某大型地下室抗浮锚杆设计

李 晔

（青岛腾远设计事务所有限公司，山东 青岛 266100）

某大型地下室抗浮锚杆设计

李 晔

（青岛腾远设计事务所有限公司，山东 青岛 266100）

文章结合工程实例某大型商业地下车库，探讨了抗浮锚杆的设计。研究结果不仅为抗浮锚杆的设计提供了必要的理论基础，而且对抗浮锚杆的设计具有较好的参考价值。

抗浮锚杆；设计；防水板；受力性能

1 引言

近年来，随着人们生产活动对地下空间利用的增多，兴建了大量带有地下室的建筑物、下沉广场、地下车库等。由于上述建筑物通常地下水位较高，水浮力较大，仅靠建筑物自重和顶板回填土的重量往往不能平衡水的浮力，因此抗浮设计就成了地下建筑物结构设计比较重要的一部分。目前国内外抗浮设计的方法主要有四种：（1）抗力平衡法，即可以设置抗拔桩或者抗浮锚杆来消除或部分消除地下水浮力的影响；（2）自重平衡法，即通过增加配重（回填土、石、或混凝土）来平衡浮力；（3）浮力消除法，即采取疏、排水措施降低地下水位，消除或减小浮力的影响；（4）综合设计方法，即采用上述两种或多种抗浮设计方法[1]。

当地下水位较高，建筑物长期处在地下水浮力作用下时，宜采用抗力平衡法。对于基础持力层为岩石的地区，抗浮锚杆被广泛应用于锚杆的抗浮设计中。抗浮锚杆是利用锚杆和砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力的一种新的抗浮手段，具有良好的受力性能[2]。抗浮锚杆不仅不影响地下室净高，而且由于锚杆间距小，地下室底板可以做得较薄，因而造价低。

本文结合工程实例，对某基础持力层为岩石的地下室抗浮锚杆设计进行探讨，以期为其它类似工程设计提供参考依据。

2 工程概况

某商务写字楼位于山东沿海某市，该项目总用地面积62999m2，总建筑面368880㎡，拟建建筑物包括5栋高层（局部多层）办公楼、1栋多层中心书城及地下停车库等。该项目有3层地下室，层高由下至上分别为3.8m，3.9m，4.0m。基础防水板板顶标高为-13.95m（相对标高），基础防水板厚度为0.6m，抗浮设计水位为-1.0（相对标高）。由于裙楼不能平衡地下水浮力，采用抗浮锚杆作为永久性抗浮结构。该地区所处大地构造位置为华北地台，自元古代以来本区地壳处于缓慢的上升期。燕山晚期，区域性构造活动强烈，发生大规模酸性岩浆侵入，形成稳固的以深成相似斑状中粗粒黑云母花岗岩为主的岩基。受新华夏系构造影响，形成NE向为主的压扭性断裂构造，酸性～中基性岩浆沿岩基内薄弱面入侵，形成煌斑岩、细晶岩和辉绿岩等浅成相岩脉，与花岗岩岩基组成复合岩体。它们之间虽然岩性不同，但属于同源异相的岩浆岩类硬质岩石，是坚硬稳固的地质体，无后期沉积夹层、溶洞等不良地质作用。

通过地质勘察得知地质情况如下：（1）素填土：平均厚度为1.5m；（2）强风化花岗岩：平均厚度为3.0m；（3）中风化花岗岩。强风化花岗岩承载力特征值为1000kpa，中风化花岗岩承载力特征值为2500kpa。地下水按赋存方式分为第四系松散堆积层的孔隙水和基岩风化裂隙水。孔隙水与基岩风化裂隙水水力联通，具有自由水面，为潜水。强风化基岩为主要含水层，中风化基岩为相对隔水层。大气降水为主要补给源，以侧向径流排泄和蒸发方式排泄。由于高层建筑荷载较大，抗浮能力较强，基础可按勘察报告推荐的抗浮水位进行设计。多层建筑及纯地下室部分抗浮能力较弱，尤其是裙楼与主楼的交接部位，因其抗浮能力不同，可能造成不均匀上浮而产生建筑裂缝，故采用抗浮锚杆措施，中风化花岗岩岩层与锚固体的粘结强度特征值为400kpa。

