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【摘 要】本论文介绍了抗浮锚杆在中信君庭地下室水池底板中的应用,通过设计计算与施工、及监测等来解释和说明抗浮锚杆的应用。
【关键词】抗浮锚杆;注浆;承载力;标准值;设计值;检测;充盈系数
Application of anti-floating bolt in basement floor of Zhongxin Palace
Yang Cheng
(North East Geotechnical Engineering Investigation Corporation,Anshan Liaoning 114001)
【Abstract】The article describes anti-floating anchor in the basement of the Court of CITIC Jun bottom of the pool, through the design calculations and construction, and monitoring to interpret and explain the application of anti-floating anchor.
【Key words】Anti-floating anchor; Grouting; Bearing capacity; Standard value; Design value; Detection; Filling factor
1. 前言
地下构筑物的抗浮问题是工程建设中的一个重要课题。由于地下水浮力的作用造成地下室、车库、水池等地下结构上浮、开裂、倾斜破坏等事故时有发生。对于这种抗浮问题,一般有以下几种治理措施:降排水技术、抗浮桩技术、抗浮锚杆技术、压载抗浮技术等措施;
在本工程中,中信豪庭项目中,地下水丰富,因此对地下室的底板造成了威胁,如果不采取措施,地下水将会拱破底板.因此选用抗浮锚杆技术作为施工方法。
抗浮锚杆是以垂直土层作为抗浮的受拉体[5],来解决得建筑物或构筑物抗浮问题,其具有工期短,造价低,节省材料等诸多优点,已日益得到应用和推广。
1. 工程概况
中信豪庭项目场区总用地面积为14290.59 ,拟建建筑物为高层框支剪力墙结构商住楼,主体建筑由两幢三十三层高层建筑物组成,裙楼三层,地下室二层,由裙楼将主体建筑相连为一体;建筑物±0.00以上总高度 为99.80m,首层建筑面积为3017 m2。
中信豪庭基坑周长约361m,开挖面积约5825m2,基坑支护拟采用“钻孔桩+钢筋混凝土内支撑”支护形式。支护结构采用钻孔灌注桩、冠梁、腰梁、立柱、角撑及对撑支护结构体系,局部充分利用原有的深层搅拌桩墙止水和钻孔桩桩间止水(采用单管旋喷高压喷射法)。
由于本工程地处珠江南岸岸边,地下水丰富。因此地下室的底板需进行抗浮措施。
图1 本工程抗浮锚杆平面布置图
2. 工程地质与水文地质条件
2.1 地形地貌。
场地位于广州市海珠区下渡路49号,原地貌为珠江南岸岸边,一级阶地。以前曾围垦开挖作为鱼塘,后经回填平整作为交通部第四航务工程局工程船队基地,原有建筑物多为一至二层楼房,现已拆除平整,标高7.28-7.64m,高差很小。
场区周边环境地质条件较为复杂,北面紧倚珠江,原为交通部第四航务工程局工程船队码头,东面为建筑地盘,南面紧贴三幢八至九层住宅楼,西面紧靠泄洪、排污河涌。
2.2 地层、岩性。
场区地层按成因类型由上至下划分为第四系人工填土层、冲积层、残积层及白垩系沉积基岩层。现分述如下:
2.2.1 人工填土层。
局部分布,厚度0.70~3.10m,平均厚度1.48m。灰色、浅黄色、杂色,松散为主、局部稍密,稍湿~湿。成份主要为碎砖块、碎石块、混凝土块等硬杂物,含少量泥质,砂砾。区内见较多砖墙、砼地梁旧基础。
2.2.2 冲积层
(1)细砂。
该层主要分布于场区北侧,多以薄层状、似层状或透镜体形式产生,厚度小,为局部发育。顶界标高:5.43~2.20m,厚度0.40~2.90m,平均厚度1.13m。深灰、灰黑色,极松散,饱和。含较多粉砂,少量中粗砂、淤泥,该层与上部填砂界线不太明显,区别主要在于关颜色及含有物不同。
