抗浮锚索在地下室加固中的应用及计算分析

王雷

（山西省第二建筑设计院 山西长治 046000）

近些年来，随着城市建设的快速发展，城市用地问题显得日益紧张，如何有效解决利用显得尤为重要。除了提升建筑物高度充分利用上层空间外，大量带有地下室的高层建筑物、地下车库、下沉式广场以及地铁、地下商场等对地下空间的利用也在不断向深度方向发展。地下建筑物、构筑物的大量出现使得地下建筑的抗浮问题变得越来越突出。尤其是在地下水水位较浅且含量丰富的南方地区，由地下水水浮力所造成的建筑物、构筑物上部结构发生倾斜、倒塌的事故屡屡出现。

当建筑物的荷重不足以抵抗地下室所受的浮力或地下室局部受力单元的垂直荷重不足于抵抗浮力时，就必须采取抗浮加固技术措施。目前我国很多地下工程都在用抗浮锚杆来抵抗地下水浮力。抗浮锚杆是地下室抗浮设计中较为常见的技术措施，尤其在加固工程中采用预应力锚索，可以对钢绞线施加预应力，防止二次变形。根据以往施工完成的工程经验来看，加固效果明显，经济效益显著。本文将以某上浮的地下室为例，介绍预应力锚索在地下室抗浮加固中的应用方法，对其进行抗浮验算。

1 工程概况

某工程所在城市夏季多雨，地面以上建有多栋高层住宅，地下一层连成一片，局部设计成大面积纯地下室结构，纯地下室周围又有多栋多层建筑。地下室为公共停车场，基础形式为桩筏基础。地下室顶面有1.25m覆土，顶板厚160mm，底板厚400mm，该项目现已投入使用。2015年6月该市突降大暴雨，该地下室局部区域底板发生隆起现象，且梁柱节点及柱底混凝土均有开裂。如图1所示。

2 事故原因分析

据悉，建设方于2015年8月委托某建设工程质量安全监督检测单位对该地下室区域的混凝土结构进行了实体检测，检测结果显示该区域混凝土强度及钢筋配置基本符合设计要求。根据现场勘察结果，判定本次事故是由于暴雨天气突然大量降水导致地下水位明显升高，该区域抗浮承载力不足引起的。目前地下室存在的主要问题如下：

图1 地下室现场图片

（1）部分柱由于地板隆起导致倾斜，且梁柱节点和柱底部出现开裂。

（2）地下室底板隆起且渗水严重，预计存在大量的裂缝。

（3）地下室顶板局部存在开裂及渗水现象。

3 地下室抗浮验算

3.1 荷载取值

3.1.1 地下水设防水位的确定

根据《地勘报告》，地下水设防水位建议值的相对标高为-2.65m。然而根据工程经验，若地下水位处于该标高高度，一般不会发生如本工程出现的地下室出现明显隆起、框架柱倾斜严重的情况。当该建筑物处于雨季高峰期时，地下水位可能高于设防水位建议值，因此建议按地下室处室外地坪即-1.850m标高考虑设防水位。

3.1.2 其他荷载

本次计算仅针对水浮力工况参与的组合进行计算，不考虑风荷载以及地震作用，地下室底板附加恒载取值1.5kN/m2（由委托方提供），上部覆土重度取为16kN/m3，厚度为1.25m。

3.2 验算结果

根据地下室现场破坏情况显示，破坏严重区域地下室底板隆起明显，初步判定与该块底板相连的原PHC预应力管桩也随之发生了向上滑动甚至发生断桩，由于PHC预应力管桩的现状不明，因此本加固设计不考虑原PHC预应力管桩抗拔承载力。基于以上两点的考虑，恒载作用下柱底内力标准值小于水浮力设计值，因此地下室该区域局部抗浮不满足设计要求。

4 加固设计方案

结合上述计算结果及我现场勘查结果，该地下室该区域存在以下问题：

（1）地下室局部抗浮不满足设计要求。

（2）部分柱由于底板隆起导致倾斜，且梁柱节点和柱底部出现开裂。

（3）地下室底板隆起且渗水严重，预计存在大量的裂缝。

（4）地下室顶板局部存在开裂及渗水现象。

针对上述问题，本工程采取下述加固方法进行加固设计：

（1）对局部抗浮不满足设计的情况采用框架柱底新增预应力抗浮锚索与底板新增叠合层组合的方法进行加固。

（2）对由于底板隆起导致倾斜且梁柱节点和柱底部出现开裂的框架柱采用增大截面法加固，同时可以修正柱倾斜现象并对梁柱节点及柱底开裂进行修复加固。

（3）对于出现裂缝的地下室底板采用化学灌浆处理。

（4）对于出现裂缝的地下室顶板采用化学灌浆处理，并沿裂缝垂直方向粘贴碳纤维布。

5 加固验算

根据加固内容，本工程需对预应力锚索抗拉承载力、锚索面积以及锚索长度进行计算确定，并对加固后地下室底板抗冲切进行验算。

5.1 新增抗浮锚索

新增锚索抗浮力计算考虑地下室底板新增叠合层自重的有利影响。经计算，本次设计按每个柱底设置4根预应力抗浮锚索考虑，即每个锚索抗浮力为300kN。

5.1.1 抗浮锚索截面积计算

根据《岩石锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）7.4.1条计算，预应力抗浮锚索采用3φ15.2高强度低松驰钢绞线，钢绞线强度为1860MPa，钻孔直径不小于150mm。

5.1.2 抗浮锚索长度计算

以新增预应力锚索MS1长度计算为例，根据《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）、《广东省标准建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）以及委托方提供的《地勘报告》，以钻孔ZK120为例，ZK120在自由段以下地质情况见表1所示。

表1 ZK120锚索自由段以下地质情况表

经计算，锚固段长度为13m，锚索入土总深度为20.56m，综合其他钻孔点计算结果，锚索MS1长度暂定不低于24m，锚索入全风化及强风化花岗岩长度不得少于8m。

5.2 新增预应力抗浮锚索对底板冲切验算

根据《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）5.9.8条，增加150mm厚叠合层后，地下室底板满足抵抗预应力锚索冲切的设计要求。

6 结语

多层地下室水浮力较大，如果采用普通的桩基础，仅仅靠桩基础的摩擦力进行抗浮，往往造价大、工期长。而采用预应力锚索作为抗浮的技术措施，可以将水浮力通过高强钢绞线传递到岩层大地体中；且可以利用锚索后置施工的特点安排整个工程的先后施工顺序，对工程的施工建设起到较为积极的作用。本工程加固施工完成后，经长时间观测，沉降量较小，满足相应规范的要求，因此，实践证明抗浮锚索在此工程中得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和使用效果。

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