3 整体抗浮设计

工程柱网布置为8.4mx8.4m，柱截面尺寸为700mm× 700mm。

（1）荷载计算

自重及压重计算见表1。

表1 自重及压重计算

抗浮水头13.55m，水浮力为135.5 kN/m2，按《建筑地基基础设计规范》5.4.3对基础进行抗浮稳定性验算：，抗浮稳定性不满足设计要求，应采取措施。

（2）锚杆布置

通常锚杆的布置方式有以下三种[3]：①集中点状布置，布置于柱下，当为岩石地基且水浮力较小时可采用；②集中线状布置，布置于地下室底板梁下，一般较少采用；③面状均匀布置，布置于地下室底板下。因为采用面状均匀布置的方式能在满足抗浮设计的同时减小底板配筋，使得底板的配筋一般为构造配筋即可满足设计要求，故在实际工程中应用最多。本工程也采用面状均匀布置方法。为了使得底板受力更合理，锚杆采用菱形布置，如图1所示。

图1 锚杆布置示意图

（3）锚杆计算

根据锚杆布置方案，单根锚杆的受力面积为2×2 = 4m2，若单位面积的净水浮力设计值 为qf，则q=135.5-(0.6×25+0.15×20)=117.5kN/m2，单根锚杆承受的轴

f向拉力为 Nt，Nt=117.5×4=470kN。

①锚杆面积计算：

由《全国民用建筑技术措施》（地基与基础）计算单根锚杆锚筋面积[4]，若单根锚杆锚筋面积为As，因为地下水位较高，钢筋采用HRB500钢筋，，

②锚杆锚固段长度计算：

根据《建筑地基基础设计规范》，锚杆锚固段长度La＞Rt/0.8(πd1frk)=470/0.8×(3.14×0.2×400)=2.4m

4 局部抗浮设计

将锚杆作为弹簧，采用有限元分析软件SAFE软件进行模拟，分析出防水板的内力，防水板配筋为构造配筋即可满足要求，防水板构造配筋率为0.15%，配筋选择双层双向18@200，满足要求。抗浮锚杆的锚固也十分重要，锚杆杆体锚入底板的竖直段不小于0.4La，总的锚固长度不小于La。

5 结论

本文结合实际工程某地下车库，探讨了抗浮锚杆的设计，可以为同类工程的设计提供参考。限于篇幅，很多因素没有考虑，以下问题可以作为将来继续研究的方向：

（1）在可能的情况下借助有限元软件计算分析，可以对结构受力的特点及趋势进行较为明确的判断，但是计算结果的精度很大程度上依赖于计算参数（如锚杆的刚度、基床系数、分析模型等）的准确程度[5]。

（2）因为地下水的浮力随季节变化而呈准周期性，所以抗浮锚杆承受的外力是非稳态的。在这种准周期性荷载作用下,抗浮锚杆将产生疲劳破坏,其破坏时的荷载比抗拔力设计值要低。

（3）地震动力作用对永久性抗浮锚杆的稳定性影响也不能忽视，在设计中应采取相应措施。

[1] 朱丙寅.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2] 戴西行,杜涛,李轶慧.抗浮锚杆在烟台某大型车库中的应用[J].中国水运,2011,11(2):209-210.

[3] 孙绍东,胡海涛,井彦青,等.抗浮锚杆合理设计探讨[J].建筑结构,2013,43(22):80-85.

[4] 中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑技术措施(地基与基础)[M].北京:中国计划出版社,2012.

[5] 王家林.抗浮锚杆的布置方式及防水板的设计探讨[J].建筑结构,2012,S2(42):518-519.

Anti-floating anchor design of an underground garage

Associated with engineering example of a commercial underground garage, design problems of anti-floating anchor were discussed. The research results not only for the design of anti-floating anchor provide the necessary theoretical basis, but also have a good reference value on the design of anti-floating anchor.

Anti-floating anchor; design; waterproof board; mechanical behavior

TU943

A

1008-1151(2015)03-0096-02

2015-02-11

李晔（1980－），男，山东东营人，青岛腾远设计事务所有限公司工程师，硕士，一级注册结构工程师。