(2)淤泥。
普遍发育,层位较稳定,顶界标高4.88~1.42m,厚度0.40~7.00m,平均厚度2.92m。以淤泥为主,个别孔段为淤泥质粉质粘土,深灰、灰黑色,流塑为主、局部软塑,饱和~很湿。含较多有机质、腐植质,少量腐木、贝壳碎片、粉砂,质较纯,具腐臭味。个别孔段夹粉细砂团块或微薄层粉细砂。
2.2.3 残积层。
仅局部发育。顶界标高0.38~1.36m,厚度0.70~4.10m,平均厚度1.90m。土性为粉质粘土,棕红色,上部可塑、下部硬塑~坚硬,湿~稍湿。含粉砂、钙质、铁质,底部往往夹强风化岩碎屑,湿水易软化,为粉砂质泥岩风化残积产物。
2.2.4 沉积基岩层(K2S2a)。
根据钻探揭露,按岩石的风化程度,可将基岩划分为强风化、中风化、微风化三个带。
(1)强风化岩带。
约近半数钻孔缺失,为局部分布,主要发育于场区西部、南部,但发育极不均匀,顶界标高3.91~-3.72m,厚度0.40~12.40m,平均厚度4.59m。呈棕红、褐红色,风化强烈,节理裂隙发育,裂隙多为细小闭合型之风化节理,宽度0.1~1mm,多为泥、铁质所充填,,裂面见水渲染呈褐黄、褐黑色,岩质松软,可折断,遇水浸泡易软化,岩芯多呈半岩半土状、块状或软岩柱状。
(2)中风化岩带。
主要发育于场区北部、中部,顶界标高3.91~-11.74m,厚度0.40~7.35m,平均厚度3.26m。呈棕红、褐红色。岩质稍硬,锤击声带哑,岩芯多呈块状、柱状,个别孔段呈碎块状或饼状。
(3)微风化岩带。
顶界标高3.91~-13.92m,层厚5.20~29.00m,平均厚度14.27m。呈棕褐、暗棕红色,岩质较硬,锤击声脆,稍见风化迹象,裂隙不发育~微发育,胶结程度较好。
2.3 地下水。
(1)地层含水性。第四系孔隙水主要赋于冲积松散细砂层;次为以细砂为主的填土;淤泥质土、残积土层因结构较致密,透水性极差,为不含水或微弱含水。场区基岩裂隙水主要赋存于裂隙发育~中等发育之强、中风化岩带以及局部溶隙之中。裂隙多为细小闭合型之风化裂隙,宽度多为0.1~1mm,且裂隙往往被泥质、铁质等充填,其赋水条件、含水性及透水性均较差。
(2) 地下水水质:场地环境类别为Ⅱ类,场区第四系孔隙水对混凝土有弱腐蚀性;基岩裂隙水对混凝土无腐蚀性。
3. 抗浮锚杆设计与施工
3.1 抗浮锚杆的设计流程。
(1)地下工程的抗浮设计,一般采用安全系数法,公式表示为:
N+FKV
式中N——结构自重;
F——抗浮力;
V——静水浮力;
K ——抗浮安全系数,一般取1.05～1.10。
图2 抗浮设计流程
(2)抗浮锚杆截面面积和长度的计算
土层抗浮锚杆截面面积和长度分别由下式确定:
K1NtAgfyk
K2NtlaQs
Nt=abqf
式中:
K1、K2——抗力系数,K1=1.5,K2=2.2;
N1——抗浮锚杆轴向拉力值;
a、b——分别为抗浮锚杆在横向和纵向的间隔;
qf——抗浮锚杆承担荷数;
Ag——抗浮锚杆截面积;
fyk——抗浮锚杆强度标准值;
la——抗浮锚杆固段长度;
Qs——抗浮锚杆单位长度抗拔力。
抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆,孔径不大于200mm,土层锚杆长度4~10m,岩层锚杆长度3~8m 。相对抗浮桩其单根锚杆的抗浮能力较之为小。在锚杆布置时,一般沿柱或其周边,或在底板平面内均匀布置。如沿底板均匀布置,因在底板上附加应力较小并均匀,可减少底板厚度,降低工程造价。
根据设计提出初步抗浮方案,即抗浮锚杆,初步设计杆体直径为130mm ,锚索规格为575钢绞线[2]。具体情况见表1:
3.2 抗浮锚杆的施工。
3.2.1 施工工艺流程
图3 施工工艺流程
3.2.2 施工过程注意事项
(1)钻机就位后,应保持平稳,导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上。钻
进用的钻具,采用地质部门使用的普通岩芯钻探的钻头。钻孔设备根据土层条件选择XY-1型地质钻机。
