某地下室中抗浮錨桿的應(yīng)用及分析

王國鵬 祁振東 張東方

摘要：隨著城市化進(jìn)程加快，建筑空間不斷向地下發(fā)展和延伸。在一些抗浮水位較高的地區(qū)，水浮力可能引起地下室底板隆起開裂、建筑物整體上浮、梁柱及墻體開裂，甚至將樁體拉斷，嚴(yán)重影響建筑物安全和使用。工程中一般采用堆載加固、抗浮錨桿或抗浮樁、浮力消除等方法進(jìn)行抗浮設(shè)計。由于施工簡單、布置靈活、受力合理、造價低廉等特點(diǎn)，抗浮錨桿越來越多地應(yīng)用在工程中。本文通過某醫(yī)院工程實(shí)例，詳細(xì)闡述抗浮錨桿的設(shè)計與施工，為類似地下室抗浮設(shè)計提供參考。

Abstract： With the acceleration of urbanization， building space develops and extend underground. In some areas， where anti-floating water level is high， Water pressure may cause that the basement floor ruptures and cracks， the whole building floats up， the beams， columns and the wall cracks， and even the pile body is broken， which seriously affect the safety and use of the building. In engineering applications， anti-floating design is generally carried out by means of stacking reinforcement， anti-floating anchors or anti-floating piles， and buoyancy elimination. Anti-floating anchor has been applicated in more and more projects for its characteristics of simple construction， flexible layout， reasonable force and low cost. The paper elaborates on the design and construction of anti-floating anchors and provides reference in anti-floating design of similar engineering basement， through a hospital engineering example.

關(guān)鍵詞：抗浮錨桿;土參數(shù);抗拔;施工工藝;沉降監(jiān)測

Key words： anti-floating anchor;soil parameters;pullout;construction technology;settlement monitoring

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）17-0108-03

0? 引言

近年來建筑空間不斷向下延伸，導(dǎo)致地下室底板標(biāo)高遠(yuǎn)低于地下水位。水浮力往往造成地下室底板隆起開裂、建筑物整體上浮，甚至引起樁體受拉斷裂。以往工程中常采用地下室堆載和抗浮樁設(shè)計方法，但存在以下問題：堆載適用于上部荷載、基礎(chǔ)自重與浮力相差不大的情況;抗浮樁受力集中，容易引起地下室底板開裂，如果布置不當(dāng)可能引起結(jié)構(gòu)傾斜。相比于堆載和抗浮樁，抗浮錨桿施工工藝簡單、造價低廉，能夠均勻布置以減小底板內(nèi)力和變形，因此大量運(yùn)用在實(shí)際工程中[1]。本文對某工程上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)進(jìn)行有限元建模，分析結(jié)構(gòu)整體抗浮承載力、底板應(yīng)力及變形，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)是否滿足抗浮設(shè)計，并總結(jié)抗浮錨桿施工工藝及流程，為相似條件下的抗浮錨桿設(shè)計、施工提供參考。

1? 工程概況

項(xiàng)目位于彌渡縣縣城北，北至彌川大道，東側(cè)和南側(cè)與杜營廉租房相鄰，西側(cè)為一空地。結(jié)構(gòu)上部四層（局部五層），長509m、寬45.0m;地下室為兩層，長65.4m、寬45.0m;總建筑高度22.30m，地下部分負(fù)一層4.5m、負(fù)二層3.6m。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級乙級，基礎(chǔ)環(huán)境類別二 （a）類，主體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏板+抗浮錨桿形式。室內(nèi)正負(fù)零標(biāo)高對應(yīng)1676.2m。

擬建場地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙型潛水。主要賦存于②1層圓礫、④層卵石層中;以②層粘土、③層粘土層、⑤層粘土層為相對隔水頂?shù)装?。?jù)調(diào)查多年來水文資料顯示，場地水文年變化幅度一般在0.5-1.5m之間，變幅較小?？垢∷粸?674.0m，地下室底板標(biāo)高-8.8m，因此水位差為6.6m。采用盈建科1.8.3版本[2]對上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)建模如圖1所示。

2? 土參數(shù)及水文地質(zhì)條件

依據(jù)鉆探揭露深度內(nèi)地層為第四系人工填土 （Q4ml）及和第四系沖湖積層 （Q4al+l），現(xiàn)分述如下：

2.1 人工填土 （Q4ml）

①雜填土：褐紅、褐灰，主要由碎石、礫砂、粘性土、少量建筑垃圾及碎塊石土組成，塊石塊徑大，10-50cm，稍濕-濕、結(jié)構(gòu)松散，欠壓實(shí);層厚2.2～6.3m，平均厚度4.25m，整個場地均有分布;

