房屋建筑
地下室底板抗浮锚杆结构设计
马竹青
(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南 250022)
摘 要:抗浮锚杆由于造价较抗拔桩低且施工方便,近几年来作为一种抗浮措施,越来越多地应用于工程实践中。但针对抗浮锚杆目前尚没有全面系统的规范,现行可参照的规范公式及术语符号不完全一致,特别是对于防水问题,更没有相应的规范及图集可以采用,往往令初次接触者无所适从。以青岛站地下室抗浮锚杆设计为例,详细介绍了基础抗浮锚杆设计可选用的3本规范、设计步骤及注意事项。
关键词:铁路客站;地下室底板;抗浮锚杆;设计中图分类号:TU473 1+3 文献标识码:A文章编号:1004 2954(2010)06 0108 03
过程进行总结,希望能给类似工程以参考。1 问题的提出
青岛客站改造工程新建站房分为东、西、南3个区,南区南侧地上2层、地下2层,采用钢筋混凝土框架结构,钢筋混凝土筏基。南区北侧地下候车室部分
仅为1层地下室。采用2跨连续槽形箱梁,跨度分别为39 7m及11 7m,钢筋混凝土独立基础,构造刚性底板。 0 00相当于绝对高程7 61m,室内外高差-0 15~-1 50m。基底埋深-16 9m,局部-17 00~-18 00m。基底持力层大部分为中风化或微风化花岗岩。地下水类型为第四系壤中潜水和基岩裂隙潜水,地下水主要受大气降水的补给,第四系壤中潜水还受排污管道内水入渗的影响。雨季地下水埋深约在自然地坪下1m,为最高地下水位。地下水对混凝土无腐蚀性。
地下室为抗浮,初设采用抗拔桩,桩径800mm,共1018棵。若按抗拔桩方案施工,工程量大、工期长、且基底持力层为强风化或中风化花岗岩,施工难度大。从2007年初开始动工,预计总工期将达5个月。由于青岛客站工期极为紧张,为保证2008年奥运会前顺利开通,经过聘请当地资深专家对基底岩性及抗浮水位出具专题报告,建设各方通过反复研究论证,最终决定将基础抗拔桩优化为抗浮锚杆。
变更后,共设抗浮锚杆4011棵。施工单位共投入高风压钻机4台,成孔133棵/d,总施工工期约1个月。较抗拔桩方案工期提前4个月,总造价节约103万元,取得了较好的经济和社会效益。2 抗浮锚杆布置原则
为了避免出现群锚效应,同时由于抗浮锚杆需穿透地下室地板下的防水层锚入底板内,形成一个个防
[5] 王麟书.关于我国铁路客站站房建设的思考[J].中国铁路,2005
(11).
[6] 曹永刚.铁路新的发展时期旅客站房设计研究[J].铁道标准设
计,2006(8).
[7] 李传成.城市火车站改造初探 以南京客站和上海二客站为例
[J].华中建筑,2001(5).
[8] 李 竹.铁路旅客枢纽站站房改造设计初探[D].重庆:重庆大
学,2004.
近年来由于地下空间的大规模开发,带地下室的裙房及单建式的地下室等建筑越来越多,深度也逐渐加深。由于其上部层数少,结构自重往往不足以抵抗地下水产生的浮力,基础必须采取一定的抗浮措施。
当结构自重与浮力相差不大时,可采用增加地下室底板、顶板配重的办法(如采用钢渣混凝土或在顶板上增加覆土);如果二者相差较大,则需要采取设置抗拔桩或抗浮锚杆等措施。关于抗拔桩, 建筑桩基设计规范 (JGJ194 2008)有明确的规定。考虑到工期及经济因素,建设方往往更倾向于采用抗浮锚杆,但抗浮锚杆目前还没有较完整的设计规范。根据 建筑地基基础设计规范 (GB50007 2002)(以下简称 地基基础规范 )中 岩石锚杆基础 部分第8 6节,可以验算锚杆的抗拔力,但缺少锚杆部分的规定,只能参照 建筑边坡工程技术规范 (GB50330 2002)(以下简称 边坡规范 )及 岩土锚杆(索)技术规程 (CECS22:2005)(以下简称 锚杆规程 )相应的条文执行。特别是对于防水问题,更缺少相应的规范及图集可以采用。现将青岛站地下室抗浮锚杆代替抗拔桩的设计
收稿日期:2010 3 16
作者简介:马竹青(1967 ),女,高级工程师,国家一级注册结构师,1989年毕业于上海铁道学院工民建专业,工学学士。
术,设计出合理、安全的既有线站房改造建筑方案。参考文献:
[1] GB50226 2007,铁路旅客车站建筑设计规范[S].[2] GB50352 2005,民用建筑设计通则[S].
