图见图1。根据锚杆布置方案，采用MADIS程序建模，对锚杆受力情况进行分析。计算结果显示

6、，9根锚杆受力极不均匀，边角部锚杆受力大，已经超过锚杆单杆抗拔承载力特征值，而中间锚杆受力较小，远远达不到设计值。产生这种结果的原因有二。其一，群锚中某一根锚杆收到张拉或处于工作状态时，相邻锚杆锚固段将受到广东建材2011年第6期建筑设计与装饰影响”。这种应力的交耳传递会导毁群铺的效率低于单锚效率，因此群锚的总体锚固效率总足低于单根锚杆的锚固效率。其二，若假定底板平面，I-BU度极小，考虑地下室底板接近“绝对露性”，则群锚办案采用的均匀布置方式是合理的。世实际上600唧厚地下室底板的平面外刚度不窖忽略，甚至已接近刚性扳。锚杆所承受L拔力的大小与其变

7、形相关，而不足与其从属面积绝对相关。闻此，锚杆采用绝对的均匀布置，与锚杆的实际受力机理不相符。故应该通垃锚十F的f}理布置来使其受力尽量均匀．JS量充分发挥每根锚杆的抗拔承载力。42梅花形锚杆布置方案为解决群锚效率降低的问题，使每根锚杆部能充分发挥锚同作用，从而降低工程造价在原设计分析模型的基础上，利用现场对锚杆、桩的抗拔枪测试验所反馈的初步结果(士要是抗拨刚度)，对抗拔桩一抗拔锚杆一底板的共吲作用进行受力分析。模型取5×6跨，跨度84m×84rn，板厚600衄，承台厚1400衄：锚杆直径150mm，单根抗拔刚度162．．．．．．．．．．．．．．．

8、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_一面2摊_『邑彤机寸锚竹布苴模型kN／唧，9根：