某大型地下室抗浮錨桿設(shè)計(jì)

李 曄

（青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山東 青島 266100）

某大型地下室抗浮錨桿設(shè)計(jì)

李 曄

（青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山東 青島 266100）

文章結(jié)合工程實(shí)例某大型商業(yè)地下車庫，探討了抗浮錨桿的設(shè)計(jì)。研究結(jié)果不僅為抗浮錨桿的設(shè)計(jì)提供了必要的理論基礎(chǔ)，而且對抗浮錨桿的設(shè)計(jì)具有較好的參考價值。

抗浮錨桿；設(shè)計(jì)；防水板；受力性能

1 引言

近年來，隨著人們生產(chǎn)活動對地下空間利用的增多，興建了大量帶有地下室的建筑物、下沉廣場、地下車庫等。由于上述建筑物通常地下水位較高，水浮力較大，僅靠建筑物自重和頂板回填土的重量往往不能平衡水的浮力，因此抗浮設(shè)計(jì)就成了地下建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較重要的一部分。目前國內(nèi)外抗浮設(shè)計(jì)的方法主要有四種：（1）抗力平衡法，即可以設(shè)置抗拔樁或者抗浮錨桿來消除或部分消除地下水浮力的影響；（2）自重平衡法，即通過增加配重（回填土、石、或混凝土）來平衡浮力；（3）浮力消除法，即采取疏、排水措施降低地下水位，消除或減小浮力的影響；（4）綜合設(shè)計(jì)方法，即采用上述兩種或多種抗浮設(shè)計(jì)方法[1]。

當(dāng)?shù)叵滤惠^高，建筑物長期處在地下水浮力作用下時，宜采用抗力平衡法。對于基礎(chǔ)持力層為巖石的地區(qū)，抗浮錨桿被廣泛應(yīng)用于錨桿的抗浮設(shè)計(jì)中。抗浮錨桿是利用錨桿和砂漿組成的錨固體與巖土層的結(jié)合力作為抗浮力的一種新的抗浮手段，具有良好的受力性能[2]?？垢″^桿不僅不影響地下室凈高，而且由于錨桿間距小，地下室底板可以做得較薄，因而造價低。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對某基礎(chǔ)持力層為巖石的地下室抗浮錨桿設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以期為其它類似工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2 工程概況

某商務(wù)寫字樓位于山東沿海某市，該項(xiàng)目總用地面積62999m2，總建筑面368880㎡，擬建建筑物包括5棟高層（局部多層）辦公樓、1棟多層中心書城及地下停車庫等。該項(xiàng)目有3層地下室，層高由下至上分別為3.8m，3.9m，4.0m?；A(chǔ)防水板板頂標(biāo)高為-13.95m（相對標(biāo)高），基礎(chǔ)防水板厚度為0.6m，抗浮設(shè)計(jì)水位為-1.0（相對標(biāo)高）。由于裙樓不能平衡地下水浮力，采用抗浮錨桿作為永久性抗浮結(jié)構(gòu)。該地區(qū)所處大地構(gòu)造位置為華北地臺，自元古代以來本區(qū)地殼處于緩慢的上升期。燕山晚期，區(qū)域性構(gòu)造活動強(qiáng)烈，發(fā)生大規(guī)模酸性巖漿侵入，形成穩(wěn)固的以深成相似斑狀中粗粒黑云母花崗巖為主的巖基。受新華夏系構(gòu)造影響，形成NE向?yàn)橹鞯膲号ば詳嗔褬?gòu)造，酸性～中基性巖漿沿巖基內(nèi)薄弱面入侵，形成煌斑巖、細(xì)晶巖和輝綠巖等淺成相巖脈，與花崗巖巖基組成復(fù)合巖體。它們之間雖然巖性不同，但屬于同源異相的巖漿巖類硬質(zhì)巖石，是堅(jiān)硬穩(wěn)固的地質(zhì)體，無后期沉積夾層、溶洞等不良地質(zhì)作用。

通過地質(zhì)勘察得知地質(zhì)情況如下：（1）素填土：平均厚度為1.5m；（2）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：平均厚度為3.0m；（3）中風(fēng)化花崗巖。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖承載力特征值為1000kpa，中風(fēng)化花崗巖承載力特征值為2500kpa。地下水按賦存方式分為第四系松散堆積層的孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水?？紫端c基巖風(fēng)化裂隙水水力聯(lián)通，具有自由水面，為潛水。強(qiáng)風(fēng)化基巖為主要含水層，中風(fēng)化基巖為相對隔水層。大氣降水為主要補(bǔ)給源，以側(cè)向徑流排泄和蒸發(fā)方式排泄。由于高層建筑荷載較大，抗浮能力較強(qiáng)，基礎(chǔ)可按勘察報告推薦的抗浮水位進(jìn)行設(shè)計(jì)。多層建筑及純地下室部分抗浮能力較弱，尤其是裙樓與主樓的交接部位，因其抗浮能力不同，可能造成不均勻上浮而產(chǎn)生建筑裂縫，故采用抗浮錨桿措施，中風(fēng)化花崗巖巖層與錨固體的粘結(jié)強(qiáng)度特征值為400kpa。