[3] 刘志军.铁路旅客车站设计指南[M].北京:中国铁道出版
社,2006.
[4] 郑 健,沈中伟,蔡申夫.中国当代铁路客站设计理论探索[M].
北京:人民交通出版社,2009.
RA STANDARD DIGN 2010(6)
马竹青 地下室底板抗浮锚杆结构设计
房屋建筑
水薄弱点,有可能给建筑防水留下隐患,所以锚杆的间距D不能太小。 地基基础规范 图8 6 1规定了锚杆间距的最小要求,即锚杆的中心距离 6d1,d1为锚杆孔直径。 锚杆规程 第7 7 2条锚杆的间距除必须满足锚杆的受力要求外,尚宜大于1 5m,当所采用的间距更小时,应将锚杆段错开布置。另外为了使应力分布均匀,综合考虑锚杆钢筋的抗拔能力,间距也不宜太大。在具体工程中可以根据结构布置及地质情况综合考虑。图1为青岛站地下候车室锚杆剖面布置,图2为青岛站地下候车室锚杆布置,其中D根据不同受力部位取值为1 2~1 9m
。
地基基础规范 第8 6 3条规定:对设计等级为甲级的建筑物,单根锚杆抗拔承载力特征值Rt应通过现场试验确定;对于其他建筑物可按下式计算
Rt
0 8 d1lf
式中,l为锚杆的有效锚固长度;其他符号同前。
比较以上两式,可以看出两个公式是一致的。
锚杆孔直径经验值一般在200mm以内,本工程初步设定锚杆孔径150mm,锚固长度l暂取3 2m。根据 地基基础规范 第8 6 1条的构造要求,锚杆钢筋采用HRB400级钢(fy=360MPa,fyk=400MPa)。水泥砂浆强度等级M30,砂浆与岩石间的粘结强度特征值f按较软岩取0 30MPa,估算出单根锚杆抗拔承载力特征值Rt为362kN。
必须注意的是,此处的抗拔承载力特征值只是估算值,可以据此值按规范要求进行现场试验,确定是否能达到设计要求。本工程经检测单根锚杆的抗拔力均满足试算结果要求。
3 2 锚杆钢筋截面面积计算
建筑桩基技术规范 规定抗拔桩要验算桩的裂
注:中风化l=3 5m,微风化l=2 8m
图1 锚杆布置立面(单位:mm)
缝,桩的钢筋往往由裂缝来控制,即桩的实配钢筋一般
比按抗拉强度计算的要大。抗浮锚杆作为抗拔构件,确定锚杆钢筋按理也应该参照抗拔桩满足锚杆体抗裂的要求。对于抗拔锚杆的钢筋截面计算, 地基基础规范 没有明文规定, 边坡规范 引进了抗拉工作条件系数, 锚杆规范 引进了抗拉安全系数,二者形式不同,但都相当于对钢筋取1 6倍的抗拉安全系数,笔者认为可以据此进行钢筋截面计算,并取大者作为计算结果。3 2 1 根据 边坡规范 7 2 2条
As 0Na/ 2fy
Na= QNak
式中 1。0 边坡工程重要性系数;本工程取1
Na 锚杆轴向拉力设计值; 30;Q 荷载分项系数,可取1
Nak 锚杆轴向拉力标准值;
2 锚筋抗拉工作条件系数,永久性锚杆取0 69;
fy 锚筋抗拉强度设计值,MPa。根据上式计算得出As 2084mm。3 2 2 根据 锚杆规程 7 4 1条
As KtNt/fyk
式中 Kt 锚筋杆体的抗拉安全系数,永久性锚杆
取1 60;
Nt 锚筋的轴向拉力设计值;fyk 钢筋的抗拉强度标准值,MPa。结构安全等级同样取一级,则As 2071mm。可见两本规范计算结果基本一致。锚杆钢筋选用
109
2
2
图2 锚杆平面布置
3 抗浮锚杆设计
3 1 单根锚杆抗拔承载力特征值估算
地基基础规范 第6 7 6条:岩石锚固段的抗拔承载力特征值,对于永久性锚杆的初步设计或对于临时性锚杆的施工设计阶段,按下式计算
Rt= furhr
式中 f 砂浆与岩石间的粘结强度特征值,MPa,
由试验确定,当缺乏试验资料时,可按表1选用;
ur 锚杆周长;
hr 锚杆锚固段嵌入岩层中的有效锚固长度,
按地区经验确定;
经验系数,对于永久性锚杆取0 8。
表1 砂浆与岩石间的粘结强度特征值
岩石坚硬程度黏结强度
软岩
较软岩0 2~0 4
MPa硬质岩0 4~0 6
注:本表取自 地基基础规范 表6 7 6。
RAILWAY STAN DESIGN 6)
房屋建筑
3 32mm,As=2418mm。
2
马竹青 地下室底板抗浮锚杆结构设计
锚杆钢筋换算直径69mm,经检验之前假定的锚杆孔直径150mm可以符合 地基基础规范 8 6 1条的要求。
3 3 锚杆锚固体入岩长度
除要验算锚杆锚固体与地层的锚固及锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度外,还要满足构造要求。下面仅列以 边坡规范 计算的上述两部分计算内容, 锚杆规程 可以按式7 5 1-1及7 5 1-2计算。因本工程的计算结果基本接近,按 锚杆规程 计算过程略。3 3 1 锚杆锚固体与地层的锚固长度la
