某工程地下室抗浮錨桿的設(shè)計(jì)分析

楊俊杰

（泉州市住宅建筑設(shè)計(jì)院　福建　泉州　362000）

某工程地下室抗浮錨桿的設(shè)計(jì)分析

楊俊杰

（泉州市住宅建筑設(shè)計(jì)院福建泉州362000）

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，地下空間的開發(fā)規(guī)模越來(lái)越大，不論是帶有地下室的裙房，還是單建式的地下室，都呈現(xiàn)出越來(lái)越多的趨勢(shì)，地下室的面積不斷擴(kuò)大，尤其是深度日益加深。一些建筑的地上層數(shù)少，地上結(jié)構(gòu)的自重?zé)o法對(duì)地下水浮力進(jìn)行有效的抵抗，地下室基礎(chǔ)通過(guò)設(shè)計(jì)錨桿解決抗浮問(wèn)題成為工程建設(shè)的一項(xiàng)重要施工措施。與抗拔樁相比，抗浮錨桿的造價(jià)低且施工便捷，在工程建設(shè)中的應(yīng)用得到了相關(guān)部門的高度認(rèn)可。本文就某工程地下室的抗浮錨桿設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，以供同行業(yè)朋友相互參考借鑒。

地下室；自承重防水底板比較；抗浮錨桿；設(shè)計(jì)

當(dāng)前，各地為了有效解決城市空間的不足，建筑物的基礎(chǔ)埋置深度日益增加，地下停車庫(kù)的建設(shè)遍布城市建設(shè)發(fā)展的每一個(gè)角落，因此基礎(chǔ)抗浮力問(wèn)題日益受到人們的重視。雖然，建筑地下室的建設(shè)引出了大量抗浮措施的應(yīng)用，為工程建筑的造價(jià)、工期，以及施工方法等增加了一定的難度，但是地下室底板的抗浮設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展成為工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，不僅能夠影響建筑結(jié)構(gòu)的正常使用，而且成為提高建筑施工安全性的保證。

1　水浮力對(duì)地下室底板結(jié)構(gòu)的作用與影響

1.1水浮力對(duì)地下室底板結(jié)構(gòu)的作用

水浮力對(duì)建筑地下室底板結(jié)構(gòu)的作用主要體現(xiàn)在安全性能上，即水浮力對(duì)地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的作用。在地質(zhì)報(bào)告中，最經(jīng)常提出的兩個(gè)水位是抗浮水位與設(shè)防水位。地下水浮力對(duì)于建筑地下室底板結(jié)構(gòu)的作用一共有三種情況：第一種情況是筏板作為基礎(chǔ)，地上建筑結(jié)構(gòu)的重量基本持平，此時(shí)如果水浮力比地上建筑結(jié)構(gòu)的重量大，地下室底板則呈現(xiàn)出如圖1（a）的變形，圖中標(biāo)注的水位是抗浮水位；第二種情況是樁筏作為基礎(chǔ)，地上建筑的結(jié)構(gòu)重量基本持平，此時(shí)，地下室底板會(huì)受到向上的均布水浮力的作用，地下室底板呈現(xiàn)出如圖1（b）的變形，與第一種情況的變形相同；第三種情況是樁筏作為塔樓基礎(chǔ)，筏板為裙房基礎(chǔ)，地上建筑結(jié)構(gòu)的重量具有非常大的差別，此時(shí)塔樓的重量通常比水的浮力大，裙房具有相對(duì)較小的重量，所以基礎(chǔ)上浮的情況可能會(huì)出現(xiàn)，如圖1（c）所示。

圖1　水浮力對(duì)地下室底板結(jié)構(gòu)的作用

1.2水浮力對(duì)地上建筑結(jié)構(gòu)的影響

以上內(nèi)容敘述的水浮力對(duì)建筑地下室底板的作用的三種情況中，不論是哪一種情況，只要水浮力較大時(shí)，地下室底板都會(huì)由于受到水的浮力而產(chǎn)生相對(duì)較大的內(nèi)力。當(dāng)?shù)叵滤乃怀霈F(xiàn)下降時(shí)，水的浮力則會(huì)減小，相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)水浮力對(duì)地上建筑結(jié)構(gòu)的減負(fù)。與此同時(shí)，地下水浮力對(duì)建筑地下室的結(jié)構(gòu)安全也有著非常大的影響，通常會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂、結(jié)構(gòu)隆起，以及結(jié)構(gòu)變形等情況的發(fā)生。從理論上來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)叵滤惠^低、地下室較深，且地上建筑層數(shù)不多時(shí)，高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)將不能夠抵抗地下水浮力，因而需要對(duì)地下室結(jié)構(gòu)、尤其是自承重底板結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。

2　地下室底板抗浮錨桿的施工重點(diǎn)

