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很多地库像是浮在地下水里的船!如何保持稳定不动?

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明源地产研究院 2021-08-02 08:51

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船可以用木材、钢材制造。除此之外,混凝土也可以造船,听上去不可思议?在1973年,因钢材短缺,我国就建造过一艘重达3000吨的水泥船,并成功试航。实践证明,混凝土盒子也可以像船一样航行。目前我们住宅小区的地下车库和1973年建造的混凝土船原理相似。

所以,为了防止我们的地下车库“扬帆远航”,我们需要用船锚把船拉住,而这个锚就是“抗浮锚杆”。

一、认识抗浮锚杆

在地下水位高,地下水丰富的城市,全埋式的地下室车库是全部或部分浸泡在水里的。

根据阿基米德浮力公式,所有浸泡在水里的物体都会受到水浮力的作用。

如果水浮力大于建筑物自重,建筑物会漂浮在水中,就像十万吨级的远洋巨轮漂浮在海上一样。而抗浮锚杆就像船锚,把建筑物拉住,不让建筑物漂浮起来。

大致原理如下简图:

上图中,当水浮力< 建筑自重+抗浮锚杆拉力时,才能满足建筑安全。

二、抗浮锚杆布置有3种常用模式

1、地下室底板下均匀布置,因地下室基础底标高与抗水板底标高不一致,施工时会带来一些困难。

2、避开柱子基础,在基础以外的区域布置。

此种方式便于施工,抗浮锚杆可作为底板的支撑点,有效降低底板厚度和配筋。

3、仅布置在基础下,其余区域不布置。

此种方式受力路径清晰,适用于基础下采用桩,利用桩兼用抗拔桩时。非桩基础的情况下采用此种布置,底板没有锚杆作为支点,板厚和配筋均会增加。一般不推荐采用。

三、抗浮锚杆失效的影响

抗浮锚杆失效,结构就会出现局部或整体上浮,结构出现变形,混凝土会发生破坏,带来结构安全隐患。

(图片源自网络)

四、基于具体项目对预应力锚杆设计、施工、试验、总结分析

1、项目概况

本项目位于成都市金牛区。地下五层地下室,地下室负五层底板面标高为-22.600m(484.850m)。

根据《建筑工程抗浮技术标准》规定,本工程抗浮锚杆设计等级为甲级,安全系数1.10。

2、锚杆设计

根据《建筑工程抗浮技术标准》,本项目需采用预应力锚杆,单锚的承载力特征值为420 kN。

根据群锚计算结果锚杆长度取为15米,锚杆长度均由整体稳定控制。

将锚杆输入地下室基础整体计算模型中,单根锚杆最大反力为407kN

本项目为成都市第一个采用预应力锚杆的项目,缺乏相关经验,我们聘请了相关专家进行专项讨论,其中包含规范编写组成员康景文,专家意见如下:

设置锚杆后,底板配筋除局部有计算配筋外,绝大部分为构造配筋,底板最大位移10.8mm。

底板变形图

3、预应力锚杆施工

1)试验锚索,锚索锚固体直径D=200mm,锚索杆体采用5φs15.2钢绞线,抗拉强度标准值1860MPa,注浆材料为素水泥浆。

2)试验方法:1、3、5号锚索钻孔直径150mm,采用高压旋喷注浆,形成直径200mm的锚固体;2、4、6号锚索钻孔直径200mm,普通注浆形成直径200mm锚固体。

3)试验结果

1#试验锚索加载至第六循环(1116kN),锚杆杆体破坏;

2#试验锚索加载至第八循环(1338kN),且锚头位移未稳定;

3#试验锚索加载至第九循环(1449kN),且锚头位移未稳定;

4#试验锚索加载至第六循环(1449kN),锚杆杆体破坏;

5#试验锚索加载至第六循环(1449kN),锚杆杆体破坏;

6#试验锚索加载至第六循环(1449kN),锚杆杆体破坏。

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4)分析与结论

本次试验除1#锚索外其余锚索最大加载量均超过锚索杆体极限抗拔力,分析认为,试验锚索极限抗拔力受控于杆体强度。

高压旋喷注浆锚索与普通压力灌浆锚索相比,抗拔承载力差异不明显,说明锚固体强度对握裹力及侧摩阻力影响并不敏感,也可能是试验锚索锚固段较长,能够提供的握裹力及侧摩阻力较大,造成杆体先于锚固体破坏。

本次试验6根试验锚索,除1#锚索拉拔力稍低外,其余锚索极限抗拔力均超过设计值3倍以上。试验锚索采用了不同孔径、不同注浆方式,抗拔承载力差异不大,分析认为是理论计算采用的摩阻力指标有一定安全度。

试验锚索在极限拉拔力下,锚头位移较大,主要是受钢绞线弹性变形影响,若做基础抗浮使用,应施加一定预应力,消除此部分弹性变形影响。建议锁定值可取为锚杆设计值的50%~60%,且不能超过基础底板局部抗压强度和抗冲切承载力。

正如前文所说,我们的地下车库需要一个“船锚”,常见的锚链是钢索做的,锚链是柔性的,可以上下左右摆动。对于船,这点摆动是允许的,也是安全的,但对于建筑物,一丝摆动都会造成严重后果。所以我们需要一个稳定性好的锚,上文介绍的抗浮锚杆就可承担重任。

抗浮锚杆听起来很专业,把它和船锚对比来想,就很容易理解了。地下车库是我们的“不动产”,所以坚决不能让它“扬帆远航”。科学设计抗浮锚杆,保卫我们的”不动产”!

来源:POLY技术汇(ID:POLY-Technology),本文已获授权,对原作者表示感谢!

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