la>Nak/ Dfrb( 边坡规范 第7 2 3条)1 式中 1 锚固体与地层粘结工作条件系数,永久
性锚杆取1 00;
D 锚固体直径(即图1中锚杆孔直径
d1),m;
frb 地层与锚固体粘结强度特征值,kPa,应
通过试验确定,当无试验资料时可按表2取值。
表2 地层与锚固体粘结强度特征值
岩石类别极软岩软岩较软岩
Frb值/kPa135~180180~380380~550
岩石类别较硬岩坚硬岩
Frb值/kPa550~900900~1300
经计算,la 1 70m。
3 3 3 构造要求
地基基础规范 仅规定了锚固长度的最小值(如图8 6 1示l>40d,d为锚杆直径)。 边坡规范 及 锚杆规程 规定锚杆锚固段长度需要针对锚杆锚固体与地层的锚固长度以及锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度两方面进行计算,取其中大值,并以构造要求规定了锚固段设计长度的上下限值,仅数值略有区别。 边坡规范 7 4 1 2条规定岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m,且不宜大于45D和6 5m; 锚杆规程 7 5 3条规定:岩石锚杆的锚固长度宜采用3~8m。其原因是当锚杆锚固长度超过一定值后,锚杆抗拔力的提高极为有限,甚至可以忽略不计。反之,锚固段长度设计过短时,由于实际施工期锚固区地层局部强度可能降低,或岩体中存在不利组合结构面时,锚固段被拔出的危险性增加,故规定了最小长度。具体设计时可根据工程实际情况酌情选用。例如采用爆破开挖的基坑,基岩面往往破裂且不平整,一般锚杆长度要适当增加。
本工程锚杆体入岩长度l根据以上要求综合考虑,入中风化岩层:l=3 5m,入微风化岩层:l=2 8m。3 4 抗浮锚杆的间距
上述计算过程完成后,A Nak/(F浮-F抗),A为每根锚杆所承担的抗浮面积。再根据锚杆的布置情况,求出抗浮锚杆的间距。如果锚杆间距不理想,可以调整锚杆抗拔承载力特征值,重新验算,直到满足要求为止。3 5 锚杆和底板间的冲切问题
如果锚杆的抗拔承载力较大,而底板较薄,还要进行锚杆和底板间的抗冲切验算,这里不再赘述。4 防水措施
结构防水是地下室防水设计的重点。由于锚杆钢筋会穿过底板外防水,锚杆钢筋应有防水措施。但对于抗浮锚杆,目前尚没有比较明确的规定及统一的做法。根据防水设计原则,借鉴了桩基防水构造作法并参照当地的工程经验,采取以下措施:在垫层上打眼,作12mm厚的聚合物防水砂浆,在锚杆根部涂一层水泥基渗透结晶型防水材料作为附加防水层;外包4mm厚自粘式防水卷材。3根钢筋呈喇叭口状锚入底板内,在锚杆上部灌沥青型灌浆料。用该方法施工防水效果还不错。文献[6]详细介绍了锚杆的防水做法,可供参考。5 锚杆防腐
首先在地质勘察报告中应对钢结构的腐蚀性作评
(下转第116页)
RA STANDARD DIGN 2010(6)
注:本表取自 边坡规范 7 2 3条。
按frb取值450kPa计算,la>1 71m。3 3 2 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度
la dfb( 边坡规范 7 2 4条)0Na/ 3n 式中 la 锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度,m;
d 锚杆钢筋直径,m;
n 钢筋根数,根; 0 边坡工程重要性系数;
3 钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数,对
永久性锚杆取0 6;fb 钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值,
kPa,应由试验确定,当缺乏试验资料时可按表3取值。
表3 钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值
锚杆类型
水泥砂浆与螺纹钢筋间水泥砂浆与钢绞线、高强钢丝间
M252 102 75
M302 402 95
kPa
水泥浆或水泥砂浆强度等级
M352 703 40
注:1 本表取自 边坡规范 7 2 4条;2 当采用2根钢筋点焊成束的作法时,粘结强度应乘0 85折减系数;3 当采用3根钢筋点焊成束的作法时,粘结强度应乘0 7折减系数;4 成束钢筋的根数不应超过3根,钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20%。当锚固段和注浆材料采取特殊设计,并经试验验证锚固效果良好时,可适当增加锚杆钢筋用量。
