某建筑地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計分析

張楊芳

（北京維拓時代建筑設(shè)計股份有限公司太原分公司，山西太原 030000）

1 工程概況

某項目由41棟建筑組成，包括產(chǎn)業(yè)研發(fā)辦公樓35棟，配套商業(yè)6棟。該項目總建筑面積1334825m2。該項目為地下三層，局部四層，地下四層為設(shè)備用房及車庫，地下二、三層為設(shè)備房及地下車庫，地下一層為商業(yè)且局部下沉廣場。由于地下水位較高，設(shè)計時，無上部建筑部位采用抗浮錨桿。

2 地質(zhì)情況

2.1 土層

第①素填土：層厚2.10～9.70m。

第②層細砂：層厚2.40～12.20m，層底標高2.73～11.27m。

第③層中砂：層厚2.60～6.90m，層底標高-3.17～3.51m。

第③1層粉質(zhì)黏土：層厚1.50～5.50m，層底標高0.13～7.97m。

第④層粉質(zhì)黏土：層厚3.30～8.50m，層底標高-8.67～-2.49m。

2.2 設(shè)防水位

穩(wěn)定地下水位埋深為5.60～10.90m，高程13.44～14.21m，本場地近3～5年最高地下水位埋深2.0m左右，本工程抗浮設(shè)防水位絕對高程可按18.5m考慮。

3 抗浮設(shè)計

3.1 抗浮分析

3.1.1 基礎(chǔ)形式及底標高

考慮到本工程水位高，地下室底標高為7.25m（局部4.05m）若采用獨基+防水板，防水板只用來傳遞地下室地面荷載和平衡浮力，防水板厚度一般為250mm，且柱與防水板連接處容易漏水，致使柱腳破壞，若采用筏板+下柱墩，筏板基礎(chǔ)無論在豎向向下、向上的荷載作用，均具有相互傳遞或轉(zhuǎn)移的性能，與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用對結(jié)構(gòu)荷載較小區(qū)域的浮力有一定的分擔作用，因此從經(jīng)濟性及施工過程中降水問題的實用性綜合分析，基礎(chǔ)形式采用筏板+下柱墩。

3.1.2 抗浮等級

根據(jù)《建筑工程抗浮設(shè)計技術(shù)標準》，多層地下室、埋深較大，抗浮等級為甲級。

3.1.3 抗浮采取方式

抗浮設(shè)防水位18.5m，正負零23.1m，16.55層高，覆土2.5m，筏板厚0.5m，基底標高3.55m，上部荷載（地庫頂梁板+柱自重+基礎(chǔ)自重+覆土）與水浮力比值小于1.05（施工期抗浮安全系數(shù)）。考慮到地基承載力滿足要求，但抗浮不穩(wěn)定，所以采用抗浮設(shè)計，針對實際情況，提出兩種方案：①增加配重，若增加結(jié)構(gòu)自重的方法（改變梁、板、柱的面積及厚度），會造成結(jié)構(gòu)空間損失，若增加地下室底板配重會加深埋深，進一步涉及基坑開挖、邊坡支護、施工降水問題，且增加水浮力抵消上部荷載起不到有效的抗浮目的，因此增加配重的方式不經(jīng)濟；②在筏板加下柱墩的基礎(chǔ)下設(shè)置抗浮錨桿，筏板加下柱墩在一定程度上，不僅滿足了防水板的要求、增加配重，還對錨桿的間距或長度有很大的改善。

3.2 抗浮錨桿設(shè)計

3.2.1 錨固體材料

水泥是決定抗浮構(gòu)件防腐性能的最主要因素，應根據(jù)土、水對混凝土及鋼筋的腐蝕性選用不同種類的水泥，可采用水泥漿、水泥砂漿和細石混凝土。水泥漿漿強度不宜低于30MPa，水泥強度較高時漿體干縮較大，對耐久性不利，故不宜太高。錨桿材料：采用HRB400級鋼筋。

3.2.2 錨桿的布置、間距及錨桿拉力計算

抗浮錨桿的布置決定著地下結(jié)構(gòu)底板的受力狀態(tài)和抗浮作用的貢獻。

根據(jù)底板的配筋合理情況布置錨桿→計算錨桿拉力設(shè)計值→確定錨桿直徑、長度→計算錨桿配筋→復核錨桿長度→返回模型復核驗算。

（1）集中布置，即抗浮樁集中布設(shè)在墻柱下及其周圍，其優(yōu)點是可利用柱下及墻下基礎(chǔ)較高承載力傳遞荷載，基礎(chǔ)錨固可靠，受力路徑簡單，在整體抗浮穩(wěn)定性滿足要求的情況下，可考慮抗壓工況的承載力要求，在整體抗浮穩(wěn)定性應滿足要求；此時，基礎(chǔ)底板柱間跨中區(qū)域浮力需靠結(jié)構(gòu)底板傳遞，底板受力及局部彎曲較大，造成底板厚度加大，適合地下水浮力不大、抗浮樁數(shù)量少的情況，特別是有抗壓要求的情況。對于抗浮錨桿而言，由于剛度小及單向受拉的特點，一般不宜采用這種布置模式。

