工程抗浮热点问题探讨.pdf
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1、工程抗浮技术热点问题探讨 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司中国建筑西南勘察设计研究院有限公司 讲座人:康康 景景 文文 汇报提纲 目录 C O N T E N T S 前言 1 1 2 2 3 3 4 4 焦点条文辨析 问题与处理 抗浮新技术 5 5 结 语 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (一)地下空间利用引起工程抗浮问题得到重视。但仍有部分工程因地下水的浮力作用出现事故:某医院两层独立地下车库整体抬升,最大太升高度达到1.42m;某游泳馆结构隆起位移造成上部结构梁、板、柱产生大量裂缝部分构件丧失承载能力;某建筑地下室底板局部隆起350mm,并出现45破坏性裂缝.。此类问题的发
2、生,造成了不良的社会影响和财产的损失。一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 抗浮事故 (二)研究现状 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 地下室上浮 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 底板开裂 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 抗浮失效 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 抗浮事故处理 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (三)抗浮设计相关规范、标准 建筑地基基础设计规范GB 50007、岩土锚杆(索)技术规程 C
3、ECS22:2005、建筑边坡工程技术规范 GB50330、岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB 50086、建筑工程抗浮技术标准JGJ 476,等等这些标准并不是在统一的框架下编制,适用范围、所涉及的设计目标、构件检验的要求等各有侧重,实际工程中运用极易模糊,工程师常需花费很多精力进行辨识、对比分析,以求获得包络最不利工况的设计结果(安全目标)。一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 某地区工程单根锚杆轴向拉力标准值为100kN,采用直径200mm的锚杆,各规范设计计算结果出现离散性似乎无法接受(下表);而另一地区工程抗浮锚杆工程,几本关联标准设计计算结果比较却是:JGJ476计算的
4、锚杆长度与GB50007基本相当,较抗浮锚杆YBT4659、GB50330短(局限);各规范杆体面积及锚杆长度计算长度 规范及规程 杆体钢筋面积计算(mm2)杆体长度(m)备注 岩土锚杆(索)技术规程CECS 22:2005 540 4.13 岩土层粘结强度 取值勘察报告 全国民用建筑工程设计技术措施(2009版)543 13.00 建筑边坡工程技术规范GB50330-2013 556 7.64 岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB50086-2015 413 1.48 抗浮锚杆技术规程YB/T4659-2018 375 8.02 建筑工程抗浮技术标准JGJ476-2019 750 7.1
5、6 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (四)浮力存在时工程设计目标 (1)稳定控制目标。保证工程结构整体、荷重大区域之间小荷重区域不发生抬升,不考虑荷重较大区域之间结构刚度抵抗浮力贡献及区域之间的约束作用(不连结),即区域稳定问题整体稳定!工程界常规理解的抗浮问题!(2)变形控制目标(局部允许变形-强度、刚度)。涉及与结构设计规范协调及工作范围界定问题,缺少专业协调标准,JGJ476提出原则要求-不引起结构底板渗漏变形或抗浮构件不发生影响承载力和耐久性的变形。交叉抗浮问题!一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 JGJ476-2019目标:工程结构既不抬升(整体稳定),且抗浮构件
6、不能超过本身强度和变形限值(局部隆起,影响功能)而进行的验算、抗浮设计(措施选用及构件设计)。一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (四)浮力存在时工程设计目标(3)结构体系控制目标。结构体系在浮力与其他作用组合时结构体系受力及变形-荷重与浮力共同作用下的内力及变形再分配。此类目标是否属于通常意义上的“抗浮问题”值得商榷。若将结构体系作为抵抗浮力且起控制作用的抗浮措施,因控制目标与稳定控制不同,理应归结为结构体系分析范畴结构设计。结构工程师希望JGJ476给出相关规定?!一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 处置方式(个人观点):鉴于目前工程稳定与结构体系稳定及专业分工不够清晰(岩