通信/信号
别碧勇 轨道交通UPS集中供电系统的RAMS研究
商、供货商等多家单位,各方在不同阶段对RAMS的管理有不同的责任和任务。要成功推行RAMS,各方必须互相配合、且对RAMS管理达成共识。
(3)经济性与安全性的平衡
RAMS管理中引入了目前英国铁路安全管理中普遍应用的 低至合理可忍受程度原则 ,即ALARP(AsLowAsReasonablePracticable)原则,如图2所示
[5]
将其降到可以接受的最低程度;同时,必须对风险降低而花费的代价评估,在风险和代价之间进行平衡。例如UPS集中供电系统设计中,没必要在后备蓄电池上盲目追加额外投资,因为这样的投入与所获得的改进不成比例。4 结语
综上所述,从UPS系统方案设计、设备配置选型、项目管理、运营维护等各方面,探讨了UPS集中供电系统的RAMS引入方法、控制目标及实施细则。提到的各项措施如果在工程建设过程中予以落实,不仅能提高UPS系统的RAMS指标,而且结合工程经验初步估算,在满足UPS系统可靠性、可用性、可维护性和安
。
图2 ALARP原则示意
全性保障的前提下,可节省一次建设成本30%以上,降低运营成本10%以上(减少备品备件损耗和运营维护工作量),经济效益也相当可观。参考文献:
[1] EN50126 1999Railwayapplications:thespecificationanddemon
strationofreliability,availability,maintainabilityandsafety[S].BritishStandardsInstitution,1999.
[2] 陈 蕾.城市轨道交通引入RAMS管理的必要性[J].城市轨道交
通,2007(5):4 5.
[3] 崔建乐.地铁通信电源系统的安全控制[J].都市快轨交通,2008
(4):78 79.
[4] 汪元辉.安全系统工程[M].天津:天津大学出版社,1999.[5] 陈 蕾.城市轨道交通引入RAMS管理的必要性[J].城市轨道交
通,2007(5):4 5.
基于图2,在城市轨道交通的安全管理中涉及到3类风险。
第1类:足够大的风险(图2中 不可接受区 )。这些风险是不允许的,不能以任何理由认为其是合理
的。如果风险的等级不能降低至此界限以下,则不能进行此项目。
第2类:足够小的风险(图2中 广阔的可接受区 )。可忽略这些风险,即不需要采用任何方式或方法去减低它,当然必须将该区域的风险始终保持在该等级水平上。
第3类:介于第1、2类之间的风险(图2中 ALARP 区)。必须采取可行的、合理成本下的方法 (上接第110页)
价,如地下水对钢筋有腐蚀必须对锚杆采取相应的防腐措施。 边坡规范 7 4 5条规定了永久性锚杆的防腐蚀处理要求,其中对位于无腐蚀性岩土层内的锚固段应除锈,砂浆保护层厚度应不小于25mm;这与 地基基础规范 8 6 1 1条锚杆孔直径,宜取锚杆直径的3倍,但不应小于1倍锚杆直径加50mm的规定一致。 锚杆规程 第6章对防腐规定的更具体,其中对处于非腐蚀环境的永久性锚杆锚固段,水泥砂浆保护层厚度不应小于20mm。6 规范选用建议
由于抗浮锚杆无专门的规范条文,笔者建议可以利用 地基基础规范 中的 岩石锚杆基础 部分对单根锚杆抗拔承载力特征值进行估算,验算锚杆钢筋、锚杆锚固长度及抗腐蚀措施、材料、防腐及施工检验要求等可参照 边坡规范 及 锚杆规程 两本规范,设计者可根据工程具体情况合理选用。7 结语
用抗浮锚杆来解决建筑物或构筑物抗浮问题,因其具有造价低、施工方便等优点,已越来越多地应用于实际工程中。但抗浮锚杆毕竟是近几年的新工艺,特别是其防水、耐久性目前国家还没有制定系统、全面的规范以及相应的国标图集。要确保抗浮锚杆的安全,除要求施工单位有较高的技术素质,严格按各工序要求进行施工外,还需要设计、建设、监理三方共同努力,另外借鉴当地的成功经验也是十分必要的。参考文献:
[1] GB50007 2002,建筑地基基础设计规范[S].[2] GB50330 2002,建筑边坡工程技术规范[S].[3] CECS22:2005,岩土锚杆(索)技术规程[S].[4] JGJ94 2008,建筑桩基技术规范[S].[5] GB50108 2008,地下工程防水技术规范[S].
[6] 姜明强.抗浮锚杆防水设计探讨[J].建筑科技与经济,2009(1).
