大型地下工程抗浮锚杆监测与受力机理分析 赵旭明 ，李奋旭 ，石 磊 ，马臻奇 ，金士博 ，杨全兵ｚ （１．甘肃建总置业发展有限公司，甘肃兰州７３００５０；２．甘肃省建筑科学研究院，甘肃兰州７３００５０） 【摘要】以兰州市某大型地下工程抗浮锚杆监测为依托，通过有限元软件模拟分析该工程不同区域的受力情况将模拟 ，结果与锚杆内力监测结果进行对比分析，以确定该工程地基受力情况的准确性。通过长期监测数据分析抗浮锚杆在不同受力 区域的受力规律、不同埋深位置的受力情况以及引起锚杆内力发生变化的主要影响因素，确保工程后期施工的安全性【关键词】地下工程；抗浮锚杆；监测：受力机理 。 Ａｎｔｉ—ｌｏａｔｆｉｎｇ Ａｎｃｈｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｌｏａｄ—ｂｅａｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＺＨＡＯＸｕｍｉｎｇ ，Ｌ１Ｆｅｎｘｕ ，ＳＨＩＬｅｉ ，ＭＡ Ｚｈｅｎｑｉ ， ⅣＳｈｉｂｏ ，ＹＡＮＧ Ｑｕａｎｂｉ ｇ （１＿ＧａｎｓｕＪｉａｎｚｏｎｇＰｒｏｐｅｒｔｙ ＣｏｎｓｕｌｔａｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＣｏＬｔｄ．，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ： ．２．Ｇａｎｓｕ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｃｔｕａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ａｎｔｉ—ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｎｃｈｏｒ ｉｎ Ｌａｎｚｈ０ｕｔｈｉｓ ，ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｌｏｎ，ｍａｄｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔ ａｎｄ ａｎｃｈｏｒ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．zPsgiole，【中图分类号】ＴＵ９４２ 【文献标志码】Ａ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄａｔａ，ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ Ｄｒｏｊｅｃｔｓ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｎｓｕｒｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｌａｔｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｒ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ａｎｔｉ—ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｎｃｈｏｒ：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：ｌｏａｄ—ｂｅａｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ０引 言 近些年随着地下工程的开挖深度不断增加，使得 地下建筑物抗浮问题更加不容忽视。高层建筑在施工 zz１ ２一 的过程中，当地下水浮力较大而建筑物自重较小时，如 果没有进行有效的抗浮处理，可能会导致建筑物底部 上拱或整体上浮失稳破坏。解决地下工程的抗浮问题 主要是采用压重法、抗浮桩和抗浮锚杆等方法Ⅲ，其中 抗浮锚杆具有单点受力小、底板结构受力均匀合理、工 期短、节约造价、布设灵活等优点，因此，抗浮锚杆被广 甘肃省建设科技攻关项目：大型地下工程抗浮锚杆设计优化及受力 机理创新研究与应用（ＪＫ２０１５－－４） 作者简介：赵旭明，男，高级工程师，研究方向为岩土工程科研工作。 Pfrp【文章编号】１６７１～３７０２（２０１６）０６—００１２—０５ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｆｉｅｌｄ 泛应用在解决地下工程的抗浮问题上 。 