7、土、结构),在协同设计标准出台之前:(1)以工程稳定(抬升)为目标(抗浮构件设计或验算),执行抗浮规范标准;(2)结构体系作为抗浮措施(即如GB5007-2011第5.4.3条3款:增加结构刚度)须进行结构体系内力、变形及强度分析和设计,因涉及浮力作用的属性界定(荷载类别)及组合(控制要素),执行结构规范;(2)与抗浮构件锚固的结构体系及构件的稳定、强度及变形问题,应最不利情况进行协同设计;但短期内实施比较困难(专业交叉、标准缺失)。一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (五)目前抗浮设计争议焦点(1)设计主体。专业分工(岩土、结构);(2)抗浮水位确定主体。结构确定还是勘察确定;(3)
8、标准之间交叉。JGJ476失误或缺失,导致执行困难;(4)裂缝问题。认为JGJ476要求较高,造成普通锚杆使用受限(设计和施工等怨言所在)。(5)造价问题。由于抗浮构件裂缝、稳定安全系数、抗浮锚杆施工工艺等问题导致抗浮工程费用增加,认为JGJ476提高要求缺乏必要性(业主、设计等怨言所在)。一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (1)浮标对抗拔桩成本影响。某地区项目,底板按无梁楼盖设计甲级抗浮桩成本增加120%,乙级抗浮桩成本增加70%;按梁楼盖设计甲级抗浮桩成本增加100%,乙级抗浮桩成本增加60%-局限 (2)浮标对抗拔锚杆成本影响。某地区锚杆项目成本接近 且较 YBT4659低约5
9、0%-局限 一、立项背景与总体思路工程背景 一 前 言 (3)新标对地库结构成本影响。某地区项目,按无梁楼盖设计底板结构成本增加25%;按梁楼盖设计下底板结构成本增加15%。地库结构成本无梁楼盖时增加10%,有梁楼盖时增加6%。(按底板成本占地库总含量的40%估算)-局限 经济合理固然重要,但不能以某各地区工程片面得到各种标准结果似乎合理。业内一直在努力标准之间的协调,但目前尚未如愿!,目前只能依靠个人的理解和把握!汇报提纲 目录 C O N T E N T S 前言 1 1 2 2 3 3 4 4 焦点条文辨析 问题分析 新技术 5 5 结 语 一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨
10、析 (一)JGJ476版本发现的部分问题(1)3.1.10编号应为“3.0.10”!校核错误(2)表7.1.10-1材料的耐久性基本要求,最大碱含量0.30应为“3.0”!校核错误(3)部分符号未统一或协调,如Nt,k、Nw,k、la等!校核失误!(4)部分计算内容不完整,如材料抗拉强度、裂缝计算等;(5)7.5.6中fy钢绞线、钢筋抗拉强度设计/标准值(kPa),造成俩概念上的混乱。ttsyKNAf一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (二)关于抗浮设计等级划分 (1)表3.0.1存在的缺陷即抗浮设计等级与GB50007确定地基基础设计等级直接关联。因两者设计目标不同,一个是结构
11、构件强度和变形(无论是否存在浮力作用),一个则是结构整体(局部)的稳定。如同目前国内部分结构工程师在此标准实施后,造成了等级划分与审图机构之间误判分歧,形成了一定的执行困难。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (二)关于抗浮设计等级划分(2)表3.0.1“抗浮治理的既有工程锚杆的抗浮等级均划为甲级抗浮工程设计等级”,将凡是要进行抗浮治理的既有工程的划为甲级的合理性?抗浮治理(指问题工程)问题不同于其他原因引起的工程问题(短期性),出现事故后的影响范围、程度等很难通过“事后调查”“鉴定”全面掌握,且对抗浮问题属于“在浮力作用下的结构分析问题”或“工程稳定问题”并不清晰,抗浮失效治理
12、视为“甲级”更具安全性。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (三)关于JGJ 476强条 第3.0.4条,主要强调抗浮构件和抗浮设施的自身性能、功能以及耐久性等要求,以确保工程在全生命周期内的抗浮稳定性、结构安全性及使用功能。结构体系稳定性要求包含在抗浮稳定要求之中(尽管为明确指出),并结合抗浮结构和构件的整体性能加以保证。考虑到施工周期是工程全生命周期的一部分,此阶段的抗浮稳定性也是必须验算和满足规定标准。建筑与市政地基基础通建筑与市政地基基础通用规范用规范(GB55002GB55002-2021 2021)发布后已明确发布后已明确取消此强取消此强条!条!一、立项背景与总体思路
13、工程背景 二 焦点条文辨析 (四)关于总浮力计算问题 6.2.4 浮力标准值总和应按下式计算确定:Ff=Fw+Ffc+Ffs(6.2.4)式中,Ff 浮力标准值总和(kN);Fw静水位差产生的浮力标准值(kN);Ffc承压水水头产生的浮力标准值(kN);Ffs水力坡降稳定渗流产生的浮力标准值(kN浮托力)。扬压力:浮托力+渗流压力。此公式表述的够清楚,产生了异议:总和后应为“抬升力”而非“浮力”,承压水在发生竖向渗流时产生的是“浮力”,否者只能是抬升力;并非三种浮力、抬升力同时出现,而仅仅表达的是:最不利组合;一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (五)关于锚固构件的裂缝问题 第7
14、.5.8条“抗浮设计等级为甲级的工程,在荷载效应标准组合下锚杆浆体中不应产生拉应力“,即如国标砼结构设计规范(GB50010)中严格控制不出现裂缝的情况。按此规定只有在对锚杆浆体施加预压力的前提下才能得到实现,结合表3.0.1的规定,凡是抗浮设计等级为甲级以及抗浮治理的工程,均要采用预应力抗浮锚杆的合理性?鉴于常规注浆抗浮锚杆出现问题较多,尤其填料后注浆工艺。从标准执行后反映的情况看,此要求似乎有些偏于严格(关注造价)。主要基于下列考虑:一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (五)关于锚固构件的裂缝问题(1)适应荷载规范分项系数提高的总体要求。(2)不出现裂缝并未强行要求一定采用“
