抗浮錨桿分布方式研究

關(guān)鍵詞：壓力型抗浮錨桿；分布方式；群錨效應(yīng)；應(yīng)力場(chǎng)；位移場(chǎng) 

　　隨著地下車庫(kù)、地鐵、地下商場(chǎng)及向超深超大方向發(fā)展的地下室等地下建筑的大量出現(xiàn)，由于地下水對(duì)這些埋置于水位以下的地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的向上的浮力的影響，基礎(chǔ)防浮也越來(lái)越受到重視�？垢″^桿利用錨桿錨固體與孔壁的摩擦阻力來(lái)抵抗地下水的浮力，約束基礎(chǔ)底板上浮�？垢″^桿由于間距小，通過(guò)單點(diǎn)受力使底板結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布均勻合理，且抗浮錨桿采用鉆機(jī)的單一工藝成孔技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，壓力型抗浮錨桿工作時(shí)錨固注漿體為受壓狀態(tài)，不易產(chǎn)生裂縫，相比拉力型抗浮錨桿其承載能力和變形性能均有所改善�？垢″^桿在縮短施工工期、降低工程成本方面的優(yōu)勢(shì)，使其成為巖石地基地下室中最有效和常用的抗浮手段。 

　　1 壓力型抗浮錨桿的應(yīng)用現(xiàn)狀 

　　20世紀(jì)90年代，隨著錨固技術(shù)的飛速發(fā)展，抗浮錨桿在地下工程中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，如地下停車場(chǎng)、地下商場(chǎng)等超深地下室。在國(guó)外，抗浮錨桿除用于地下室的抗浮外，還廣泛應(yīng)用于海洋工程中，如海洋平臺(tái)的抗浮等。錨桿的分布方式目前主要采用“集中點(diǎn)布”或“面狀均布”。“集中點(diǎn)布”將錨桿集中布置于獨(dú)立基礎(chǔ)下，由抗浮錨桿下拉力、頂板覆土自重、上部結(jié)構(gòu)（梁、板、柱）恒載和板底結(jié)構(gòu)恒載共同抵抗水浮力；“面狀均布”錨桿均勻布置于地下室底板下，頂部覆土自重和上部結(jié)構(gòu)抵消以獨(dú)立基礎(chǔ)為中心一定范圍內(nèi)的浮力，防水底板板塊區(qū)域水浮力由板塊自重和錨桿下拉力共同抵抗。此外，還有一種新型的“面狀非均布”分布方式，即既充分考慮覆土自重和上部結(jié)構(gòu)恒載的有利影響，又在板塊跨中布置錨桿，減小板塊計(jì)算跨度，使得底板受力更加均勻合理、減少底板變形，充分發(fā)揮錨桿的抗拔性能。國(guó)內(nèi)目前對(duì)于面狀非均布分布方式的研究比較少，只在極少數(shù)的項(xiàng)目對(duì)于工程實(shí)例進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)對(duì)于面狀非均布的可能分布未進(jìn)行全面研究，且未從理論上歸納得到具備推廣價(jià)值的分布準(zhǔn)則。 

　　2 抗浮錨桿分布方式的研究現(xiàn)狀 

　　國(guó)內(nèi)對(duì)錨桿分布方式的相關(guān)研究較多，主要可以分為分布方式、底板與錨桿共同工作優(yōu)化錨桿分布以及群錨效應(yīng)的影響三個(gè)方面。 

　　2.1 錨桿分布方式 

　　林蔚勛[1]等建立在不同的承載板間距和數(shù)量下壓力分散型錨索的受力模型，通過(guò)對(duì)比錨索軸向應(yīng)力與剪應(yīng)力以及位移曲線，總結(jié)出承載板的間距應(yīng)等于有效傳力長(zhǎng)度，當(dāng)錨固段長(zhǎng)度固定，承載板數(shù)量可根據(jù)錨固段總長(zhǎng)與各節(jié)錨固段的有效傳力長(zhǎng)度的比值來(lái)確定；最終提出梯級(jí)布置的優(yōu)化方案：通過(guò)改變各級(jí)承載板的間距及其所連接的鋼絞線數(shù)量，使得鋼絞線中的應(yīng)力分布更為均勻，同時(shí)各級(jí)錨固體的長(zhǎng)度又恰好適應(yīng)于應(yīng)力擴(kuò)散的有效長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)證明，該種布置方式可以使錨固體不易發(fā)生孔底壓碎破壞，整體滑移破壞可能性降低，且錨索應(yīng)力分配更加均勻合理。葉國(guó)認(rèn)為優(yōu)化群錨中由于應(yīng)力交互傳遞導(dǎo)致錨桿軸力分布不均，從控制底板位移和裂縫角度考慮，并結(jié)合平面外剛度對(duì)于錨桿軸力影響結(jié)果，將群錨均勻布置優(yōu)化為梅花形錨桿布置，使每根錨桿的受力均勻，充分發(fā)揮錨桿抗拔承載力，共節(jié)約了近45%的錨桿用量。但在實(shí)際工程中還應(yīng)該充分考慮現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)以及合理安排錨桿工期的影響，靈活確定抗浮措施。 