3 整體抗浮設(shè)計(jì)

工程柱網(wǎng)布置為8.4mx8.4m，柱截面尺寸為700mm× 700mm。

（1）荷載計(jì)算

自重及壓重計(jì)算見表1。

表1 自重及壓重計(jì)算

抗浮水頭13.55m，水浮力為135.5 kN/m2，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.4.3對基礎(chǔ)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算：，抗浮穩(wěn)定性不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采取措施。

（2）錨桿布置

通常錨桿的布置方式有以下三種[3]：①集中點(diǎn)狀布置，布置于柱下，當(dāng)為巖石地基且水浮力較小時可采用；②集中線狀布置，布置于地下室底板梁下，一般較少采用；③面狀均勻布置，布置于地下室底板下。因?yàn)椴捎妹鏍罹鶆虿贾玫姆绞侥茉跐M足抗浮設(shè)計(jì)的同時減小底板配筋，使得底板的配筋一般為構(gòu)造配筋即可滿足設(shè)計(jì)要求，故在實(shí)際工程中應(yīng)用最多。本工程也采用面狀均勻布置方法。為了使得底板受力更合理，錨桿采用菱形布置，如圖1所示。

圖1 錨桿布置示意圖

（3）錨桿計(jì)算

根據(jù)錨桿布置方案，單根錨桿的受力面積為2×2 = 4m2，若單位面積的凈水浮力設(shè)計(jì)值 為qf，則q=135.5-(0.6×25+0.15×20)=117.5kN/m2，單根錨桿承受的軸

f向拉力為 Nt，Nt=117.5×4=470kN。

①錨桿面積計(jì)算：

由《全國民用建筑技術(shù)措施》（地基與基礎(chǔ)）計(jì)算單根錨桿錨筋面積[4]，若單根錨桿錨筋面積為As，因?yàn)榈叵滤惠^高，鋼筋采用HRB500鋼筋，，

②錨桿錨固段長度計(jì)算：

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，錨桿錨固段長度La＞Rt/0.8(πd1frk)=470/0.8×(3.14×0.2×400)=2.4m

4 局部抗浮設(shè)計(jì)

將錨桿作為彈簧，采用有限元分析軟件SAFE軟件進(jìn)行模擬，分析出防水板的內(nèi)力，防水板配筋為構(gòu)造配筋即可滿足要求，防水板構(gòu)造配筋率為0.15%，配筋選擇雙層雙向18@200，滿足要求。抗浮錨桿的錨固也十分重要，錨桿桿體錨入底板的豎直段不小于0.4La，總的錨固長度不小于La。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際工程某地下車庫，探討了抗浮錨桿的設(shè)計(jì)，可以為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考。限于篇幅，很多因素沒有考慮，以下問題可以作為將來繼續(xù)研究的方向：

（1）在可能的情況下借助有限元軟件計(jì)算分析，可以對結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)及趨勢進(jìn)行較為明確的判斷，但是計(jì)算結(jié)果的精度很大程度上依賴于計(jì)算參數(shù)（如錨桿的剛度、基床系數(shù)、分析模型等）的準(zhǔn)確程度[5]。

（2）因?yàn)榈叵滤母×﹄S季節(jié)變化而呈準(zhǔn)周期性，所以抗浮錨桿承受的外力是非穩(wěn)態(tài)的。在這種準(zhǔn)周期性荷載作用下,抗浮錨桿將產(chǎn)生疲勞破壞,其破壞時的荷載比抗拔力設(shè)計(jì)值要低。

（3）地震動力作用對永久性抗浮錨桿的穩(wěn)定性影響也不能忽視，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取相應(yīng)措施。

[1] 朱丙寅.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及實(shí)例分析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[2] 戴西行,杜濤,李軼慧.抗浮錨桿在煙臺某大型車庫中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn),2011,11(2):209-210.

[3] 孫紹東,胡海濤,井彥青,等.抗浮錨桿合理設(shè)計(jì)探討[J].建筑結(jié)構(gòu),2013,43(22):80-85.

[4] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國民用建筑技術(shù)措施(地基與基礎(chǔ))[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2012.

[5] 王家林.抗浮錨桿的布置方式及防水板的設(shè)計(jì)探討[J].建筑結(jié)構(gòu),2012,S2(42):518-519.

Anti-floating anchor design of an underground garage

Associated with engineering example of a commercial underground garage, design problems of anti-floating anchor were discussed. The research results not only for the design of anti-floating anchor provide the necessary theoretical basis, but also have a good reference value on the design of anti-floating anchor.

Anti-floating anchor; design; waterproof board; mechanical behavior

TU943

A

1008-1151(2015)03-0096-02

2015-02-11

李曄（1980－），男，山東東營人，青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司工程師，碩士，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師。