RA STANDARD DIGN 2010(6)
房屋建筑
地下室底板抗浮锚杆结构设计
马竹青
(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南 250022)
摘 要:抗浮锚杆由于造价较抗拔桩低且施工方便,近几年来作为一种抗浮措施,越来越多地应用于工程实践中。但针对抗浮锚杆目前尚没有全面系统的规范,现行可参照的规范公式及术语符号不完全一致,特别是对于防水问题,更没有相应的规范及图集可以采用,往往令初次接触者无所适从。以青岛站地下室抗浮锚杆设计为例,详细介绍了基础抗浮锚杆设计可选用的3本规范、设计步骤及注意事项。
关键词:铁路客站;地下室底板;抗浮锚杆;设计中图分类号:TU473 1+3 文献标识码:A文章编号:1004 2954(2010)06 0108 03
过程进行总结,希望能给类似工程以参考。1 问题的提出
青岛客站改造工程新建站房分为东、西、南3个区,南区南侧地上2层、地下2层,采用钢筋混凝土框架结构,钢筋混凝土筏基。南区北侧地下候车室部分
仅为1层地下室。采用2跨连续槽形箱梁,跨度分别为39 7m及11 7m,钢筋混凝土独立基础,构造刚性底板。 0 00相当于绝对高程7 61m,室内外高差-0 15~-1 50m。基底埋深-16 9m,局部-17 00~-18 00m。基底持力层大部分为中风化或微风化花岗岩。地下水类型为第四系壤中潜水和基岩裂隙潜水,地下水主要受大气降水的补给,第四系壤中潜水还受排污管道内水入渗的影响。雨季地下水埋深约在自然地坪下1m,为最高地下水位。地下水对混凝土无腐蚀性。
地下室为抗浮,初设采用抗拔桩,桩径800mm,共1018棵。若按抗拔桩方案施工,工程量大、工期长、且基底持力层为强风化或中风化花岗岩,施工难度大。从2007年初开始动工,预计总工期将达5个月。由于青岛客站工期极为紧张,为保证2008年奥运会前顺利开通,经过聘请当地资深专家对基底岩性及抗浮水位出具专题报告,建设各方通过反复研究论证,最终决定将基础抗拔桩优化为抗浮锚杆。
变更后,共设抗浮锚杆4011棵。施工单位共投入高风压钻机4台,成孔133棵/d,总施工工期约1个月。较抗拔桩方案工期提前4个月,总造价节约103万元,取得了较好的经济和社会效益。2 抗浮锚杆布置原则
为了避免出现群锚效应,同时由于抗浮锚杆需穿透地下室地板下的防水层锚入底板内,形成一个个防
[5] 王麟书.关于我国铁路客站站房建设的思考[J].中国铁路,2005
(11).
[6] 曹永刚.铁路新的发展时期旅客站房设计研究[J].铁道标准设
计,2006(8).
[7] 李传成.城市火车站改造初探 以南京客站和上海二客站为例
[J].华中建筑,2001(5).
[8] 李 竹.铁路旅客枢纽站站房改造设计初探[D].重庆:重庆大
学,2004.
近年来由于地下空间的大规模开发,带地下室的裙房及单建式的地下室等建筑越来越多,深度也逐渐加深。由于其上部层数少,结构自重往往不足以抵抗地下水产生的浮力,基础必须采取一定的抗浮措施。
当结构自重与浮力相差不大时,可采用增加地下室底板、顶板配重的办法(如采用钢渣混凝土或在顶板上增加覆土);如果二者相差较大,则需要采取设置抗拔桩或抗浮锚杆等措施。关于抗拔桩, 建筑桩基设计规范 (JGJ194 2008)有明确的规定。考虑到工期及经济因素,建设方往往更倾向于采用抗浮锚杆,但抗浮锚杆目前还没有较完整的设计规范。根据 建筑地基基础设计规范 (GB50007 2002)(以下简称 地基基础规范 )中 岩石锚杆基础 部分第8 6节,可以验算锚杆的抗拔力,但缺少锚杆部分的规定,只能参照 建筑边坡工程技术规范 (GB50330 2002)(以下简称 边坡规范 )及 岩土锚杆(索)技术规程 (CECS22:2005)(以下简称 锚杆规程 )相应的条文执行。特别是对于防水问题,更缺少相应的规范及图集可以采用。现将青岛站地下室抗浮锚杆代替抗拔桩的设计
收稿日期:2010 3 16
作者简介:马竹青(1967 ),女,高级工程师,国家一级注册结构师,1989年毕业于上海铁道学院工民建专业,工学学士。
术,设计出合理、安全的既有线站房改造建筑方案。参考文献:
[1] GB50226 2007,铁路旅客车站建筑设计规范[S].[2] GB50352 2005,民用建筑设计通则[S].