15、预应力锚杆”,压力型或拉压复合型锚杆也可控制锚固体裂缝出现、采用控制筋材变形而降低锚固体拉应力水平也可控制裂缝;(3)编制之初本计划编制裂缝计算内容,但一则是圆形截面构件裂缝计算方法结构规范中并未统一(方形截面),二则多数专家不赞同过多涉及结构设计问题,故而造成目前使用的困惑或不便;(4)由于多年全长粘结非预应力锚杆出现问题较多(包括检测合格验收的工程),故推荐采用预应力锚杆提高耐久性;一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (五)关于锚固构件的裂缝问题(5)造成普通锚杆受限争议的原因:引入预应力结构裂缝控制模式要求,但未有具体方法;仅注意与抗浮设计等级关联,忽视了与环境类别、裂缝控
16、制等级挂钩!失误!若将抗浮设计等级、环境类别、裂缝控制等级等进行综合考虑,明确按裂缝控制前提下的表7.1.1-2或按表7.6.9的适用条件及方式,可能减少目前出现的争议甚至是非议!一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (五)关于锚固构件裂缝问题 (6)最大裂缝计算方法 圆形截面构件裂缝宽度计算常用方法是将圆形截面按等面积原则换算为方形截面,再按混凝土结构设计规范GB50010计算;可参照水运工程混凝土结构设计规范JTS 151-2011第6.4.2 条给出的钢筋混凝土矩形、T 形、倒T 形、I 形和圆形截面受拉、受弯和偏心受压构件最大裂缝宽度计算方法;两种规范截面换算或计算的轴心受
17、拉构件的最大裂缝宽度比较接近(水运规范略小,普遍认为比较符合实际)。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (五)关于锚固构件的裂缝问题(7)砂浆抗拉强度JGJ476未提供!直接抗拉强度与传统抗折方法测出的7d强度相比,抗折强度与抗拉强度比值在2左右;随着水灰比增大,虽和易性变好,但抗拉强度几乎是线性减小;需要提高砂浆抗拉强度时,应尽量使用较小的水灰比;因水灰比提高时强度下降,但是变形性能略有提高,只是提高程度有限。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (五)关于锚固构件的裂缝问题 采用砂浆抗拉强度与抗压强度之间关系确定。美国混凝土学会(ACI)提出混凝土抗拉强度与抗压强
18、度之间的关系为:t=0.3c1/2(MPa);欧洲混凝土协会提出的关系为:t=0.3c2/3(MPa)其中:t为混凝土抗拉强度;c为混凝土抗压强度;我国混凝土结构设计规范GB50010采用轴心抗拉强度与立方体抗压强度之间关系为:ftk=0.880.395 f 0.55cu,k(1-1.645)0.452 式中:变异系数;2高强度混凝土的脆性折减系数,C40、C80取1.00、0.87,中间插值。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (六)关于预应力锚杆问题 按JGJ 476规定,“抗浮治理的既有工程,均要采用“预应力抗浮锚杆”,对于置于岩土中特定条件下的预应力锚杆预压应力如何建立、
19、自由段的长度如何确定、如何计算因张拉端锚具变形带来的预应力损失?。鉴于内容较多,且为规避与已颁布的关联标准JGJ120、GB50086、GB50330、YB/T4659、JGJ282等重复,审查时取消了有关条文。尽管从标准完整性和实用角度存在缺憾,但并不影响与相关标准配合使用。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (七)抗浮板的最小厚度 第7.2.3条“抗浮底板厚度和配筋应满足变形、裂缝、最小配筋 率和防渗要求,且厚度不应小于350mm”。而高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3当基础有防水要求时,混凝土抗渗等级应根据基础埋置深度采用地下工程防水技术规范GB50108-2008第4.1
20、.7条:防水混凝土结构厚度不应小于250mm。高规是通过设计抗渗等级的方式来控制地下室底板的防渗;即地下工程防水技术规范也只要求防水混凝土结构厚度不小于250mm。对于抗浮水头不大、抗渗等级很低的结构,在满足变形、裂缝、最小配筋率的前提下采用不小于350mm底板的合理性?一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (七)抗浮板的最小厚度 (1)此条规定疏漏说明:仅限于单独采用抗浮板作为抗浮措施的情况,而对采用联合抗浮措施(抗浮板+压重或抗浮抗浮锚杆等)并未要求按此条执行;(2)要求最小板厚并仅非限于防渗,主要是从抗浮板受浮力、分担独立基础荷载作用以及变形协调甚至裂缝控制的角度考虑;(3)
21、考虑目前实际工程中抗浮设防水位确定争议较多,且“设防”概念的贯彻尚需一定的阶段性(千方百计较低),按此厚度和构造配筋具有一定的补充性作用。一、立项背景与总体思路工程背景 二 焦点条文辨析 (八)关于锚杆长度问题 (1)第7.5.5条第3款对于构造长度规定为0.51.0m,但无自由段长度规定,是否能视为是自由段长度呢?既然优先推荐使用预应力锚杆,总长度仅明确锚固段长度和构造段长度之和,而未计入自由段长呢?“锚杆长度”应包括构造长度+自由段长度+锚固段长度,因后续内容未详尽“拉力型”和“压力型”,目前可将“锚固段长度”理解为“承担荷载的固结体长度”(拉力型自由段固结体不属于“锚固体”,而压力型固结
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