在地下室底板抗浮錨桿的全面施工之前，工程建設(shè)方、施工方、設(shè)計(jì)方要先選擇三個(gè)錨桿進(jìn)行試驗(yàn)，把通過(guò)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)調(diào)整與施工指導(dǎo)的重要依據(jù)。根據(jù)工程的現(xiàn)場(chǎng)施工情況，試驗(yàn)應(yīng)選擇在鉆探孔的邊緣，而且選擇的位置的殘積土層要比較厚。在進(jìn)行錨桿極限抗拔試驗(yàn)時(shí)，最好選擇設(shè)計(jì)特征值的兩倍，如果操作正確，試驗(yàn)結(jié)果則會(huì)顯示出穩(wěn)定的錨桿頭位移，而且不會(huì)有破壞現(xiàn)象出現(xiàn)，能夠滿足各項(xiàng)要求。

在地下室底板鉆孔施工之前，要先把對(duì)中支架調(diào)整好，使用均勻的保護(hù)層確保握裹體的完整性。在鉆進(jìn)時(shí)，泥漿的性能會(huì)隨著鉆孔的變化而變化，工作人員要能夠確保泥漿性能調(diào)整的及時(shí)性與有效性，進(jìn)而為鉆進(jìn)的正常進(jìn)行提供保證。

抗浮錨桿要在注漿之前放進(jìn)去，插孔深度要大于或者等于錨桿長(zhǎng)的95%。同時(shí)，要避免桿體損傷與油漬外濺，不能出現(xiàn)彎曲或者出現(xiàn)扭壓，如果需要連接則采用機(jī)械連接法。在進(jìn)行注漿時(shí)，要自上而下灌注。

3　泉州東海濱城一期U地塊地下室底板抗浮錨桿的設(shè)計(jì)及底板比較設(shè)計(jì)

3.1工程概況

泉州東海濱城一期U地塊工程主樓有2幢32層和2幢39層的高層建筑，裙樓3層，建筑物的使用功能為商住，設(shè)整體兩層地下室，地下室范圍外擴(kuò)于主樓和裙樓邊界外，四樓共用二層地下室。該建筑主樓與附屬樓的結(jié)構(gòu)形式不同，主樓采用鋼筋混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)，附樓采用鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，此建筑工程施工所在區(qū)域抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，所屬的設(shè)計(jì)地震分組為第三組。根據(jù)設(shè)計(jì)地震分組及場(chǎng)地類別，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）5.1.4條確定場(chǎng)地特征周期0.45s?；A(chǔ)設(shè)計(jì)的等級(jí)為甲級(jí)?；A(chǔ)持力層選擇在中風(fēng)化花崗巖⑨（含中風(fēng)化輝綠巖⑨1），主樓與裙樓和純地下室相連，裙樓和純地下室部位的基礎(chǔ)持力層宜同主樓。經(jīng)過(guò)工程設(shè)計(jì)方與施工方的共同研究，此工程采用鋼筋混凝土的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)及墻下條形基礎(chǔ)進(jìn)行基礎(chǔ)工程的施工，工程設(shè)計(jì)方在設(shè)計(jì)地下室底板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)用抗浮錨桿。

3.2地下室底板設(shè)置抗浮錨桿后的實(shí)際效果

3.2.1明確布置方案

抗浮錨桿與一般基礎(chǔ)樁不同，自身特有性能明顯。在進(jìn)行工程地下室底板的抗浮錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要將錨桿的剛度、柱距考慮到，而且也要將地下水的浮力、地下室底板的厚度考慮其中。地下室底板的抗浮錨桿布置成矩形的網(wǎng)狀，能夠承擔(dān)凈浮力。

3.2.2抗浮錨桿取值

根據(jù)建筑基礎(chǔ)施工的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及《結(jié)構(gòu)技術(shù)措施2009——地基與基礎(chǔ)》本工程錨桿鋼筋為φ32。裙房部分有3448根，主樓下859根。單根錨桿抗拔承載力特征值為153kN，錨桿施工前應(yīng)進(jìn)行抗拔承載力試驗(yàn)。施工后應(yīng)進(jìn)行抗拔承載力檢測(cè)，具體數(shù)量不得少于錨桿總數(shù)的3%，且不少于5根。錨桿具體做法詳錨桿大樣圖如圖2。

圖2　錨桿大樣圖

3.2.3地下室底板比較

在此工程中由于地下室底板下土層為中風(fēng)化花崗巖及中風(fēng)化輝綠巖，如按不設(shè)置抗拔錨桿針對(duì)底板進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，板厚均不小于800mm，按800mm厚取值計(jì)算結(jié)果為柱上板帶最大負(fù)彎矩為416kN·m/m，配φ18@200通長(zhǎng)附加φ20@200，最大裂縫為0.186mm，跨中板帶最大負(fù)彎矩為163kN·m/m，配φ18@200，最大裂縫為0.162mm。不僅板厚截面大增加了施工開挖巖石的難度，配筋也隨之加大；實(shí)際設(shè)計(jì)中就采用了在柱下基礎(chǔ)范圍外的底板內(nèi)加設(shè)抗拔錨桿以抵消水浮力的作用，在合理計(jì)算設(shè)置抗拔錨桿后底板的厚度降為主體下為板厚600mm，裙房下圍450板厚，取相同位置的配筋進(jìn)行比較為柱上板帶最大負(fù)彎矩為73kN·m/m，配φ14@170通長(zhǎng)附加φ14@170，最大裂縫為0.165mm，跨中板帶最大負(fù)彎矩為26kN·m/m，配φ14@170，最大裂縫為0.026mm。兩種做法對(duì)比明顯，既減少土方量又降低了混凝土量和用鋼量，提高了施工效率。

