某工程地下室抗浮锚杆的设计分析

杨俊杰

（泉州市住宅建筑设计院　福建　泉州　362000）

某工程地下室抗浮锚杆的设计分析

杨俊杰

（泉州市住宅建筑设计院福建泉州362000）

随着建筑业的发展，地下空间的开发规模越来越大，不论是带有地下室的裙房，还是单建式的地下室，都呈现出越来越多的趋势，地下室的面积不断扩大，尤其是深度日益加深。一些建筑的地上层数少，地上结构的自重无法对地下水浮力进行有效的抵抗，地下室基础通过设计锚杆解决抗浮问题成为工程建设的一项重要施工措施。与抗拔桩相比，抗浮锚杆的造价低且施工便捷，在工程建设中的应用得到了相关部门的高度认可。本文就某工程地下室的抗浮锚杆设计进行了深入研究，以供同行业朋友相互参考借鉴。

地下室；自承重防水底板比较；抗浮锚杆；设计

当前，各地为了有效解决城市空间的不足，建筑物的基础埋置深度日益增加，地下停车库的建设遍布城市建设发展的每一个角落，因此基础抗浮力问题日益受到人们的重视。虽然，建筑地下室的建设引出了大量抗浮措施的应用，为工程建筑的造价、工期，以及施工方法等增加了一定的难度，但是地下室底板的抗浮设计已经发展成为工程设计的重要组成部分，不仅能够影响建筑结构的正常使用，而且成为提高建筑施工安全性的保证。

1　水浮力对地下室底板结构的作用与影响

1.1水浮力对地下室底板结构的作用

水浮力对建筑地下室底板结构的作用主要体现在安全性能上，即水浮力对地下室钢筋混凝土结构的作用。在地质报告中，最经常提出的两个水位是抗浮水位与设防水位。地下水浮力对于建筑地下室底板结构的作用一共有三种情况：第一种情况是筏板作为基础，地上建筑结构的重量基本持平，此时如果水浮力比地上建筑结构的重量大，地下室底板则呈现出如图1（a）的变形，图中标注的水位是抗浮水位；第二种情况是桩筏作为基础，地上建筑的结构重量基本持平，此时，地下室底板会受到向上的均布水浮力的作用，地下室底板呈现出如图1（b）的变形，与第一种情况的变形相同；第三种情况是桩筏作为塔楼基础，筏板为裙房基础，地上建筑结构的重量具有非常大的差别，此时塔楼的重量通常比水的浮力大，裙房具有相对较小的重量，所以基础上浮的情况可能会出现，如图1（c）所示。

图1　水浮力对地下室底板结构的作用

1.2水浮力对地上建筑结构的影响

以上内容叙述的水浮力对建筑地下室底板的作用的三种情况中，不论是哪一种情况，只要水浮力较大时，地下室底板都会由于受到水的浮力而产生相对较大的内力。当地下水的水位出现下降时，水的浮力则会减小，相应地实现水浮力对地上建筑结构的减负。与此同时，地下水浮力对建筑地下室的结构安全也有着非常大的影响，通常会导致结构破裂、结构隆起，以及结构变形等情况的发生。从理论上来说，当地下水位较低、地下室较深，且地上建筑层数不多时，高层建筑的地下室结构将不能够抵抗地下水浮力，因而需要对地下室结构、尤其是自承重底板结构进行科学的设计。

2　地下室底板抗浮锚杆的施工重点

在地下室底板抗浮锚杆的全面施工之前，工程建设方、施工方、设计方要先选择三个锚杆进行试验，把通过试验得到的数据作为设计调整与施工指导的重要依据。根据工程的现场施工情况，试验应选择在钻探孔的边缘，而且选择的位置的残积土层要比较厚。在进行锚杆极限抗拔试验时，最好选择设计特征值的两倍，如果操作正确，试验结果则会显示出稳定的锚杆头位移，而且不会有破坏现象出现，能够满足各项要求。

在地下室底板钻孔施工之前，要先把对中支架调整好，使用均匀的保护层确保握裹体的完整性。在钻进时，泥浆的性能会随着钻孔的变化而变化，工作人员要能够确保泥浆性能调整的及时性与有效性，进而为钻进的正常进行提供保证。

抗浮锚杆要在注浆之前放进去，插孔深度要大于或者等于锚杆长的95%。同时，要避免杆体损伤与油渍外溅，不能出现弯曲或者出现扭压，如果需要连接则采用机械连接法。在进行注浆时，要自上而下灌注。

3　泉州东海滨城一期U地块地下室底板抗浮锚杆的设计及底板比较设计

3.1工程概况

泉州东海滨城一期U地块工程主楼有2幢32层和2幢39层的高层建筑，裙楼3层，建筑物的使用功能为商住，设整体两层地下室，地下室范围外扩于主楼和裙楼边界外，四楼共用二层地下室。该建筑主楼与附属楼的结构形式不同，主楼采用钢筋混凝土剪力墙的结构，附楼采用钢筋混凝土框架的结构。同时，此建筑工程施工所在区域抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.15g，所属的设计地震分组为第三组。根据设计地震分组及场地类别，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）5.1.4条确定场地特征周期0.45s。基础设计的等级为甲级。基础持力层选择在中风化花岗岩⑨（含中风化辉绿岩⑨1），主楼与裙楼和纯地下室相连，裙楼和纯地下室部位的基础持力层宜同主楼。经过工程设计方与施工方的共同研究，此工程采用钢筋混凝土的柱下独立基础及墙下条形基础进行基础工程的施工，工程设计方在设计地下室底板结构时，应用抗浮锚杆。