目前，国内学者对抗浮锚杆进行了一系列的研究， 包括抗浮锚杆力－ｆ立移的一般性测试研究［５－６１：结合工 程对抗浮锚杆进行破坏性试验研究 ，测试了锚杆的剪 力分布规律，推导抗浮锚杆抗拔承载力计算公式等；但 是，目前对大型地下工程进行长期监测的相关研究还较 为欠缺。 １抗浮锚杆监测 １．１ 工程概况 本次抗浮锚杆监测以兰州市某大型地下工程为依 该场地在勘探深度范围内地层结构主要为第四系 zzzPsgiolePfrp研究探索 ｅｓｅａｒｃｈ＆Ｅｘｐｌｏｒｅ 工程质量 表１ 试验锚杆钢筋应力计布置汇总表 Ｉ ＩＩ １Ｏ．Ｏ ＩＩＩ 一１＿Ｏ 分布于整个 场地，层面埋深１３．９～ｌ４．９ｍ， ３５ ｉ５０ 棕红色，胶结程度差，成岩度 差，属半成岩，钻探岩芯呈砂土 一６．Ｏ 状不易采取岩芯样 ，．④层强风化砂岩，８．５ 进入剪力墙内部直到±０．００标高后引出，接入信号采集 装置。施工时对传输线部位外套ＰＶＣ管进行防护，如 图５所示，避免传输线遭受高温和碾压破坏。 首次监测在基坑回填至±０．００标高后进行，随着 次采集数据时间开始计算，到降水完全停止后２个月， 每周采集数据２次，以后每周采集数据１次，直到锚杆 内力监测值基本没有变化为止。 ４２０ ３６０ ３００ ２监测数据分析 ２．１不同受力区域的锚杆内力 力监测，所得受拉、普通和受压区域 的锚杆内力变化曲线如图６所示。根 据曲线，可将抗浮锚杆内力的变化分 为３个阶段。第１阶段，锚杆内力在监 测前４５ ｄ逐渐减小，分析原因，是因 zPsg６０ Ｏ 基坑回填后，开始进行锚杆内 为随着主楼高度的不断增加，作用在 姜２００ Ｒ 罡１５０ 地基上的荷载也在不断增加，因此， 所监测到的锚杆拉应力逐渐减小；第 二阶段，锚杆内力在４５～１１５ｄ时逐渐 增大，分析原因，是因为该部位主体结 构在４５ ｄ时高度不再增长，而工作的 １００ ５０ zz．降水井数量逐渐减少，地下水位随之 回升，使得抗浮锚杆内力逐渐增大；第 三阶段，１１５ ｄ后锚杆内力增长趋于平 稳，分析原因，是因为降水工作完全停 止后，锚杆受力也逐渐达到了新的平 衡状态，此时锚杆的受力状态将一直 延续下去，不会再发生大的变化。 通过各受力区域锚杆内力变化曲 １ ４． iole要２４０ ｌ８０ １２０ 般３５Ｏ ３００ ２５０ ０ ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ 降水的逐渐停止，监测频率随时间推移逐渐降低。从首 ２１Ｏ １８０ １５０ １２０ ９ｏ ６０ ３Ｏ ０ Pfrp图５数据传输线保护措 试验锚 长度 锚固体 杆编号 ｝飘 直径／ｒａｍ 地层情况 应力计 埋深／ｎ１ 线统计得到降水和停止降水锚杆内力！ 看到，所划分的三个区域锚杆内力，要 区次之，受压区最小，与有限元数值模 符合。可见在大型地下工程中，受力不 在，抗浮锚杆的受力受上部结构的荷毒 响是不可忽略的，从表２中可以看出， 其实际检测到的内力为３４９．８２ｋＮ，是 （ａ）受拉区域 ９０ ｉ００ １１０ ｌ２０ １３０ １４Ｃ 时间／ｄ （ｂ）普通区域 时问／ｄ （ｃ）受压区域 图６不同受力区域锚杆内力变化曲结 第６期 赵旭明等：大型地下工程抗浮锚杆监测与受力机理分析 表２锚杆内力变化 埋深 停止降水／与受压区 ｋＮ 百分比／％ 一与受压区 与受压区 与受压区 降水／ｋＮ 百分比／％ 停止降水／ｋＮ 百分Ｌｔ／％ 降水／ｋＮ 百分比／％ ３３５．５９ ２２４ ３０１．２４ １９２ ２６１．９９ １７５ １．０ｍ ３４９．８２ ２２３ ３．５ｍ ６．０ｍ ２９５．３６ ２０６．５５ ３４８ ３６３ ２７９．６６ １９２．８２ ３６５ ４０１ ２２３．７３ ９８．１３ ８．５ｍ ６１．８２ ５４８ ３７．２９ １ ２６８ ３３．９６ p停止降水 １５７．００ 受拉区域 普通区域 受压区域／ｋＮ 降水 １４９．６４ ２６４ １７２ １８５．４６ ５２．５Ｏ ２４２ １０９ ８４．８８ ５６．９ｌ ７６．５４ ４８．０８ ３０１ ８．８３ ３００ ｌ１．２８ ２．９４ 抗拔承载力特征值１９０ｋＮ的１．８４倍。 然而，受力最小的抗浮锚杆内力为 ｌ１．２８ ｋＮ，是该工程抗浮锚杆抗拔承载 力特征值１９０ｋＮ的０．０６倍，证明在实 际大型地下工程的抗浮锚杆设计中， 确实存在一些区域的抗浮锚杆设计偏 保守，一些部位的抗浮锚杆设计偏危 险的现象。 ２．２不同埋深处的锚杆内力 由监测数据得到不同受力区域、 埋深分别在一１．０、一３．５、一６．０和一８．５ｍ 处的锚杆内力变化曲线如图７所示。通过变化曲线图可以直观地看到在 相同埋深处，受拉区域的锚杆内力最 g 大，普通区域次之，受压区域最小。