3.2.4抗浮錨桿布置

此工程地下室底板設(shè)計(jì)的抗浮錨桿?？垢″^桿是建筑基礎(chǔ)工程地下室底板下形成的，錨桿直徑為110mm，長(zhǎng)度為1.95m。此工程地下室底板的抗浮錨桿每根單根錨桿抗拔承載力特征值為153kN，為能充分地利用錨桿降低底板承受水浮力的作用，使底板絕大部分在滿足構(gòu)造配筋的前提下對(duì)錨桿分主體和裙房做了不同的布置，具體詳見圖3～4。

4　地下室抗浮錨桿施工應(yīng)該注意的問(wèn)題

圖3　裙房下錨桿布置圖

圖4　主樓下錨桿布置圖

抗浮錨桿的材料有很多種，諸如熱軋帶肋鋼筋、高強(qiáng)鋼筋組，以及預(yù)應(yīng)力鋼筋組等，這些材料的構(gòu)成、直徑，以及級(jí)別都有區(qū)別，各不相同。因此，抗浮錨桿的上端錨固最好使用機(jī)械進(jìn)行錨固，應(yīng)該經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)工作人員經(jīng)過(guò)詳細(xì)、準(zhǔn)確的計(jì)算來(lái)確定。在工程施工過(guò)程中，即使是單根鋼筋的使用，也會(huì)在設(shè)計(jì)圖上明確標(biāo)出，這些是施工單位不能夠自己確定的。在進(jìn)行抗浮錨桿施工之前，施工人員要先對(duì)錨桿進(jìn)行除銹，然后再人工安放。工作人員首次注漿時(shí)，要注滿孔，保證1.2以上的充盈系數(shù)，達(dá)到大于25mm以上的砂漿保護(hù)厚度。按照相關(guān)規(guī)定，如果是永久性的錨桿，則需要加強(qiáng)防銹處理與防腐處理。注漿時(shí)用的水泥材料，其不能使用比P42.5小標(biāo)號(hào)的，水泥砂漿不能夠低于30MPa的強(qiáng)度，使用的水要是清水，切不可使用污水。在錨桿與筏板連接的地方，要通過(guò)焊接處理，錨筋插放時(shí)，要盡可能長(zhǎng)開料。假如出現(xiàn)了必須接駁的情況，則要使用機(jī)械來(lái)連接。除此之外，在建筑工程中進(jìn)行抗浮錨桿防水施工時(shí)，要首先清理干凈抗浮錨桿頭，其次要做好錨桿鋼筋的防水工作。

5　總結(jié)

抗浮錨桿不僅造價(jià)低、施工便捷，而且能夠有效解決建筑物的抗浮問(wèn)題同時(shí)可減少地下室底板的投入，在實(shí)際建筑工程中的使用越來(lái)越廣泛。但是，由于抗浮錨桿是近年來(lái)新出現(xiàn)的施工工藝，盡管其防水性與耐久性得到了工程建設(shè)部門的高度認(rèn)可，但是國(guó)家并沒有制定出統(tǒng)一的規(guī)范，缺乏國(guó)標(biāo)圖集的匯集與整理。要想為抗浮錨桿提供安全保障，不僅需要建筑施工單位具有較高的技術(shù)水平，能夠按照施工工序嚴(yán)格施工，而且需要建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方的全面合作與共同努力，同時(shí)要對(duì)當(dāng)?shù)乜垢″^桿應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行借鑒。只有這樣，才能為抗浮錨桿的使用提供有力的保障，促進(jìn)工程建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]袁鵬博.巖土地質(zhì)抗浮錨桿的試驗(yàn)研究與理論分析[D].青島理工大學(xué)，2013.

[2]陳棠茵.深圳市抗浮錨桿試驗(yàn)應(yīng)力-變形性狀研究及極限承載力的確定[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2003.

[3]夏冬冬，馬立東，賈鵬，等.德陽(yáng)市某三層地下室抗浮錨桿的設(shè)計(jì)與施工論述[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（35）.

[4]謝曙.抗浮錨桿與高層建筑地下室底板共同作用的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].華南理工大學(xué)，2005.

[5]徐向速.海坦山城市廣場(chǎng)工程抗浮錨桿的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，2008.

TU943

A

1673-0038（2015）07-0011-02

2015-1-9

楊俊杰（1969-），男，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。