[3] 刘志军.铁路旅客车站设计指南[M].北京:中国铁道出版
社,2006.
[4] 郑 健,沈中伟,蔡申夫.中国当代铁路客站设计理论探索[M].
北京:人民交通出版社,2009.
RA STANDARD DIGN 2010(6)
马竹青 地下室底板抗浮锚杆结构设计
房屋建筑
水薄弱点,有可能给建筑防水留下隐患,所以锚杆的间距D不能太小。 地基基础规范 图8 6 1规定了锚杆间距的最小要求,即锚杆的中心距离 6d1,d1为锚杆孔直径。 锚杆规程 第7 7 2条锚杆的间距除必须满足锚杆的受力要求外,尚宜大于1 5m,当所采用的间距更小时,应将锚杆段错开布置。另外为了使应力分布均匀,综合考虑锚杆钢筋的抗拔能力,间距也不宜太大。在具体工程中可以根据结构布置及地质情况综合考虑。图1为青岛站地下候车室锚杆剖面布置,图2为青岛站地下候车室锚杆布置,其中D根据不同受力部位取值为1 2~1 9m
。
地基基础规范 第8 6 3条规定:对设计等级为甲级的建筑物,单根锚杆抗拔承载力特征值Rt应通过现场试验确定;对于其他建筑物可按下式计算
Rt
0 8 d1lf
式中,l为锚杆的有效锚固长度;其他符号同前。
比较以上两式,可以看出两个公式是一致的。
锚杆孔直径经验值一般在200mm以内,本工程初步设定锚杆孔径150mm,锚固长度l暂取3 2m。根据 地基基础规范 第8 6 1条的构造要求,锚杆钢筋采用HRB400级钢(fy=360MPa,fyk=400MPa)。水泥砂浆强度等级M30,砂浆与岩石间的粘结强度特征值f按较软岩取0 30MPa,估算出单根锚杆抗拔承载力特征值Rt为362kN。
必须注意的是,此处的抗拔承载力特征值只是估算值,可以据此值按规范要求进行现场试验,确定是否能达到设计要求。本工程经检测单根锚杆的抗拔力均满足试算结果要求。
3 2 锚杆钢筋截面面积计算
建筑桩基技术规范 规定抗拔桩要验算桩的裂
注:中风化l=3 5m,微风化l=2 8m
图1 锚杆布置立面(单位:mm)
缝,桩的钢筋往往由裂缝来控制,即桩的实配钢筋一般
比按抗拉强度计算的要大。抗浮锚杆作为抗拔构件,确定锚杆钢筋按理也应该参照抗拔桩满足锚杆体抗裂的要求。对于抗拔锚杆的钢筋截面计算, 地基基础规范 没有明文规定, 边坡规范 引进了抗拉工作条件系数, 锚杆规范 引进了抗拉安全系数,二者形式不同,但都相当于对钢筋取1 6倍的抗拉安全系数,笔者认为可以据此进行钢筋截面计算,并取大者作为计算结果。3 2 1 根据 边坡规范 7 2 2条
As 0Na/ 2fy
Na= QNak
式中 1。0 边坡工程重要性系数;本工程取1
Na 锚杆轴向拉力设计值; 30;Q 荷载分项系数,可取1
Nak 锚杆轴向拉力标准值;
2 锚筋抗拉工作条件系数,永久性锚杆取0 69;
fy 锚筋抗拉强度设计值,MPa。根据上式计算得出As 2084mm。3 2 2 根据 锚杆规程 7 4 1条
As KtNt/fyk
式中 Kt 锚筋杆体的抗拉安全系数,永久性锚杆
取1 60;
Nt 锚筋的轴向拉力设计值;fyk 钢筋的抗拉强度标准值,MPa。结构安全等级同样取一级,则As 2071mm。可见两本规范计算结果基本一致。锚杆钢筋选用
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图2 锚杆平面布置
3 抗浮锚杆设计
3 1 单根锚杆抗拔承载力特征值估算
地基基础规范 第6 7 6条:岩石锚固段的抗拔承载力特征值,对于永久性锚杆的初步设计或对于临时性锚杆的施工设计阶段,按下式计算
Rt= furhr
式中 f 砂浆与岩石间的粘结强度特征值,MPa,
由试验确定,当缺乏试验资料时,可按表1选用;
ur 锚杆周长;
hr 锚杆锚固段嵌入岩层中的有效锚固长度,
按地区经验确定;
经验系数,对于永久性锚杆取0 8。
表1 砂浆与岩石间的粘结强度特征值
岩石坚硬程度黏结强度
软岩
较软岩0 2~0 4
MPa硬质岩0 4~0 6
注:本表取自 地基基础规范 表6 7 6。
RAILWAY STAN DESIGN 6)
房屋建筑
3 32mm,As=2418mm。
2
马竹青 地下室底板抗浮锚杆结构设计
锚杆钢筋换算直径69mm,经检验之前假定的锚杆孔直径150mm可以符合 地基基础规范 8 6 1条的要求。
3 3 锚杆锚固体入岩长度
除要验算锚杆锚固体与地层的锚固及锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度外,还要满足构造要求。下面仅列以 边坡规范 计算的上述两部分计算内容, 锚杆规程 可以按式7 5 1-1及7 5 1-2计算。因本工程的计算结果基本接近,按 锚杆规程 计算过程略。3 3 1 锚杆锚固体与地层的锚固长度la