(2)锚杆钢绞线应平直、顺直、除油除绣。杆体自由段应用塑料布或塑料管包扎,与锚固体连接处用铅丝绑扎。(塑料套管材料:应具有足够的强度,保证其在加工和安装过程中不致损坏,与水泥砂浆接触无不良反应)。
(3)注浆材料应根据设计要求确定,可选用水泥:砂=1:1~1:2,水灰比0.38~0.45的水泥砂浆或水灰比0.40~0.45的纯水泥浆。
(4)本工程采用二次注浆工艺。第一次注浆压力为0.35~0.55MPa,待孔口溢出浆液或排气管停止排气时,可停止注浆。第二次注浆的压力为1.5~2.0MPa。
4. 抗拔验收试验
根据规范的要求,对本工程的4根锚杆进行了抗拔验收试验。试验主要参照《土层锚杆设计与施工规程》(CECS22:90)进行。有关抗拔试验的结果见下图:
分析:
(1)1号锚杆在最大验收荷载600KN作用下,锚头位移相对来说比较稳定。在荷载等级观测时间内,锚头位移小于0.1mm。锚头最大位移量45.889mm。满足最大抗拔力要求;
(2)6号锚杆最大验收荷载为720KN,锚头位移比较稳定。锚头最大位移量40.646mm。满足最大抗拔力要求;
(3)10号锚杆最大验收荷载为720KN,锚头位移稳定。锚头最大位移量55.967mm,满足最大抗拔力要求;
(4)15号锚杆最大验收荷载为660KN,锚头位移相对比较稳定。锚头最大位移量40.776mm,满足最大抗拔力设计要求。
从上面这些图可以看出,锚杆基本符合规范要求,而且其中许多抗拔承载力已经到了1000KN,甚至都已经达到验收荷载的2倍。
5. 结论
从抗浮锚杆在本工程中的应用,发现了在施工的过程中出现了一些问题。通过对施工过程记录和检测结果分析对比,找出一些关于 希望对抗浮锚杆在工程应用中和推广总结一点经验。
5.1 抗浮锚杆具有良好的抗拔能力,且造价低,受力均匀,施工快捷,施工机械及设备的
作业空间不大,是一种很好的抗浮措施。另外采用抗浮锚杆要比采用抗浮桩(灌注桩)工期要短,造价要低。
5.2 本工程采用了二次注浆工艺,从检测的结果来看,注浆量的多少与抗拔承载力无直
接关系。只要充盈系数在1.1～1.3之间,即可满足注浆量要求,过大的注浆量并不能提高锚杆抗拔力。
5.3 另外作者发现设计锚杆抗拔承载力远远的小于实际测的抗拔力。这说明按规范要求的强度提高系数要小于实际的强度提高系数。在本工程中得到了验证,这往往造成钢筋材料的不必要浪费,适当提高安全系数。但是应该取多少合适尚应通过具体工程的检测数据统计分析后得出。
参考文献
[1] 叶波、刘忠臣 软弱地层基坑支护工程中复合土钉墙技术的应用 广东公路勘察设计 第121卷、3期,P35-38 2003
[2] 中国工程建设标准化协会.基坑土钉支护技术规程(CECS96:97).北京:中国工程建设
标准化协会,1998
[3] 《广州地区建筑基坑支护技术规定》(GJB02-98)[S] 广州:1998
[4] 许录明 抗浮锚杆在郑州市中孚广场工程中的应用 岩土工程界 第8卷 第4期 P51-53
[5] 袁正如 地下工程的抗浮设计 地下空间 第24卷 第1期 2004年3月P41-43
[文章编号]1006-7619(2009)12-15-1072
【关键词】抗浮锚杆;注浆;承载力;标准值;设计值;检测;充盈系数
Application of anti-floating bolt in basement floor of Zhongxin Palace
Yang Cheng
(North East Geotechnical Engineering Investigation Corporation,Anshan Liaoning 114001)
【Abstract】The article describes anti-floating anchor in the basement of the Court of CITIC Jun bottom of the pool, through the design calculations and construction, and monitoring to interpret and explain the application of anti-floating anchor.
