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雕工结构

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抗拔桩(锚杆)布置问题的讨论 HiStruct  

2010-11-24 21:56:51|  分类: 结构 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在“《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008应用常见问题解析”的报告中提到抗拔桩(锚杆)布置问题,作者的叙述如下:

(5)抗拔桩(锚杆)布置应注意的问题!!!

        抗浮桩的设计关键在于布桩。工程实践中,根据单桩抗拔承载力特征值与浮力超重部分相平衡的原则。设荷载标准值换算的均布荷载为40kN/m2,水浮力90 kN/m2,那么布桩所需抵抗的浮力为50 kN/m2,由此可能出现图(a)、(b)两种布桩模式。在假定基础筏板刚度极大的情况下,桩顶反力均匀分布,这两种方式并无不妥之处。 

        通常筏板厚度在设计时并不是根据刚度来确定板厚,基础筏板刚度并不足以调整桩顶作用的均匀分布。虽然按桩顶承担均匀的拉力来设计,但用于筏板受到极大的浮力上拱,使得靠近柱的基桩分担的浮力较小,而远离柱的基桩分担的浮力偏大。

抗拔桩(锚杆)布置问题的讨论  HiStruct - 会挽雕弓 - 会挽雕弓 

筏板刚度愈小,这种不均匀分布的趋势则更为剧烈;极端的,当筏板抗弯刚度为0时,可以发现柱以外的基桩所平衡的水浮力并不是计算的50 kN/m2,而是90 kN/m2。

       工程实践中已经发现因为不合理布桩设计导致的工程事故。某些工程采用预应力管桩抗浮,少数基桩远离柱布置,那么这些基桩则率先破坏,从而余下的基桩被各个击破,导致抗浮桩设计失败。

       因此应避免采取(b)方案,而应尽量将桩布置在柱下、基础梁下。

HiStruct认为作者的说法有待商榷:

首先,筏板基础的厚度。一般根据基础设计规范第8.4.10条的要求,筏板厚度不小于1/6的跨度,即是对刚度的要求。当然实际设计中并不一定要做到如此厚,比如10m跨度可以做到1.2m厚的筏板,此时底板往往已经具有足够的刚度,协调桩的共同工作,而柱下的冲切问题也可以局部解决,但是假如筏板真的不按照刚度要求来做,那么冲切问题将难以控制。

其次,抗拔桩集中于柱下布置实际上并不好,这是因为只考虑抗拔桩的话,这样做可以,但是对于筏板来说,相比于抗拔桩均布的方案,将导致更大的变形,同时产生很大的内力。HiStruct这里做个简单的例子,10米轴网,柱竖向力为1万kN(相当于100kPa),水浮力为200kPa,底板厚度取1.2米,相当于1/8.3<1/6跨厚比,按照两米宽的条带估算。以下是计算模型和计算结果。

抗拔桩(锚杆)布置问题的讨论  HiStruct - 会挽雕弓 - 会挽雕弓 
抗拔桩(锚杆)布置问题的讨论  HiStruct - 会挽雕弓 - 会挽雕弓 
抗拔桩(锚杆)布置问题的讨论  HiStruct - 会挽雕弓 - 会挽雕弓 

由计算结果可见,集中柱下布置的抗拔桩,将导致底板产生更大的内力即10912/8374=1.30倍;而均布的情况下桩的反力差(中间跨),2027/1890=1.07,实际上如果计算的模型跨数更多的话,桩最大最小反力差应该在1.05左右。

因此,假如筏板是按照规范的要求设计的话,采用柱下集中布置将大大增加了底板的内力,并不是一种合理和经济的布桩方案。

最后,实际设计中抗拔桩如何布置。一般情况下HiStruct建议根据桩抗拔的程度综合考虑地基承载力,施工阶段,使用阶段,地下水位变化等要求,合理布置。比如底板厚度按照规范要求设计,施工阶段有降水,而且地基承载力比较好,足以承载施工阶段的压力,而正常使用阶段地下水位比较稳定,不会因为突然降水导致抗拔桩受压,那么抗拔桩应跨中布置;而假如施工阶段压力比较大,或者正常使用阶段地下水位高差变化比较大,那么最好均匀布置等。总之因视具体情况考虑,同时考虑桩和筏板的经济性和安全性。

 

1、适用的规范

  抗浮锚杆的设计并无相应的规范条文,《建筑地基基础设计规范 GB50007-2002》中“岩石锚杆基础”部分以及《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》有关锚杆的部分可以参考使用,不过最好只用于估算,锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定,有一些锚杆构造做法可以参考。对于锚杆估算,推荐使用《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》,对于岩土的分类较细,能查到一些必要的参数。

  2、锚杆需要验算的内容

  1)锚杆钢筋截面面积;

  2)锚杆锚固体与土层的锚固长度;

  3)锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度;

  4)土体或者岩体的强度验算;

  3、锚杆的布置方式与优缺点

  1)集中点状布置,一般布置在柱下;优点:可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力;由于锚杆布置集中,对于地下室底板下的外防水施工也比较方便;对于个别锚杆承载力不足的情况,由于有较多的锚杆分担,有很强的抵抗力。缺点:要求锚固于坚硬岩体中,不适用于软岩与土体,破坏往往是锚固岩体的破坏;由于局部锚杆较密,锚杆施工不方便;地下室底板梁板配筋较大。

  2)集中线状布置,一般布置于地下室底板梁下;优点:由于锚杆布置相对集中,对于地下室底板下的外防水施工也比较方便;对于个别锚杆承载力不足的情况,由于有较多的锚杆分担,有较强的抵抗力。缺点:不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力(个人认为考虑的话偏于不安全,对于跨高比小于6的底板梁,可以适当考虑上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力),要求锚固于较硬岩体中,不适用于软岩与土体;地下室底板板配筋较大。

  3)面状均匀布置,在地下室底板下均匀布置;优点:适用于所有土体和岩体;地下室底板梁板配筋较小。缺点:不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力(个人认为考虑的话偏于不安全);对于个别锚杆承载力不足的情况,由于能分担的锚杆较少,此情况抵抗力差;由于锚杆布置相对分散,对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。

  4)集中点状布置推荐用于坚硬岩;集中线状布置推荐用于坚硬岩与较硬岩;面状均匀布置推荐用于所有情况;

  4、注意事项

  1)集中点状布置,抗浮锚杆与岩石锚杆基础结合为优,需注意柱底弯矩对锚杆拉力的影响,特别是柱底弯矩较大的时候;

  2)参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》,应选用永久性锚杆部分内容;

  3)岩石情况(坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩)应准确区分,可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》表7.2.3-1注4;

  4)锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定,可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》附录C;

  5)抗浮设计水位的确定应合理可靠,一般应由地质勘测单位提供,比较可靠和有说服力,应设置水位观测井,对于超出抗浮设计水位的情况应有应对措施;

  6)锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载,未考虑锚杆间距影响(附图一填充部分),特别是锚杆间距较为密集时的情况;当单根锚杆影响范围内的土体自重(附图二填充部分)大于锚杆拉力时,可以不考虑锚杆间距影响;

  7)由于锚杆钢筋会穿过底板外防水,锚杆钢筋应有防水措施;

  8)锚杆锚固体与(岩)土层的锚固长度应取有效锚固长度,由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动,特别是采用爆破开挖的基坑,一般要加300-500MM;

        
        



        







        
          
             
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