某地下室抗浮锚杆设计

念红芬, 孙金坤

(攀枝花学院土木工程学院， 四川攀枝花 617000)



某地下室抗浮锚杆设计

念红芬, 孙金坤

(攀枝花学院土木工程学院， 四川攀枝花 617000)

【摘要】地下工程的抗浮设计是困扰设计人员的一个难题。如何有效考虑抗浮措施，对基础及高层建筑的安全和稳定性具有重要的意义。文章结合实际工程，比较了地下建筑常用的三种抗浮措施，结果表明抗浮锚杆易于施工、造价低廉，在浮力水头较大时往往优于压重和抗拔桩方案，并对抗浮锚杆实施方案进行了详尽的分析和计算。通过实践验证，该抗浮方案满足工程要求。

【关键词】地下室；抗浮设计；锚杆

随着城市的快速扩张，建设用地日趋紧张，地下工程的建设也十分广泛。在地下工程的设计中最常见的问题是抗浮设计，一旦处理不当，将直接影响到建筑物的安全性和稳定性。本文结合成都某高层设计，探讨地下室的抗浮设计，总结地下室抗浮计算应注意的问题等，以供工程设计人员参考。

1工程概况

富士康生活配套区二期拆迁安置房4号地块工程，位于成都市郫县德源镇。该项目由4栋高层和商业、地下室组成，高层为32层，建筑高度97.95 m,本工程均设-2F地下室。规划总建筑物面积为128 237.96 m2。基础埋深约10 m，高层建筑采用筏形基础形式，多层建筑采用独立柱基基础形式。

2工程地质条件与地下水

该场地位于成都市郫县德源镇，交通方便。场地较平坦，局部地址堆土影响高差较大。地层自上而下主要为：

本工程场地±0．000相当于成都绝对高程558.300 m，根据勘察报告，场地地下水水位在平水期期末，周围有施工降水时埋深为552.02～551.98 m。丰枯期季节水位变化幅度为1．50～2．0 m左右。绝大部分楼层基础均位于地下水位之下，根据基础平面布置图可知,抗水板范围面积为15 344.5 m2，按单位浮力设计值为60.0 kN/m2计算，总浮力为920 670.0 kN。

3抗浮措施选择

为防止地下工程的浮起破坏，目前，工程上常采用配重法、降排截水、设置抗拔桩和抗浮锚杆来解决地下工程的抗浮问题。

(1)增重，即增加基础或主体结构的重量或覆土厚度，使得含基础重量在内的上部结构荷载大于地下水所能引起的浮力，则达到抗浮处理的目的。

(2)抗浮桩，抗浮桩利用桩体自重和桩侧摩阻力来提供抗拔力。是一种常用的抗浮技术措施。

(3)抗浮锚杆，作用原理同于抗浮桩，在基础下面布设一定规格和间距的锚杆(索)，通过锚固体与基础以下各地层之间的摩阻作用，以抵抗地下水可能引起的上浮作用力。

压重抗浮在增加自重的同时也增加了埋深， 浮力相应增大，在开挖平面面积较大时，开挖量和回填(含增重部分)的量都很大，成本较高；抗浮桩需制作直径较大和深度较深的桩体，并且桩与柱子相连，使抗浮桩的间距太大，致使底板增厚，造价高，其适用于抗浮能力要求较高的工程情况；抗浮锚杆易于施工，布置灵活，锚固效率高，对漂卵石等岩土性质较好地层具有极好的适用性。在成都市区及周边地区应用较为普遍，在本工程中造价相对最低，故最终选抗浮锚杆。

4抗浮锚杆设计

4.1设计理论

锚杆是指用水泥结石体将一组钢拉杆(钢筋)锚固在伸向地层内部的钻孔中，并承受拉力的柱状锚体。它的中心受拉部分是钢筋，钢筋所承受的拉力首先通过钢筋周边的砂浆握固力而传递到锚杆锚固体中，然后在通过锚固段周边地层的摩擦力而传递到锚固区的稳定地层中。