2.2 第四系全新統(tǒng)沖湖積 （Q4al+l）層

②粘土：褐灰色，稍濕、可塑，部分硬塑，含有少量砂粒，局部含角礫。層頂埋深2.2～6.3m，層厚5.8～15.9m，平均厚度10.35m，整個場地均有分布，承載力特征值fak=140kPa;②1圓礫：褐黃、褐灰、灰蘭色，飽和，稍密，圓礫粒徑一般0.3～1.5cm;礫石主要母巖成分為中～強(qiáng)風(fēng)化的砂巖。層頂埋深13.2～16.5m，層厚0.8～1.6m，平均厚度1.28m，承載力特征值fak=320kPa;③粘土：灰蘭、蘭青、褐灰色;稍濕，可-硬塑;稍有光澤，干強(qiáng)度、韌性中等。頂板埋深12.3～21.5m，揭露厚度2.0～14.0m，揭露平均厚度7.72m，場地內(nèi)均有分布。承載力特征值fak=160kPa。④卵石：褐黃、褐灰、蘭灰-灰綠色，飽和，稍-中密，粒徑一般2～5cm，含量約55～65%。層頂埋深17.8～29.3m，層厚3.2～7.1m，平均厚度4.71m，埋深相對深，承載力特征值fak=350kPa;⑤粘土：蘭灰、灰綠、褐灰色;稍濕-濕，可-硬塑，局部見少量圓礫和卵石;粘性較強(qiáng)，干強(qiáng)度、韌性中等。頂板埋深21.5～34.5m，本次勘察未揭穿，承載力特征值fak=220kPa。項(xiàng)目巖土工程勘察報告中基坑支護(hù)影響范圍內(nèi)各土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按表1取用。

3? 抗浮錨桿設(shè)計

本工程的錨桿為永久性抗拔錨桿，共計142根。錨桿的抗拔承載力特征值為150kN，錨桿成孔直徑Φ168，錨筋為20（HRB400級鋼）。自底板墊層底起算，錨桿進(jìn)入粘土層的深度不小于15m;如錨桿周邊1m范圍內(nèi)墊層有高差（如集水井等），則以標(biāo)高較低處起算。

根據(jù)地下室底板凈浮力分布情況和結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，以減小底板彎曲應(yīng)力為原則，在整個底板上小間距、均勻布置抗浮錨桿。由于基礎(chǔ)柱處基底反力較大，可減少抗浮錨桿布置;基礎(chǔ)布置中1～4縱軸、A～C水平軸區(qū)域無上部結(jié)構(gòu)，應(yīng)加大抗浮錨桿布置。錨桿大體上呈矩形布置，間距1.7～3.0m。該布置有效減小底板負(fù)彎矩，又可降低因個別錨桿失效而造成局部破壞，基礎(chǔ)模型如圖2。

將相應(yīng)設(shè)計參數(shù)和地質(zhì)資料錄入軟件，并根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2012[3]組合相應(yīng)荷載作用驗(yàn)算基礎(chǔ)承載力、整體抗浮，并對基礎(chǔ)底板進(jìn)行配筋。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011[4]和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010[5]，驗(yàn)算非地震組合和地震組合下的地基承載力（表2）：

