地下室防水板中抗浮锚杆布置形式的若干思考

吴享　彭联海

(福州市建筑设计院　福建福州　350011)



地下室防水板中抗浮锚杆布置形式的若干思考

吴享彭联海

(福州市建筑设计院福建福州350011)

以参与设计的具体工程为例，对目前结构工程师较为常用的抗拔锚杆柱下点状布置形式、基础梁下线状布置形式和防水板中均布布置形式进行分析和比较，结论认为：锚杆布置形式的选择，应根据具体的工程从概念分析及经济性等方面综合考虑。

防水板；抗浮锚杆；布置形式

0　引言

近些年，随着经济及城市化进程的发展，地下空间的利用将越来越重视，地下室层数3层及以上的工程在城市中已比比皆是。在地下室结构设计中，地下室的抗浮设计是非常重要的，由于结构工程师的设计失误或现场施工的问题而带来的地下室上浮问题已屡见不鲜。抗拔锚杆是由大直径钢筋和砂浆组成的锚固体和岩土层之间提供的摩擦力来抵抗部分水浮力，设置抗拔锚杆来进行地下室的抗浮设计是目前常用的设计思路之一[1]。在抗浮设计中，许多结构工程师往往只重视锚杆承载能力的问题，而对锚杆的布置形式以及各种布置形式的实质区别考虑较少。本文以近些年参与的某工程为例，针对目前结构工程师常用的柱下点状形式、基础梁下线状布置形式和防水板中均布形式进行分析和探讨，并进行经济性比较[2]。

1　工程实例

某工程地下室，地下两层。柱距为9m×9m，水平向和竖向各12跨。基础采用独立基础(持力层为中风化花岗岩)加防水板。设计水浮力标高减去底板底标高为7.9m(水头差7.9m)，防水板厚度为0.4m(抵抗1m水头差)，中间框架柱在正向恒荷载标准组合作用下的柱底轴力为2 874kN(未包含独基和基础梁自重)。为了计算和比较方便，抗浮稳定安全系数取1.0。采用抗浮锚杆(岩石锚杆基础)进行地下室抗浮设计。采用盈建科软件进行计算分析。

1.1柱下点状布置形式

柱下点状布置形式因其传力途径简单明了，充分利用了上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力；易于进行结构分析，能较快得出(甚至手算)单柱下所需的抗拔锚杆数，无疑是深受结构工程师欢迎的一种布置形式。某一中间独基下锚杆的上拔力数值计算结果如图1。

1.2基础梁下线状布置形式

把这8根锚杆布置在同一独基旁的基础梁下，锚杆的上拔力数值计算结果如图2。

1.3防水板中均布形式

把这8根锚杆布置在同一独基旁防水板下，锚杆的上拔力数值计算结果如图3。

2　三种布置形式分析

2.1数据整理(表1)

表1　三种布置形式计算结果

注：以上表格数据是由上述实际工程根据图1、图2、图3的布置形式分别计算得来。

2.2数据剖析

问题一：根据柱下点状布置形式计算得出的锚杆抗拔承载力特征值后，把这8根桩直接应用于基础梁下或防水板下，承载力是否满足？同一布置情况下，出现锚杆上拔力不相同，差值甚至达到27%，怎么解释？

设计师的常规思路：单根框架柱(或单个独基)“管”的面积为9m×9m，根据柱下点状布置形式计算得出了本地下室在9.0m×9.0m区隔内共需8根抗拔锚杆来抵抗水浮力，单根锚杆承受的上拔力为Na，把这8根抗拔特征值为Na的抗浮锚杆均匀分布至防水板中或周边基础梁上，既解决了地下室抗浮问题，亦将锚杆的布置和防水板相结合，解决了防水板梁、板内力和配筋较大的问题。

这一思路看似无懈可击，其实不然，并非如此简单。假设柱下点状布置形式计算的8根锚杆反力是相等的(通常手算也是这样处理的)，锚杆抗拔特征值为Na。那布置在防水板中或基础梁中的反力并不是Na。实际上锚杆和防水板是一体的，二者的位移是协调的。锚杆在水浮力作用下，产生向上的位移，并产生拉力，而锚杆对防水板的拉力又约束了防水板的变形。所以布置在基础梁下和防水板下的每根锚杆所处的位置不同，它的受力形式是不同的，所以它的反力也是不同的。因其情况复杂，本工程实例中，基础梁下布置形式和防水板中的布置形式得到的反力仅能说明该形式下锚杆反力离散性较大，但是具体的差值受锚杆刚度、防水板和基础梁的刚度、布置间距等较多因素的影响，有待于以后进一步分析。通常远离框架柱的锚杆，锚杆产生的抗浮贡献越大；离框架柱越近的锚杆，因为框架柱轴压力的“帮忙”，产生的上拔力越小。

