普通锚杆和高强锚杆的经济性比较

普通锚杆和高强锚杆的经济性比较

焦静文1  ,汪晟桢,2

32020部队 1

95388部队2

湖北省武汉市   430070

【摘要】以某项目地下室抗浮设计为依据，对普通锚杆和高强锚杆的选择做经济性比较，同时对面状均匀布置及集中点状布置这两种锚杆布置形式作出合理性及经济性比较。结果表明在地下室抗浮设计，尤其是采用防水底板的情况下，高强锚杆和面状均匀布置具有明显的经济性优势。

【关键词】地下室底板；抗浮设计；锚杆；经济性

0 引言

锚杆材质大致分为三类：（1）普通锚杆，Fa<340MPa；（2）高强锚杆，Fa=340～600MPa；（3）超高强锚杆，Fa>600MPa。本文将结合工程实例，从降低工程造价角度对地下室底板抗浮锚杆选型及布置方式进行设计探讨。

1工程概况

本工程为武汉市某还建项目。纯地下室部分为框架结构，建筑结构的安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。地下室为单层地下室(局部两层)。单层地下室以③粘土层为建筑物持力层(fak=200Kpa)，基础形式采用筏板基础+柱帽（或独基+防水板），抗浮水位计算至室外地面，地下室层高为4.8m，地下室顶板为覆土1200mm的绿化用地。抗浮水位：22.5m（取室外地面标高的平均值）,底板板底标高：17.0m（板厚取400）。地下室自重及回填土重量不能平衡地下水浮力，因此本地下室拟采用非预应力抗浮锚杆作为永久性抗浮结构，范围内锚杆端部应锚入第4层粘土层。柱网尺寸：5.5mx8.1m.                       

2锚杆材质的选取

    每根柱下的水浮力：

（22.5-17）x10x5.5x8.1=2450KN

   主体结构自重（标准值）：

=

=1870KN(未考虑梁的自重)

抗浮计算，单根锚杆承受的力

2.1高强锚杆计算

2.1.1计算依据：

    1）《高压喷射扩大头锚杆技术规程》JGJ/T282—2012进行计算。安全等级按永久锚杆二级考虑。

     2） 地质勘察报告等相关资料。

     3） 按扩大头前端坐落在粘土（4）中进行计算。

2.1.2初步设计锚杆参数如下：

扩大头锚杆：锚杆总长L=9m，普通锚固段Ld=4m，钻孔直径D1=180mm；扩大头长度LD =5m，扩孔直径D2=600mm。扩大头抗浮锚杆抗拔力特征值460kN。锚杆钢筋为1Φ36（PSB930级预应力混凝土用螺纹钢筋)。

2.1.3锚固体安全系数计算：

    1）计算参数取值(见表1)：

表1   设计参数表

   2）计算：扩大头端前土体的被动土压力系数： KP=tg2（45°+）=1.922

   扩大头前端土体的静止土压力系数： K0=1 —sin=0.684

   扩大头向前位移时反映挤胀效应的侧压力系数：

  ξ=0.87Ka=0.87×tg 2（45°—）=0.453

  扩大头段端压PD= =1405.5KPa

   普通锚固段摩阻抗拔力 T1=πD1Ldfmg1 =79.1kN

   扩大头段摩阻抗拔力   T2=πD2LDfmg2=640.6kN

   扩大头段端压抗拔力   T3=(D22- D12 )PD=372.4kN

   则锚杆极限抗拔力

   Tuk= T1+ T2+ T3=1092.1N

   锚杆锚固体抗拔安全系数：

K=1092.1KN ÷460KN=3.5＞2.0    满足要求。

2.1.4锚杆杆体与注浆体粘结强度验算：

  锚杆抗拔力设计值T=460kN；

  锚杆扩大头的长度L=5m；

  扩大头注浆体与杆体间的粘结强度标准值fms取值1.6MPa；

  杆体钢筋直径d=36mm；

  粘结强度降低系数ξ=1.0；

  扩大头的长度对粘结强度的影响系数 =1.3；

  锚杆锚固体抗拔安全系数：

  K=（1×3.14×36mm×5m×1.0×1.6MPa×1.3）÷460KN

  K=2.56﹥2.0   满足要求。

2.1.5杆体强度安全系数（主要控制作用）：

  杆体强度安全系数：设计1根Φ36钢筋（PSB930） fY=930N/mm2

  3.14×362÷4×1×（930 /1.2）N/mm2=788.45KN

  Kt=788.45KN÷460KN=1.7>1.6  满足要求。

  承载力取460KN

2.2普通锚杆计算

2.2.1计算依据：

    1）《建筑边坡工程技术规范》《高层建筑岩土工程勘察规程》进行计算。安全等级按永久锚杆二级考虑。

    2）计算参数取值(见表2)：

表2   设计参数表

2.2.2初步设计锚杆参数如下：

普通锚杆直径D=200mm，抗拔承载力150KN。

2.2.3计算：

    1）钢筋大小确定：

取钢筋3根20，As=942mm²

    2）锚固体与土体锚固长度确定：

       根据地勘资料按45Pa进行锚杆长度预估。
 

       取普通锚杆La=13米。

3经济性比较

3.1采用高强锚杆

    采用高强锚杆承载为460KN，每柱跨范围内所需锚杆数为：669/460=1.4,取整为2根。

高强锚杆长9m,锚杆根数2根，造价280元/m。

总造价：9x2x280=5040元

3.2采用普通锚杆

    锚杆承载力为150KN，每柱跨范围内所需锚杆数为：669/150=4.5,取整为5根。普通锚杆长13m，锚杆根数5根，造价140元/m。

  总造价：10x5x140=9100元

    单从用料造价来说，本项目使用高强锚杆更经济些，另外锚杆数量相对较少的，底板防水也会相对容易些，成本上相对节省。

4抗浮锚杆布置形式比较

抗浮设计中常用的锚杆布置方式有两种:1)均匀布置于地下室底板下(后面称为面状均匀布置);2)布置于独立基础下(后面称为集中点状布置)。将柱模拟为固定支座，锚杆模拟为荷载。

4.1面状均匀布置方式在PKPM基础设计中，底板的配筋计算结果如图1：

图1  计算结果简图1

底板配筋双层双向14@190。

4.2点状集中布置方式在PKPM基础设计中，底板的配筋计算结果如图2：

图2  计算结果简图2

底板配筋上部X14@190，Y18@150；底部双向14@190。

对比以上两种布置形式的底板计算结果，可以看出在锚杆总数相同的情况下，锚杆面状均匀布置底板的配筋均为构造配筋。相对于高强锚杆的集中点状布置更能体现经济性。

5结语

通过对本项目地下室抗浮锚杆的选型及布置形式的对比计算，得出本项目采用高强锚杆及均匀面状布置，可以降低工程造价。此选型方案可以为其他类似项目提供参考依据。

参考文献

[1] 《高压喷射扩大头锚杆技术规程》JGJ/T282—2012

[2] 《建筑边坡工程技术规范》GB 50330—2013

[3] 《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ72-2004

[4] 曾国机.王贤能.胡岱文.抗浮技术措施应用现状分析[J].地下空间,2004,24（1）:107-108.

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