抗浮锚杆是指在基础底板上加锚杆，以提供更多的下拉力，防止基础及地下室底板在地下水浮力的作用下上浮变形，保证建筑物结构安全。

4.2锚杆间距

整体按正方形布设抗浮锚杆，间距为2 m×2 m，局部区域进行调整，间距按矩形布置(矩形面积不大于4 m2)。

4.3单根锚杆轴向拉力设计值

根据核工业西南勘察设计研究院有限公司提供的抗浮力设计值为60 kN/m2，以2 m×2 m为间距布置锚杆，故单根抗浮锚杆抗浮范围按4 m2计算， 则锚杆轴向拉力设计值为：

Na=4 m2×60.0 kN/m2=240.0 kN；考虑一定的安全储备，取Na=260 kN。

锚固体直径：D=150 mm。

锚杆配筋：依据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2002)第7.2.2式进行计算配筋量。

(1)

式中：As为锚杆钢筋截面面积(m2)；γ0为工程重要性系数，取1.0；Na为锚杆抗拔力设计值(kN)，Na=260 kN；ξ2为锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69；fy为钢筋抗拉强度设计值(kPa)，取fy=360 N/mm2(HRB400级钢)。

(2)

根据工程性质、施工工艺，本工程可采用的锚杆钢筋配置如下：

采用HRB400螺纹钢筋，配置3根25(三级钢筋HRB400)，则钢筋总面积为： 1 472.6 mm2，满足设计要求。

4.4锚杆长度计算

(1)锚杆锚固体与地层的锚固段长度计算：

(3)

则有：

(4)

(2)锚杆钢筋与锚固体间的锚固长度计算：

(5)

式中：La为锚固段长度(m)；D为锚固体直径,取150 mm；frb为地层与锚固体粘结强度特征值,取50 MPa；ξ1为锚固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1.00；d为锚杆钢筋直径(25 mm)；n为钢筋根数(3根)；γ0为边坡工程重要系数，取1.0；fb为钢筋与锚固体砂浆间的粘结强度设计值，采用M30水泥砂浆，考虑到3根钢筋联合作用，应按0．7的折减系数取定，即2 400×0．7；ξ3为钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0.60。

取上述式(4)、式(5)计算中的大值，故锚固理论计算长度为La=8.50 m，该长度应通过现场基本试验进行最终确定。

4.5抗浮锚杆实际长度

水泥采用P.C32.5R普通硅酸盐水泥，锚固体采用细石水泥结石体，强度达到30 MPa。

锚入抗水板内钢筋长度为44倍钢筋直径，即1 100 mm。

锚杆杆体配筋长度：锚固体计算理论长度为La=8.5 m，锚入抗水板(或基础)内1.10 m，基础垫层厚100 mm，故理论配筋长度为L’=8.5+0.1+1.1=9.7 m。垫层、防水施工对锚杆锚固体上段有一定扰动，考虑0.3 m的安全储备长度，故每根抗浮锚杆实际长度为L=8.5+0.1+1.1+0.3=10.0 m。

4.6锚杆根数

抗浮处理区域平面未必完全为锚杆间距2 m的整数，需根据实际平面尺寸适度调整锚杆间距。在筏板周边区域、外墙区域及后浇带区域，亦须适当加密布设。最后，实设锚杆3 787根。

4.7总抗浮力验算

根据基础平面布置图可知，抗水板范围面积为15 344.5 m2，按浮力设计值为60.0 kN/m2计算总浮力为：15 344.5×60=920 670.0 kN；该范围内共布置抗浮锚杆3 787根，每根抗浮力设计值为260 kN，则总的抗浮力为984 620.0 kN>920 670.0 kN,总抗浮力大于浮力值，设计安全。

5结束语

根据上述设计方案，本工程目前已顺利施工完所有的抗浮锚杆，根据抗拔检测试验，抗拔力一般均在480 kN以上，满足了设计要求，通过质检部门的竣工验收，并运行良好。

参考文献

[1]宋明建.某高层建筑筏板基础抗浮方案的探讨与设计 [J].四川建筑，2013(2).

[2]GB 50007-2002 建筑地基基础设计规范[S].

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[4]DB 51/T5026-2001 成都地区建筑地基基础设计规范[S].

[5]GB 50330-2002 建筑边坡工程技术规范[S].

[6]JGJ 72-2004 高层建筑岩土工程勘察规程[S].

【文献标志码】B

【中图分类号】TU94+3.9

[作者简介]念红芬(1974～)，女，硕士研究生,讲师，主要从事土木工程教学科研设计工作。

[定稿日期]2015-10-29