la>Nak/ Dfrb( 边坡规范 第7 2 3条)1 式中 1 锚固体与地层粘结工作条件系数,永久
性锚杆取1 00;
D 锚固体直径(即图1中锚杆孔直径
d1),m;
frb 地层与锚固体粘结强度特征值,kPa,应
通过试验确定,当无试验资料时可按表2取值。
表2 地层与锚固体粘结强度特征值
岩石类别极软岩软岩较软岩
Frb值/kPa135~180180~380380~550
岩石类别较硬岩坚硬岩
Frb值/kPa550~900900~1300
经计算,la 1 70m。
3 3 3 构造要求
地基基础规范 仅规定了锚固长度的最小值(如图8 6 1示l>40d,d为锚杆直径)。 边坡规范 及 锚杆规程 规定锚杆锚固段长度需要针对锚杆锚固体与地层的锚固长度以及锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度两方面进行计算,取其中大值,并以构造要求规定了锚固段设计长度的上下限值,仅数值略有区别。 边坡规范 7 4 1 2条规定岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m,且不宜大于45D和6 5m; 锚杆规程 7 5 3条规定:岩石锚杆的锚固长度宜采用3~8m。其原因是当锚杆锚固长度超过一定值后,锚杆抗拔力的提高极为有限,甚至可以忽略不计。反之,锚固段长度设计过短时,由于实际施工期锚固区地层局部强度可能降低,或岩体中存在不利组合结构面时,锚固段被拔出的危险性增加,故规定了最小长度。具体设计时可根据工程实际情况酌情选用。例如采用爆破开挖的基坑,基岩面往往破裂且不平整,一般锚杆长度要适当增加。
本工程锚杆体入岩长度l根据以上要求综合考虑,入中风化岩层:l=3 5m,入微风化岩层:l=2 8m。3 4 抗浮锚杆的间距
上述计算过程完成后,A Nak/(F浮-F抗),A为每根锚杆所承担的抗浮面积。再根据锚杆的布置情况,求出抗浮锚杆的间距。如果锚杆间距不理想,可以调整锚杆抗拔承载力特征值,重新验算,直到满足要求为止。3 5 锚杆和底板间的冲切问题
如果锚杆的抗拔承载力较大,而底板较薄,还要进行锚杆和底板间的抗冲切验算,这里不再赘述。4 防水措施
结构防水是地下室防水设计的重点。由于锚杆钢筋会穿过底板外防水,锚杆钢筋应有防水措施。但对于抗浮锚杆,目前尚没有比较明确的规定及统一的做法。根据防水设计原则,借鉴了桩基防水构造作法并参照当地的工程经验,采取以下措施:在垫层上打眼,作12mm厚的聚合物防水砂浆,在锚杆根部涂一层水泥基渗透结晶型防水材料作为附加防水层;外包4mm厚自粘式防水卷材。3根钢筋呈喇叭口状锚入底板内,在锚杆上部灌沥青型灌浆料。用该方法施工防水效果还不错。文献[6]详细介绍了锚杆的防水做法,可供参考。5 锚杆防腐
首先在地质勘察报告中应对钢结构的腐蚀性作评
(下转第116页)
RA STANDARD DIGN 2010(6)
注:本表取自 边坡规范 7 2 3条。
按frb取值450kPa计算,la>1 71m。3 3 2 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度
la dfb( 边坡规范 7 2 4条)0Na/ 3n 式中 la 锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度,m;
d 锚杆钢筋直径,m;
n 钢筋根数,根; 0 边坡工程重要性系数;
3 钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数,对
永久性锚杆取0 6;fb 钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值,
kPa,应由试验确定,当缺乏试验资料时可按表3取值。
表3 钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值
锚杆类型
水泥砂浆与螺纹钢筋间水泥砂浆与钢绞线、高强钢丝间
M252 102 75
M302 402 95
kPa
水泥浆或水泥砂浆强度等级
M352 703 40
注:1 本表取自 边坡规范 7 2 4条;2 当采用2根钢筋点焊成束的作法时,粘结强度应乘0 85折减系数;3 当采用3根钢筋点焊成束的作法时,粘结强度应乘0 7折减系数;4 成束钢筋的根数不应超过3根,钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20%。当锚固段和注浆材料采取特殊设计,并经试验验证锚固效果良好时,可适当增加锚杆钢筋用量。