3.2地下室底板设置抗浮锚杆后的实际效果

3.2.1明确布置方案

抗浮锚杆与一般基础桩不同，自身特有性能明显。在进行工程地下室底板的抗浮锚杆设计时，不仅要将锚杆的刚度、柱距考虑到，而且也要将地下水的浮力、地下室底板的厚度考虑其中。地下室底板的抗浮锚杆布置成矩形的网状，能够承担净浮力。

3.2.2抗浮锚杆取值

根据建筑基础施工的相关设计规范及《结构技术措施2009——地基与基础》本工程锚杆钢筋为φ32。裙房部分有3448根，主楼下859根。单根锚杆抗拔承载力特征值为153kN，锚杆施工前应进行抗拔承载力试验。施工后应进行抗拔承载力检测，具体数量不得少于锚杆总数的3%，且不少于5根。锚杆具体做法详锚杆大样图如图2。

图2　锚杆大样图

3.2.3地下室底板比较

在此工程中由于地下室底板下土层为中风化花岗岩及中风化辉绿岩，如按不设置抗拔锚杆针对底板进行抗浮设计，板厚均不小于800mm，按800mm厚取值计算结果为柱上板带最大负弯矩为416kN·m/m，配φ18@200通长附加φ20@200，最大裂缝为0.186mm，跨中板带最大负弯矩为163kN·m/m，配φ18@200，最大裂缝为0.162mm。不仅板厚截面大增加了施工开挖岩石的难度，配筋也随之加大；实际设计中就采用了在柱下基础范围外的底板内加设抗拔锚杆以抵消水浮力的作用，在合理计算设置抗拔锚杆后底板的厚度降为主体下为板厚600mm，裙房下围450板厚，取相同位置的配筋进行比较为柱上板带最大负弯矩为73kN·m/m，配φ14@170通长附加φ14@170，最大裂缝为0.165mm，跨中板带最大负弯矩为26kN·m/m，配φ14@170，最大裂缝为0.026mm。两种做法对比明显，既减少土方量又降低了混凝土量和用钢量，提高了施工效率。

3.2.4抗浮锚杆布置

此工程地下室底板设计的抗浮锚杆。抗浮锚杆是建筑基础工程地下室底板下形成的，锚杆直径为110mm，长度为1.95m。此工程地下室底板的抗浮锚杆每根单根锚杆抗拔承载力特征值为153kN，为能充分地利用锚杆降低底板承受水浮力的作用，使底板绝大部分在满足构造配筋的前提下对锚杆分主体和裙房做了不同的布置，具体详见图3～4。

4　地下室抗浮锚杆施工应该注意的问题

图3　裙房下锚杆布置图

图4　主楼下锚杆布置图

抗浮锚杆的材料有很多种，诸如热轧带肋钢筋、高强钢筋组，以及预应力钢筋组等，这些材料的构成、直径，以及级别都有区别，各不相同。因此，抗浮锚杆的上端锚固最好使用机械进行锚固，应该经过设计工作人员经过详细、准确的计算来确定。在工程施工过程中，即使是单根钢筋的使用，也会在设计图上明确标出，这些是施工单位不能够自己确定的。在进行抗浮锚杆施工之前，施工人员要先对锚杆进行除锈，然后再人工安放。工作人员首次注浆时，要注满孔，保证1.2以上的充盈系数，达到大于25mm以上的砂浆保护厚度。按照相关规定，如果是永久性的锚杆，则需要加强防锈处理与防腐处理。注浆时用的水泥材料，其不能使用比P42.5小标号的，水泥砂浆不能够低于30MPa的强度，使用的水要是清水，切不可使用污水。在锚杆与筏板连接的地方，要通过焊接处理，锚筋插放时，要尽可能长开料。假如出现了必须接驳的情况，则要使用机械来连接。除此之外，在建筑工程中进行抗浮锚杆防水施工时，要首先清理干净抗浮锚杆头，其次要做好锚杆钢筋的防水工作。

5　总结

抗浮锚杆不仅造价低、施工便捷，而且能够有效解决建筑物的抗浮问题同时可减少地下室底板的投入，在实际建筑工程中的使用越来越广泛。但是，由于抗浮锚杆是近年来新出现的施工工艺，尽管其防水性与耐久性得到了工程建设部门的高度认可，但是国家并没有制定出统一的规范，缺乏国标图集的汇集与整理。要想为抗浮锚杆提供安全保障，不仅需要建筑施工单位具有较高的技术水平，能够按照施工工序严格施工，而且需要建设方、设计方、监理方的全面合作与共同努力，同时要对当地抗浮锚杆应用的经验进行借鉴。只有这样，才能为抗浮锚杆的使用提供有力的保障，促进工程建设事业的可持续发展。

[1]袁鹏博.岩土地质抗浮锚杆的试验研究与理论分析[D].青岛理工大学，2013.

[2]陈棠茵.深圳市抗浮锚杆试验应力-变形性状研究及极限承载力的确定[D].中国地质大学，2003.

[3]夏冬冬，马立东，贾鹏，等.德阳市某三层地下室抗浮锚杆的设计与施工论述[J].城市建设理论研究（电子版），2012（35）.

[4]谢曙.抗浮锚杆与高层建筑地下室底板共同作用的有限元分析与优化设计[D].华南理工大学，2005.

[5]徐向速.海坦山城市广场工程抗浮锚杆的设计与应用[D].同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所，2008.

TU943

A

1673-0038（2015）07-0011-02

2015-1-9

杨俊杰（1969-），男，工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。