【Key words】Anti-floating anchor; Grouting; Bearing capacity; Standard value; Design value; Detection; Filling factor
1. 前言
地下构筑物的抗浮问题是工程建设中的一个重要课题。由于地下水浮力的作用造成地下室、车库、水池等地下结构上浮、开裂、倾斜破坏等事故时有发生。对于这种抗浮问题,一般有以下几种治理措施:降排水技术、抗浮桩技术、抗浮锚杆技术、压载抗浮技术等措施;
在本工程中,中信豪庭项目中,地下水丰富,因此对地下室的底板造成了威胁,如果不采取措施,地下水将会拱破底板.因此选用抗浮锚杆技术作为施工方法。
抗浮锚杆是以垂直土层作为抗浮的受拉体[5],来解决得建筑物或构筑物抗浮问题,其具有工期短,造价低,节省材料等诸多优点,已日益得到应用和推广。
1. 工程概况
中信豪庭项目场区总用地面积为14290.59 ,拟建建筑物为高层框支剪力墙结构商住楼,主体建筑由两幢三十三层高层建筑物组成,裙楼三层,地下室二层,由裙楼将主体建筑相连为一体;建筑物±0.00以上总高度 为99.80m,首层建筑面积为3017 m2。
中信豪庭基坑周长约361m,开挖面积约5825m2,基坑支护拟采用“钻孔桩+钢筋混凝土内支撑”支护形式。支护结构采用钻孔灌注桩、冠梁、腰梁、立柱、角撑及对撑支护结构体系,局部充分利用原有的深层搅拌桩墙止水和钻孔桩桩间止水(采用单管旋喷高压喷射法)。
由于本工程地处珠江南岸岸边,地下水丰富。因此地下室的底板需进行抗浮措施。
图1 本工程抗浮锚杆平面布置图
2. 工程地质与水文地质条件
2.1 地形地貌。
场地位于广州市海珠区下渡路49号,原地貌为珠江南岸岸边,一级阶地。以前曾围垦开挖作为鱼塘,后经回填平整作为交通部第四航务工程局工程船队基地,原有建筑物多为一至二层楼房,现已拆除平整,标高7.28-7.64m,高差很小。
场区周边环境地质条件较为复杂,北面紧倚珠江,原为交通部第四航务工程局工程船队码头,东面为建筑地盘,南面紧贴三幢八至九层住宅楼,西面紧靠泄洪、排污河涌。
2.2 地层、岩性。
场区地层按成因类型由上至下划分为第四系人工填土层、冲积层、残积层及白垩系沉积基岩层。现分述如下:
2.2.1 人工填土层。
局部分布,厚度0.70~3.10m,平均厚度1.48m。灰色、浅黄色、杂色,松散为主、局部稍密,稍湿~湿。成份主要为碎砖块、碎石块、混凝土块等硬杂物,含少量泥质,砂砾。区内见较多砖墙、砼地梁旧基础。
2.2.2 冲积层
(1)细砂。
该层主要分布于场区北侧,多以薄层状、似层状或透镜体形式产生,厚度小,为局部发育。顶界标高:5.43~2.20m,厚度0.40~2.90m,平均厚度1.13m。深灰、灰黑色,极松散,饱和。含较多粉砂,少量中粗砂、淤泥,该层与上部填砂界线不太明显,区别主要在于关颜色及含有物不同。
(2)淤泥。
普遍发育,层位较稳定,顶界标高4.88~1.42m,厚度0.40~7.00m,平均厚度2.92m。以淤泥为主,个别孔段为淤泥质粉质粘土,深灰、灰黑色,流塑为主、局部软塑,饱和~很湿。含较多有机质、腐植质,少量腐木、贝壳碎片、粉砂,质较纯,具腐臭味。个别孔段夹粉细砂团块或微薄层粉细砂。
2.2.3 残积层。