通信/信号
别碧勇 轨道交通UPS集中供电系统的RAMS研究
商、供货商等多家单位,各方在不同阶段对RAMS的管理有不同的责任和任务。要成功推行RAMS,各方必须互相配合、且对RAMS管理达成共识。
(3)经济性与安全性的平衡
RAMS管理中引入了目前英国铁路安全管理中普遍应用的 低至合理可忍受程度原则 ,即ALARP(AsLowAsReasonablePracticable)原则,如图2所示
[5]
将其降到可以接受的最低程度;同时,必须对风险降低而花费的代价评估,在风险和代价之间进行平衡。例如UPS集中供电系统设计中,没必要在后备蓄电池上盲目追加额外投资,因为这样的投入与所获得的改进不成比例。4 结语
综上所述,从UPS系统方案设计、设备配置选型、项目管理、运营维护等各方面,探讨了UPS集中供电系统的RAMS引入方法、控制目标及实施细则。提到的各项措施如果在工程建设过程中予以落实,不仅能提高UPS系统的RAMS指标,而且结合工程经验初步估算,在满足UPS系统可靠性、可用性、可维护性和安
。
图2 ALARP原则示意
全性保障的前提下,可节省一次建设成本30%以上,降低运营成本10%以上(减少备品备件损耗和运营维护工作量),经济效益也相当可观。参考文献:
[1] EN50126 1999Railwayapplications:thespecificationanddemon
strationofreliability,availability,maintainabilityandsafety[S].BritishStandardsInstitution,1999.
[2] 陈 蕾.城市轨道交通引入RAMS管理的必要性[J].城市轨道交
通,2007(5):4 5.
[3] 崔建乐.地铁通信电源系统的安全控制[J].都市快轨交通,2008
(4):78 79.
[4] 汪元辉.安全系统工程[M].天津:天津大学出版社,1999.[5] 陈 蕾.城市轨道交通引入RAMS管理的必要性[J].城市轨道交
通,2007(5):4 5.
基于图2,在城市轨道交通的安全管理中涉及到3类风险。
第1类:足够大的风险(图2中 不可接受区 )。这些风险是不允许的,不能以任何理由认为其是合理
的。如果风险的等级不能降低至此界限以下,则不能进行此项目。
第2类:足够小的风险(图2中 广阔的可接受区 )。可忽略这些风险,即不需要采用任何方式或方法去减低它,当然必须将该区域的风险始终保持在该等级水平上。
第3类:介于第1、2类之间的风险(图2中 ALARP 区)。必须采取可行的、合理成本下的方法 (上接第110页)
价,如地下水对钢筋有腐蚀必须对锚杆采取相应的防腐措施。 边坡规范 7 4 5条规定了永久性锚杆的防腐蚀处理要求,其中对位于无腐蚀性岩土层内的锚固段应除锈,砂浆保护层厚度应不小于25mm;这与 地基基础规范 8 6 1 1条锚杆孔直径,宜取锚杆直径的3倍,但不应小于1倍锚杆直径加50mm的规定一致。 锚杆规程 第6章对防腐规定的更具体,其中对处于非腐蚀环境的永久性锚杆锚固段,水泥砂浆保护层厚度不应小于20mm。6 规范选用建议
由于抗浮锚杆无专门的规范条文,笔者建议可以利用 地基基础规范 中的 岩石锚杆基础 部分对单根锚杆抗拔承载力特征值进行估算,验算锚杆钢筋、锚杆锚固长度及抗腐蚀措施、材料、防腐及施工检验要求等可参照 边坡规范 及 锚杆规程 两本规范,设计者可根据工程具体情况合理选用。7 结语
用抗浮锚杆来解决建筑物或构筑物抗浮问题,因其具有造价低、施工方便等优点,已越来越多地应用于实际工程中。但抗浮锚杆毕竟是近几年的新工艺,特别是其防水、耐久性目前国家还没有制定系统、全面的规范以及相应的国标图集。要确保抗浮锚杆的安全,除要求施工单位有较高的技术素质,严格按各工序要求进行施工外,还需要设计、建设、监理三方共同努力,另外借鉴当地的成功经验也是十分必要的。参考文献:
[1] GB50007 2002,建筑地基基础设计规范[S].[2] GB50330 2002,建筑边坡工程技术规范[S].[3] CECS22:2005,岩土锚杆(索)技术规程[S].[4] JGJ94 2008,建筑桩基技术规范[S].[5] GB50108 2008,地下工程防水技术规范[S].
[6] 姜明强.抗浮锚杆防水设计探讨[J].建筑科技与经济,2009(1).
RA STANDARD DIGN 2010(6)