另外，如果有意在防水板中布置情况下改变抗拔锚杆的位置，这8根锚杆的反力变化较大；为了进一步了解抗拔锚杆的刚度对锚杆反力的影响，将锚杆抗拔刚度减小(位移量增大)，发现基础梁下布置情况和防水板中布置情况下的锚杆抗拔反力的数值亦发生了较大的变化，说明锚杆的刚度对锚杆反力影响较大。

因此，对于问题一的疑问，可以得出如下结论：基础梁下布置情况和防水板下布置情况的分析远比在柱下点状布置情况复杂，受位置和抗拔锚杆刚度等因素的影响，这8根锚杆的拔力要做到均匀是很难的，也就意味着把柱下点状布置形式计算得出的锚杆抗拔承载力直接放到基础梁下或防水板下是不妥的。

问题二：3种布置形式柱下轴力相同，水浮力相同，受荷面积相同的情况下，为什么8根锚杆上拔力数值总和不同？是否出现力学不平衡问题？

其实这时候不平衡的轴力(“多”出的轴力)由独基处的地基反力提供。从效率上讲，上部的轴压力不能有效利用到抗浮贡献中来。所以会出现防水板中均匀布置情况下8根锚杆上拔力总和大于基础梁下线状布置情况，基础梁下线状布置情况大于柱下点状布置情况。从概念上可以宏观理解，柱下点状布置的效率是最高的，因为它把上部柱底轴压力的贡献用到极致。(上述锚杆上拔力3种情况下总和差值现象仅在柱底轴向压力较大时出现。也就是说，如果该工程柱底轴压力较小(相对于上托的水浮力)，3种情况的锚杆上拔力总和是基本相同的)[3]。

2.3三种布置形式的特点

从上述同一板块的锚杆反力看出，就锚杆而言，柱下点状布置无疑是最经济的，基础梁下线性布置次之，板中均匀布置是最不经济的。但是从防水板和基础梁在三者不同情况下的受力形式看，柱下点状布置并无改变防水板和基础梁的受力模式；基础梁下线性布置给基础梁增设了“支座”，使其跨度变小，基础梁配筋可控制在构造范围；作为工程应用，应注意复核锚杆布置在基础梁下时的基础梁剪切问题。板中均匀布置相当于在防水板中增加了“小柱”，变为小柱距的“无梁楼盖”，使板配筋控制在构造范围；同时，由于大量水浮力已通过防水板“消化”掉了，传至基础梁的反力已大大减小，基础梁配筋可控制在较小范围。但是作为工程应用，应注意复核锚杆布置在防水板时的防水板的冲切问题。同时，由于锚杆的钢筋直径较大，锚入防水板的直段锚固长度通常不够，应通过采取构造处理等措施来满足。另外，因为其布置较为分散，对于地下室底板下的外防水施工带来较多麻烦。

2.4经济性结果

表2为上述工程实例在某一中间标准板块的经济性比较：(含钢量由YJK软件计算得出)

表2　单位面积的造价比较

注：设计所需的锚杆承载力贡献按该布置情况中受力最大的锚杆×锚杆根数。锚杆的锚杆段按1m提供200kN考虑，每米锚杆按250元考虑，钢筋按3 200元/t考虑(含加工费)。

3　结语

上述3种在设计中常用的锚杆布置形式，各有其特点。相比较而言，柱下点状布置形式传力直接，分析简单，更适用于水浮力不大，板跨度不大(防水板配筋数值不大)的情况；在水头压力差较大，板块较大的情况下，采用防水板中均布形式将更经济，但对结构工程师的概念和分析提出了更高的要求。基础梁下线状布置形式的概念和经济性介于二者之间。锚杆布置形式的选择，应根据具体的工程从概念分析及经济性等方面综合考虑。

[1]GB 50007—2011 建筑地基基础设计规范[S].

[2]CECS 22:2005 岩土锚杆(索)技术规程[S].

[3]魏坤，戴西行，杨勇.地下室抗浮锚杆布置方式设计探讨[J].山西建筑，2011，37(8)：41-43.

The summarize of the layout of anti-floating anchor in the bottom of waterproofing plates of the basement

WU XiangPENG Lianhai

(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350011)

Taking a specific project which the writers participated in for example，the linear layout under the base beams，the uniform layout of waterproof plate and the layout of anti-pull bolt under the column dot which the current structural engineers are more commonly fond of，are analyzed and compared. It concluded that the selection of the bolt layout should be considered from the conceptual analysis and the economical efficiency and so on, depending on the specific project.

Waterproof board; Anti-floating anchor;Layout

吴享(1980.11-)，男，高级工程师。E-mail:80253448@qq.com

2016-08-05

TU3TU47

A

1004-6135(2016)09-0055-03