仅局部发育。顶界标高0.38~1.36m,厚度0.70~4.10m,平均厚度1.90m。土性为粉质粘土,棕红色,上部可塑、下部硬塑~坚硬,湿~稍湿。含粉砂、钙质、铁质,底部往往夹强风化岩碎屑,湿水易软化,为粉砂质泥岩风化残积产物。
2.2.4 沉积基岩层(K2S2a)。
根据钻探揭露,按岩石的风化程度,可将基岩划分为强风化、中风化、微风化三个带。
(1)强风化岩带。
约近半数钻孔缺失,为局部分布,主要发育于场区西部、南部,但发育极不均匀,顶界标高3.91~-3.72m,厚度0.40~12.40m,平均厚度4.59m。呈棕红、褐红色,风化强烈,节理裂隙发育,裂隙多为细小闭合型之风化节理,宽度0.1~1mm,多为泥、铁质所充填,,裂面见水渲染呈褐黄、褐黑色,岩质松软,可折断,遇水浸泡易软化,岩芯多呈半岩半土状、块状或软岩柱状。
(2)中风化岩带。
主要发育于场区北部、中部,顶界标高3.91~-11.74m,厚度0.40~7.35m,平均厚度3.26m。呈棕红、褐红色。岩质稍硬,锤击声带哑,岩芯多呈块状、柱状,个别孔段呈碎块状或饼状。
(3)微风化岩带。
顶界标高3.91~-13.92m,层厚5.20~29.00m,平均厚度14.27m。呈棕褐、暗棕红色,岩质较硬,锤击声脆,稍见风化迹象,裂隙不发育~微发育,胶结程度较好。
2.3 地下水。
(1)地层含水性。第四系孔隙水主要赋于冲积松散细砂层;次为以细砂为主的填土;淤泥质土、残积土层因结构较致密,透水性极差,为不含水或微弱含水。场区基岩裂隙水主要赋存于裂隙发育~中等发育之强、中风化岩带以及局部溶隙之中。裂隙多为细小闭合型之风化裂隙,宽度多为0.1~1mm,且裂隙往往被泥质、铁质等充填,其赋水条件、含水性及透水性均较差。
(2) 地下水水质:场地环境类别为Ⅱ类,场区第四系孔隙水对混凝土有弱腐蚀性;基岩裂隙水对混凝土无腐蚀性。
3. 抗浮锚杆设计与施工
3.1 抗浮锚杆的设计流程。
(1)地下工程的抗浮设计,一般采用安全系数法,公式表示为:
N+FKV
式中N——结构自重;
F——抗浮力;
V——静水浮力;
K ——抗浮安全系数,一般取1.05～1.10。
图2 抗浮设计流程
(2)抗浮锚杆截面面积和长度的计算
土层抗浮锚杆截面面积和长度分别由下式确定:
K1NtAgfyk
K2NtlaQs
Nt=abqf
式中:
K1、K2——抗力系数,K1=1.5,K2=2.2;
N1——抗浮锚杆轴向拉力值;
a、b——分别为抗浮锚杆在横向和纵向的间隔;
qf——抗浮锚杆承担荷数;
Ag——抗浮锚杆截面积;
fyk——抗浮锚杆强度标准值;
la——抗浮锚杆固段长度;
Qs——抗浮锚杆单位长度抗拔力。
抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆,孔径不大于200mm,土层锚杆长度4~10m,岩层锚杆长度3~8m 。相对抗浮桩其单根锚杆的抗浮能力较之为小。在锚杆布置时,一般沿柱或其周边,或在底板平面内均匀布置。如沿底板均匀布置,因在底板上附加应力较小并均匀,可减少底板厚度,降低工程造价。
根据设计提出初步抗浮方案,即抗浮锚杆,初步设计杆体直径为130mm ,锚索规格为575钢绞线[2]。具体情况见表1:
3.2 抗浮锚杆的施工。
3.2.1 施工工艺流程
图3 施工工艺流程
3.2.2 施工过程注意事项
(1)钻机就位后,应保持平稳,导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上。钻
