膜结构抗拔基础设计

可用于张拉式索膜结构的落地抗拔基础形式主要有:

   1)重力式锚碇 ;

   2)岩石或土中的锚杆;

   3)锚板,包括螺旋锚;

   4)抗拔桩。

1)重力式锚碇

   重力式锚碇利用基础重量来抵抗竖向拉力,利用锚块侧面的被动土压力来抵抗水平拉 力。这是最常用的一种膜结构抗拔的基础形式。

2)膜结构锚杆锚固
   锚杆主要应用于边坡加固、挡土墙与基坑支护等工程中,在张拉膜结构中的应用还比较 少。与重力锚固相比,锚杆的土方开挖量小,因而比较经济;此外,当采用预应力锚杆时, 其基础变形也要比重力锚固和锚板锚固小得多。锚杆一般由锚头、自由段和锚固段三部分组成。锚头与地表的锚固台座相连,用于固定锚杆预应力筋。自由段一般为钢筋或预应力钢绞线,其作用是传递荷载。对于土层锚杆,其自由段长度不宜小于5.0m,以保证锚固段埋入足够深度, 避免滑移破坏。锚固段是用水泥浆或水泥砂浆将杆体与土(岩)体粘结在一起, 通过侧摩阻力来抵抗拉力。在进行锚杆设计时,需要考虑的问题有:场地土 特性;锚杆以及锚固体的长度;锚杆和土体的蠕变;可能存在的预应力损失; 锚杆的防腐处理等。

3) 膜结构锚板锚固

   锚板类型的锚固基础主要有锚板和螺旋锚2种。锚板的一般构造为: 钢筋混凝土预制的刚性板,与拉杆相连,拉力荷载作用在拉杆上, 由锚板上方和前方的土体的自重和剪切 阻力提供上拔阻力。按锚板在极限上拔荷载作用下土体的破坏形态分类,可以分为浅埋锚板、深埋锚板。对浅埋锚板,上方土体整体剪切破坏,破坏面从锚板的边缘开始,延展到土体表面; 深埋锚板在极限状态时,锚板上方一定范围内的土体,进入塑性状态,呈局部剪切形态。
   螺旋锚由锚杆、螺旋锚片和杆头组成,按螺旋锚片数可以分为单节和多节螺旋锚。 膜结构工程上使用较多的是多节螺旋锚。膜结构施工时在杆头施加扭矩,依靠螺旋锚的钻进能力达到设计的土层深度。螺旋锚的主要优点是,使得膜结构安装便利快捷,施工时对土体的扰动小。当各螺旋锚片之间的间距小于6倍的螺旋锚片直径D时,多节螺旋锚的极限破坏形态可以看作是多节螺旋锚片之间形成的圆柱形破坏面,上拔承载力由圆柱形破坏面的剪切阻力和顶节螺旋锚锚板的抗拔承载力组成。

4) 膜结构抗拔桩锚固
   抗拔桩是膜结构工程中经常采用的锚固基础之一。其工作机理是通过桩侧摩阻力和桩身自重来抵抗外拉力,其中前者是主要的, 也是承载力计算的关键。模型试验和现场实测结果表明,在相同条件下,抗拔桩的极限侧摩阻力要小于抗压桩的侧摩阻力,其比 值一般在 0.5-1.0 之间。造成这一现象的主要原因在于, 桩体泊松比效应,土体应力场应力水平的变化,桩周土体单元主应力轴旋转,以及因为作用荷载方向与桩基贯入方向相反造成侧摩阻力减损等。

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