　　孫偉武[2]等依據(jù)板底結(jié)構(gòu)的傳力模式和彈塑性變形理論提出沿底板塑性鉸線周邊和地梁跨中布設(shè)錨桿的方法，對(duì)面狀非均布方式進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，地下室底板變形量小，最大位移區(qū)域小，變形均勻，從而有效控制了底板和地梁的位移變形，使地梁支座跨中內(nèi)力更小，底板配筋減少，板塊內(nèi)各錨桿軸力分布更均勻，使抗浮錨桿布置在安全性和經(jīng)濟(jì)性上有了較大提升。 

　　吳錚[3]等針對(duì)柱網(wǎng)布置均勻的工程案例，提出空心型均勻布置的方式。針對(duì)錨桿的受力特點(diǎn)，采用將柱的壓力、水浮力簡(jiǎn)化為外部荷載，錨桿模擬為彈性支座，綜合考慮錨桿剛度、基礎(chǔ)底板剛度、上部結(jié)構(gòu)傳遞的集中荷載等因素間的相互影響，采用錨桿、基礎(chǔ)底板、上部結(jié)構(gòu)共同受力分析方法，對(duì)抗浮錨桿空心型均勻布置方式進(jìn)行分析，得出基礎(chǔ)底板受力較均勻，配筋基本采用構(gòu)造配筋，在單位面積的鋼筋量和混凝土量等指標(biāo)優(yōu)勢(shì)明顯，經(jīng)濟(jì)安全。 

　　2.2 底板和錨桿共同工作 

　　李江濤[4]等提出抗浮錨桿布置時(shí)應(yīng)合理考慮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及防水底板剛度，進(jìn)行共同設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)装宓膭偠群侠恚�錨桿所在位置的變形值不超過(guò)其設(shè)計(jì)承載力極限值所對(duì)應(yīng)的變形值；錨桿布置時(shí)應(yīng)盡量避免布置在防水底板中心點(diǎn)燈壁板變形最大位置，使錨桿變形受力相對(duì)均勻；對(duì)于大跨位置，底板抗彎剛度大幅降低時(shí)，應(yīng)采用局部抗浮布置錨桿；提出精細(xì)化設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際建立符合實(shí)際情況的有限元模型進(jìn)行比較分析。 

　　徐勇[5]等考慮錨桿和防水板變形協(xié)調(diào)影響，分析錨桿分布方式對(duì)抗浮錨桿受力及地下室底板配筋的影響；地下室底板變形引起抗浮錨桿變形，使錨桿產(chǎn)生拉力，而抗浮錨桿對(duì)地下室底板的拉力對(duì)底板變形產(chǎn)生約束作用，導(dǎo)致地下室底板變形和次應(yīng)力，兩者相互影響；錨桿在與底板共同變形下所提供的抗拔力以及抗浮錨桿分配的拉力，與底板結(jié)構(gòu)剛度及錨桿剛度相對(duì)值密切相關(guān)。但并未給出底板在不同錨桿分布方式下底板受力的計(jì)算方法以及尋找使錨桿受力均勻和底板配筋合適的最佳平衡點(diǎn)的實(shí)用方法。 

　　沈章春[6]在整體抗浮錨桿設(shè)計(jì)中考慮錨桿對(duì)于底板的有利作用，在模型中改變底板剛度、地基剛度以及錨桿自身剛度，得出錨桿合理受力的情況。通過(guò)將錨桿所受拉力折算成均布荷載，將水浮力計(jì)算進(jìn)行折減，從而計(jì)算底板厚度、進(jìn)行配筋，使得無(wú)錨桿折減水壓后的底板的配筋控制內(nèi)力能夠包絡(luò)住有錨桿作用考慮折減后活荷載參與組合下的配筋控制內(nèi)力，具備一定的工程實(shí)踐價(jià)值。