通 过对比图７（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）和（ｄ）曲线 走势，可以发现，受拉区和普通区抗 s浮锚杆内力随时间的变化幅度较大，P 受压区的抗浮锚杆内力随时间的走势 较为平缓，受拉区对周边荷载的变化 响应更加剧烈。 表３为不同区域、不同埋深处锚 zz杆内力的最值统计表，为了更加直观 地观察抗浮锚杆轴力随深度处变化的 趋势，绘制了内力稳定后各区域锚杆 轴力图，经过比较分析如图８所示。 由图８可见，抗浮锚杆随着深度 的增加，所受轴力不断减小，并且锚 杆轴力和深度的关系显然是非线性关 系。通过线性拟合，锚杆轴力是深度 值的二次函数，但是变量前面的系数 ４００ r３５０ ３００ 至２５０ 。００ f１５０ １００ P５０ ０ eloi时间／ｄ （ｃ）埋深一６．０ｍ 图７不同埋深处锚杆内力变化曲线 ．１ ５— z研究探索 ｅｓｅａｒｃｈ＆Ｅｘｐｌｏｒｅ 工程质量 第３４卷 表３不同埋深处锚杆内力最值表 埋深 受拉区域 ／ｋＮ 长阶段，主要表现在主体结构高度不再增长后，随着降 水工作的逐步停止，地下水位的回升，抗浮锚杆内力逐 ／ｋＮ 普通区域 ／ｋＮ ２６１．９９～３２７．２５ 受压区域 １．０ｍ ３３５．５９～３７１．４０ １４９．６４～１８２．Ｏ２ —３．５ｍ ６．０ｍ ２７９．６６～３２Ｏ．８７ １９２．８２～２４１．３９ １８５．４６～２２７．１６ ５２．５０～１Ｏ５．９８ ７６．５４～１１９．７１ ４８．Ｏ８～８４．８８ —８．５ｍ ３７．２９～１３３．４５ ８－８３～５２．９９ ２．９４～５２．Ｏ１ 由于试验数据较少，无法进行数理统计。 轴力／ｋＮ ０ Ｏ 一５ｏ ｌｏｏ １５０ ２００ ２５０ ３０ｏ ３５０ ４ｏ０ １ ２ ３ 一嫠ＩＩ 一－６ —７ ＿８ －９ 图８不同埋深处锚杆轴力图 ３结论 １）通过监测数据可以看出抗浮锚杆在受拉区域的 受力最大，与有限元模拟地基受力情况相符，可见在大型 地下工程中，受力不均的现象确实存在，抗浮锚杆的受力 受上部结构的荷载影响，且这种影响是不可忽略的。 ２）通过本文的研究，可将抗浮锚杆内力的变化分 为三个阶段。第一阶段为减小阶段，主要表现在锚杆内 力随着主楼高度的不断增加而逐渐减小；第二阶段为增 zz一为夯实质量安全工作基础，福建省住建厅在广泛 吸收责任主体、监管部门意见建议的基础上，印发新 版《福建省建设工程质量安全动态监管办法（２０１６年 版）》和《福建省建筑施工企业信用综合评价体系企业 质量安全文明施工行为评价标准（２０１６年版）》。一是 对责任单位和责任人记分公式进行调整，充分体现工程 zPsg一２０１ ６年版福建省质量安全动态监管办法 查次数的平均值，以更加公平公正；二是将房建和市政 实体质量安全和文明与其质量安全行为的一致性，避免 实体质量与行为出现较大的偏差，同时对责任人增加了 同一记分条款在单个季度内多次检查则其记分值为检 １ ６一 iole２０００，２７（２）：３１—３３． （１）：９一ｌ７． ５ 福建省住建厅公布 Pfrp止，地下水位稳定后锚杆内力增长趋于平稳。 渐增长；第三阶段为稳定阶段，主要表现在降水完全停 ３）距离主楼较远的抗浮锚杆内力随时间的变化幅 度较大，距离主楼较近的抗浮锚杆内力随时间的走势较 为平缓，受拉区对周边荷载的变化响应更加剧烈。 ４）抗浮锚杆内力与普通锚杆一样，从锚头开始，随 着深度的增加，内力逐渐减小。抗浮锚杆轴力和深度的 关系呈非线性关系。＠ 参考文献 ［１］贾金青，宋二祥．滨海大型地下工程抗浮锚杆的设计与试验研究［Ｊ】＿ 岩土工程学报，２００２，２４（６）：７６９—７７１． ［２］ｔ胜．预应力钢绞线锚杆在地下停车场工程抗浮中的应用与研究 ［Ｊ］＿建筑结构，２００１，３１（８）：６０－－６２． ［３］彭涛，武威．复杂地质条件下预应力抗浮锚杆的应用［Ｊ］＿工程勘察， 【４］崔京浩，崔岩．锚固抗浮问题的几个关键问题［Ｊ］．特种结构，２０００，１７ 【５】北京城建设计研究总院．ＧＢ ５０１５７－－２００３地下铁道设计规范【ｓ］■Ｅ 京：中国建筑工业出版社，２００３． ［６】李克钏．基础工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９２． ［７］王贤能．土层抗浮锚杆试验破坏标准选取的建议［Ｊ１．地质灾害与环 境保护，２００１，１２（３）７３—７７． 项目记分条款分别单列，并对记分条款进行了调整，增 加最高记分限值和检查方式方法（样本）栏，增加了结 构带模养护、砌体施工、渗漏水、幕墙、高处作业吊篮、 扬尘整治、污水排放以及监理行为方面的一些条款，删 除了质量安全行为类别中一些难于操作的条款；三是进 步明确“中止施工”“完工登记”和“竣工登记”这三 种情形的申请和审核流程，明确房建项目和市政项目应 停止评价记分的情形。