进用的钻具,采用地质部门使用的普通岩芯钻探的钻头。钻孔设备根据土层条件选择XY-1型地质钻机。
(2)锚杆钢绞线应平直、顺直、除油除绣。杆体自由段应用塑料布或塑料管包扎,与锚固体连接处用铅丝绑扎。(塑料套管材料:应具有足够的强度,保证其在加工和安装过程中不致损坏,与水泥砂浆接触无不良反应)。
(3)注浆材料应根据设计要求确定,可选用水泥:砂=1:1~1:2,水灰比0.38~0.45的水泥砂浆或水灰比0.40~0.45的纯水泥浆。
(4)本工程采用二次注浆工艺。第一次注浆压力为0.35~0.55MPa,待孔口溢出浆液或排气管停止排气时,可停止注浆。第二次注浆的压力为1.5~2.0MPa。
4. 抗拔验收试验
根据规范的要求,对本工程的4根锚杆进行了抗拔验收试验。试验主要参照《土层锚杆设计与施工规程》(CECS22:90)进行。有关抗拔试验的结果见下图:
分析:
(1)1号锚杆在最大验收荷载600KN作用下,锚头位移相对来说比较稳定。在荷载等级观测时间内,锚头位移小于0.1mm。锚头最大位移量45.889mm。满足最大抗拔力要求;
(2)6号锚杆最大验收荷载为720KN,锚头位移比较稳定。锚头最大位移量40.646mm。满足最大抗拔力要求;
(3)10号锚杆最大验收荷载为720KN,锚头位移稳定。锚头最大位移量55.967mm,满足最大抗拔力要求;
(4)15号锚杆最大验收荷载为660KN,锚头位移相对比较稳定。锚头最大位移量40.776mm,满足最大抗拔力设计要求。
从上面这些图可以看出,锚杆基本符合规范要求,而且其中许多抗拔承载力已经到了1000KN,甚至都已经达到验收荷载的2倍。
5. 结论
从抗浮锚杆在本工程中的应用,发现了在施工的过程中出现了一些问题。通过对施工过程记录和检测结果分析对比,找出一些关于 希望对抗浮锚杆在工程应用中和推广总结一点经验。
5.1 抗浮锚杆具有良好的抗拔能力,且造价低,受力均匀,施工快捷,施工机械及设备的
作业空间不大,是一种很好的抗浮措施。另外采用抗浮锚杆要比采用抗浮桩(灌注桩)工期要短,造价要低。
5.2 本工程采用了二次注浆工艺,从检测的结果来看,注浆量的多少与抗拔承载力无直
接关系。只要充盈系数在1.1～1.3之间,即可满足注浆量要求,过大的注浆量并不能提高锚杆抗拔力。
5.3 另外作者发现设计锚杆抗拔承载力远远的小于实际测的抗拔力。这说明按规范要求的强度提高系数要小于实际的强度提高系数。在本工程中得到了验证,这往往造成钢筋材料的不必要浪费,适当提高安全系数。但是应该取多少合适尚应通过具体工程的检测数据统计分析后得出。
参考文献
[1] 叶波、刘忠臣 软弱地层基坑支护工程中复合土钉墙技术的应用 广东公路勘察设计 第121卷、3期,P35-38 2003
[2] 中国工程建设标准化协会.基坑土钉支护技术规程(CECS96:97).北京:中国工程建设
标准化协会,1998
[3] 《广州地区建筑基坑支护技术规定》(GJB02-98)[S] 广州:1998
[4] 许录明 抗浮锚杆在郑州市中孚广场工程中的应用 岩土工程界 第8卷 第4期 P51-53
[5] 袁正如 地下工程的抗浮设计 地下空间 第24卷 第1期 2004年3月P41-43
[文章编号]1006-7619(2009)12-15-1072