（2）分布式布置，即均勻布置抗浮錨桿，或布置在墻柱之間。其優(yōu)點是可以根據(jù)地下結(jié)構(gòu)底板上部荷載的不均勻分布與浮力的平衡關(guān)系，利用抗浮錨桿進行荷載合理平衡，達到整體抗浮穩(wěn)定要求，并使底板受力更小和更為均勻，變形及裂縫控制更為理想。

（3）整體抗浮計算間距。

總的水浮力設(shè)計值－底板及上部結(jié)構(gòu)自重標準值/單根錨桿設(shè)計值＝所需錨桿根數(shù)

抗拔錨桿布置示意圖如圖1所示。

圖1 抗拔錨桿布置

本工程最終采用分布式布置，間距為2.8m。

（4）確定錨桿。

水浮力：（18.5-3.55）×10=149.5kN

結(jié)構(gòu)自重組成如下：

地庫頂梁板及柱自重：5.5×3+14=30.5kN/m2

基礎(chǔ)自重：0.5×25=12.5kN/m2

覆土：2.5×16=40kN/m2，合計83。

單根錨桿承載力標準值：（149.5-83）×8.4×8.4/25=187.7kN，取210kN。

此處盈建科軟件讀取錨桿最大拉力標準值為241kN，取250計算。

3.2.3 錨桿長度計算

錨桿鋼筋的截面面積：Kt=K=2，fy=435

As≥Kt×Nt/fy=2Nt/fy=2×250/435=1150mm2，取3根25，實配1476mm2

錨桿錨固長度計算：D=200mm

La≥K×Nt/3.14D×qsia=2Nt/fy=2×250/3.14×200×65=12.3m，取13m。

3.3 特殊部位抗浮處理（坡道、下沉廣場）

局部抗浮不足的部位只能利用軟件分塊計算、獨立考慮，接近于手算校核，但是不能考慮周圍結(jié)構(gòu)對抗浮的有利作用。

抗浮設(shè)防水位18.5m，正負零23.2，5.4+3.7+3.7+3.7=16.5層高，覆土1.0m，筏板厚0.5m，基底標高3.8m。

水浮力：（18.5-3.6）×10=149kN

結(jié)構(gòu)自重組成如下：

地庫頂梁板及柱自重：5.5+5.5+16=27kN/m2

基礎(chǔ)自重：0.5×25=12.5kN/m2

覆土：1.0m×16=16kN/m2，合計55.5

單根錨桿承載力標準值：（149-58.5）×8.4×8.4/25=255kN，取310kN。

此處盈建科軟件讀取錨桿最大拉力標準值為330kN，取330計算。

錨桿鋼筋的截面面積：Kt=K=2，fy=435

As≥Kt×Nt/fy=2Nt/fy=2×330/435=1517mm2

取4根22，實配1521mm2。

錨桿錨固長度計算：D=250mm

La≥K×Nt/3.14D×qsia=2Nt/fy=2×330/3.14×250×65=13m，取13.5m。

4 抗浮設(shè)計對基礎(chǔ)配筋的影響

水浮力較大時，設(shè)置抗浮錨桿，為有效的抗浮措施，同時，均勻布置錨桿，有效地減小筏板基礎(chǔ)底部彎矩和配筋，且底板受力均勻，彎矩及配筋較小。

5 抗浮設(shè)計注意的事項

（1）抗浮設(shè)計時不僅要關(guān)注結(jié)構(gòu)的整體抗浮穩(wěn)定驗算，對于局部埋深較深的部位，以及結(jié)構(gòu)自重較小的部位，尤其是上部結(jié)構(gòu)樓層缺層或者大范圍樓板開洞部位，更要仔細核算局部抗浮是否滿足，避免局部抗浮不足問題的出現(xiàn)。

（2）在地下水作用下，基礎(chǔ)底板構(gòu)件應具有足夠的強度和剛度，并應進行浮力作用下的抗彎抗剪抗沖切承載力驗算。

（3）施工過程中需要采取臨時降低地下水位措施時，設(shè)計說明中應明確說明施工過程中停止降水的時間要求，以免停止降水后水位過早上升，發(fā)生問題。

（4）沉降后澆帶一般會在停止降水以后封閉，因此底板及墻體的沉降后澆帶做法中應給出后澆帶加強層做法，以抵抗水壓力。

（5）當主樓與地下結(jié)構(gòu)或者裙房之間未設(shè)置結(jié)構(gòu)縫時，若地下結(jié)構(gòu)或者裙房由于抗浮不足需要設(shè)置抗拔樁，抗拔樁的支承作用會限制地下結(jié)構(gòu)或者裙房的沉降，從而加大主樓與地下結(jié)構(gòu)及裙房間的沉降差，因此沉降后澆帶的封閉時間應該嚴格要求。

6 結(jié)語

工程設(shè)計中，抗浮錨桿有其自身的獨特性，除了能平衡地下水浮力作用外，還可起到加固地基的作用，從而減小地基變形及不均勻沉降?？垢″^桿作為小型的受拉構(gòu)件，在許多抵抗水浮力的方法中，其擁有工藝簡單、施工方便、抗拔承載力較高等眾多優(yōu)點，希望建筑行業(yè)廣泛應用。