郑州金林中心纯地下室基础抗浮设计经济性对比

王鹏

摘 要：建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算。在抗浮稳定性不满足设计要求时，一般采用增加压重或设置抗浮构件。抗浮构件一般包括抗拔桩与抗拔锚杆。本文通过郑州金林中心工程详细对比了抗拔桩与抗拔锚杆的经济性，并提出了抗浮构件经济性设计的一般思路。

关键词：抗拔桩；扩大头抗拔锚杆；经济性设计

1 工程概况

郑州金林中心工程场地地貌单元属黄河冲洪积平原。三层地下室，柱网8.1m×8.4m，底板底面高程79.900m，总埋深为14.6m，抗浮设计水位高程92.000m，水头高度12.0m，底板厚500mm。

底板底为第七层粉质粘土，地基承载力较低，不适合做天然基础。根据现场情况，管桩能进入第11层细砂层1.5～2m。

抗浮构件拟采用抗拔桩或扩大头抗拔锚杆。故基础设计对比方案为：（1） D500预应力管桩承压兼抗拔；（2） D500预应力管桩承压+扩大头锚杆抗拔。

2 桩布置

底板及承台混凝土采用C35。柱在“恒+活”标准组合下柱底内力为6500kN，用于承压设计；柱在“恒”标准组合下柱底内力为4100kN，用于抗浮设计。

（1） 方案一：管桩承压兼抗拔

桩AB型，桩径500，壁厚100，竖向承载力Ra=1900kN，抗拔承载力Ta=260kN，桩长10.5m，入第11层土层1.5m。

整体抗浮所需抗拔桩根数为（120kPa×8.1m×8.4m-4100kN）/260kN=15.6根。

故此方案所需管桩根数为20根。抗拔桩满堂布置，桩布置如图1。

图1 管桩布置图 图2 锚杆布置图

（2） 方案二：管桩承压+扩大头锚杆抗拔

管桩型号，桩长及承载力同“方案一”。

扩大头锚杆成孔直径φ150，锚筋332。扩大头直径1000mm，扩大头长度2.0m。锚杆总长14.5m，抗拔承载力Ta=560kN。

整体抗浮所需锚杆数为（120kPa×8.1m×8.4m-4100kN）/560kN=7.3根。由于柱下管桩在承压的同时，也承担拔力，经优化，实际所需锚杆6根。布置锚杆时，应使得每个锚杆受力均匀，并减少底板跨度，降低底板抗裂钢筋。据此，桩与锚杆布置如图2。

3 抗浮验算

根据广东地基基础规范5.2.1条[1]， ，采用YJK。底板配筋由裂缝控制。

（1） 方案一：管桩承压兼抗拔

桩承压刚度760000kN/m，抗拔刚度160000kN/m。标准组合下的桩顶反力如图3。图中可见桩受力较均匀，桩抗拔承载力发挥充分，并满足承载力要求。

图3 方案一桩顶反力 kN 图4 方案二桩顶反力 kN

底板在准永久组合S=1.0×S恒载+0.5×S活载-1.0×S水浮力作用下：

承臺内，M=290kNm/m，h=1100mm，底部双向实配2122@125，裂缝ω=0.013mm<0.2mm，满足。

底板与承台边界M=10kNm/m，底板跨中M=-40kNm/m，最大弯矩在跨中。板厚h=500mm，实配12@150，裂缝ω=0.030mm<0.3mm，满足。

（2） 方案二：管桩承压+扩大头锚杆抗拔

桩承压刚度760000kN/m，抗拔刚度160000kN/m；扩大头锚杆抗拔刚度330000kN/m。标准组合下的桩顶反力如图4所示。

底板在准永久组合S=1.0×S恒载+0.5×S活载-1.0×S水浮力作用下：

承台内，M=670kNm/m，h=1200mm，底部双向实配34C20@100，裂缝ω=0.194mm<0.2mm，满足。

板与承台边界M=80kNm/m，板厚h=600mm，底筋双向实配C14@150，裂缝ω=0.052mm<0.2mm，满足。

4 经济比较

开发商给出材料造价：钢筋4.9元/kg，砼460元/m3，管桩200元/m，扩大头锚杆370元/m。统计出两个方案（8.1m×8.4m轴网）的造价如表2。

从上表可见，方案一最经济，，比方案二省9%。

5 结论

不同方案基础设计的造价相差较大。故设计时应从材料与施工考虑，进行比选，节约造价。

基础经济性设计的一般思路为：（1）据地勘资料计算确定桩长与承载力；（2）据柱底内力确定承压桩的根数，根据整体抗浮确定抗拔构件根数；（3）承压桩集中布置在柱下范围。当采用柱下集中布置时，应加大承台尺寸，形成柱帽效应，减少底板配筋。当采用满堂布置，应合理布置抗拔构件使得每根抗拔构件受力均匀，发挥每根抗拔构件的最大承载力；并且合理控制抗拔构件的间距，减少底板的跨度，降低底板的配筋。

参考文献

[1] DBJ15-31-2003 建筑地基基础设计规范[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2003.