筏板區(qū)域（總面積2861平米）自重及壓重之和190778Gk（kN），樁抗拔承載力之和19600PFk（kN），浮力作用值185478kN。

（Gk+PFk）/Nw，k=1.13<1.05，滿足基礎(chǔ)整體抗浮設(shè)計要求。

在基礎(chǔ)柱區(qū)域，底板局部負(fù)彎矩較大;在抗浮錨桿作用下底板整體X、Y向彎矩較為平均，對應(yīng)底板配筋面積可減少。

4? 錨桿參數(shù)及施工工藝

4.1 施工工藝流程

①放點(diǎn)定位：先確定施工圖軸線，然后根據(jù)設(shè)計圖紙用鋼卷尺放出每根錨桿的具體位置，誤差不大于100mm。②錨桿制作：桿體組裝應(yīng)按設(shè)計圖所示的形狀、尺寸和構(gòu)造要求進(jìn)行組裝，各條錨筋應(yīng)相互平行順直，下料長度誤差不大于50mm[6]，鋼筋連接采用機(jī)械連接在錨桿內(nèi)部預(yù)埋第一次及第二次注漿管注漿PE管距離桿體底部不大于20cm第二次注漿管全長2/3范圍內(nèi)打孔并用膠帶密封防止一次注漿灌入二次注漿管內(nèi)。③成孔：鉆孔應(yīng)按設(shè)計圖所示位置、孔徑、長度和方向進(jìn)行，并保持直線和設(shè)定的方位。錨孔垂直度偏差小于1%。成孔深度應(yīng)比錨固長度深至少深50mm。施工過程中按成孔深度為15.5m進(jìn)行控制。施工時應(yīng)對照巖土工程勘探報告，嚴(yán)格控制好入巖深度。④清孔：成孔過程中，泥土隨鉆進(jìn)過程洗出，當(dāng)?shù)筋A(yù)定孔深后，繼續(xù)送水清理孔底泥渣。清孔完成后迅速拔出鉆桿，安放錨桿桿體。對于濕式鉆孔作業(yè)直至清水流出清孔結(jié)束。⑤下桿體：本次施工為全套管跟進(jìn)法。下桿體前應(yīng)檢查桿體完整性，用汽車吊沿鉆桿側(cè)壁緩緩送入孔內(nèi)，并用短鋼筋懸掛使其居中并嚴(yán)格控制鋼筋外露長度。⑥注漿：注漿管放置于桿體中心，隨桿體一同放入孔中，注漿管端部距桿體端部宜為100-200mm。二次注漿管的出漿孔及端頭應(yīng)密封，保證一次注漿時漿液不進(jìn)入二次注漿管內(nèi)。按0.5水灰比配置漿液，注漿泵機(jī)與第一次注漿管連接，開啟注漿泵注漿，水泥漿灌注量以流出的水泥漿液不含泥漿為準(zhǔn)。⑦拔鉆桿，注漿完成后拔出鉆桿，拔鉆桿過程中嚴(yán)禁鉆桿在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，盡量不擾動錨桿及孔四周土體為宜。⑧補(bǔ)槳，鉆桿拔出后補(bǔ)充水泥漿，兩次使用水泥漿量不小于理論體積的100%，且流出水泥漿液不含泥漿為準(zhǔn)。⑨灌注C30混凝土，利用漏斗往孔內(nèi)灌注制拌合格的細(xì)石混凝土。⑩二次高壓注漿，待桿體混凝土初凝完成后進(jìn)行二次高壓注漿注漿壓力不小于3.5MPa，注漿量不小于90kg/m，以從附近圖層裂縫中擠出為宜。{11}養(yǎng)護(hù)：在養(yǎng)護(hù)期間不得碰撞錨桿。當(dāng)孔內(nèi)混凝土發(fā)生塌陷或收縮較大時應(yīng)在孔口及時補(bǔ)灌相同強(qiáng)度的細(xì)石混凝土。完成注漿后28d內(nèi)不得施工。

4.2 質(zhì)量檢測及底板變形檢測

錨固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度方可進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)。錨桿的最大試驗(yàn)荷載為300kN，抗拔試驗(yàn)的數(shù)量為總錨桿數(shù)的5%，且不應(yīng)少于5根。

試驗(yàn)采取分級加載法，荷載分8級，采用鋼板錨固錨桿頂部，由千斤頂加載，有壓表測定油壓，根據(jù)率定曲線換算荷載，百分表測定上拔量。試驗(yàn)儀表的設(shè)置方式、試驗(yàn)過程中上拔量的測讀程序、穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)極限荷載判定及取值均按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）執(zhí)行。每30條錨桿應(yīng)制作一組漿體試塊，每組6個，抗浮錨桿抗拔試驗(yàn)結(jié)果如表3。

本項(xiàng)目將抗浮錨桿與主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測相結(jié)合，前兩次監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4。

監(jiān)測結(jié)果顯示，主體結(jié)構(gòu)在上部荷載作用下有少量沉降，隨著時間推移沉降量減少，說明地下室整體抗浮設(shè)計滿足規(guī)范要求。由于監(jiān)測期間未有大的降水，地下水浮力影響較小，后期地下水位急劇變化時應(yīng)及時測定。

5? 結(jié)論

抗浮錨桿因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性和靈活性在結(jié)構(gòu)抗浮中運(yùn)用越來越多。當(dāng)抗浮力和建筑自重相差較大時，采用抗浮錨桿可有效降低基礎(chǔ)底板彎矩，減少底部配筋。在工程應(yīng)用中應(yīng)注重抗浮錨桿錨孔、錨桿制作工藝和后期檢測。本文總結(jié)了某工程實(shí)例中抗浮錨桿設(shè)計、施工及后期檢測，提出了適宜操作的施工工藝，為今后類似工程做參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]周宗道.錨桿在地下室抗浮加固中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2002（04）：18-20，23.

[2]北京盈建科軟件股份有限公司.基礎(chǔ)設(shè)計軟件YJK-F用戶手冊及技術(shù)條件，2015，06.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建.筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2011）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[6]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).抗浮錨桿技術(shù)規(guī)程（YB/T4659-2018）.2018：中國計劃出版社.

作者簡介：王國鵬（1989-），男，云南昭通人，總工程師，工程師，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理;祁振東（1978-），男，云南昆明人，副總工程師，工程師，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理;張東方（1992-），男，河南項(xiàng)城人，規(guī)劃設(shè)計員，助理工程師，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理。