某地下车库抗浮失效囊式锚杆加固方案浅析

方 昉 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

0 前言

安徽省广德县地处于安徽东南部，整个区域普遍降水丰富。设计单位根据现行的国家规范要求对地下室进行整体抗浮稳定性设计，一般注明地下工程施工时，地下水位应降至工程底部最低高程500mm以下，并需在地下室顶板覆土完成后确保配重完全有效后方可停止降水。有部分施工单位未重视施工过程中的降水及排水措施，一旦遇到多日连续降雨，地下水排水不畅，水位上升很快，造成正在施工中的地下室上浮，带来不同程度的结构损伤，严重影响结构安全。针对类似情况，本文结合具体工程实例对由于结构抗浮失效需进行加固的方案选择进行讨论，以期方案更为经济合理，便于操作。

1 工程概况

本工程地下车库地下一层框架结构，建筑面积约为12602.52m2，建筑结构安全等级为二级，建筑物抗震设防类被为丙类，抗震设防烈度为6度，建筑场地类别为Ⅱ类，地基基础设计为乙级，设计使用年限为50年。基础采用第4层中砂层作为持力层，地基承载力特征值fak=150kPa。地下室筏板厚度为400mm。地下车库梁、板、墙、柱混凝土强度等级设计均为C30，顶板板厚为300mm，双层双向配置C14@200。

目前该工程的形象进度为主体结构完工，周边已回填土，顶板未覆土。

2 现场检测情况及分析

近期由于降雨丰富，发现局部区域底板拱起，根据现场原施工单位描述最大上拱值约为27cm，由于现场及时采取了外围降水措施，目前底板最大上拱值约为5cm，现场发现部分框架柱柱头及柱底有水平裂缝及局部混凝土压碎，局部外墙有斜向裂缝，地下室顶梁板有不同程度的裂缝。并委托了有关检测部门对现场的结构构件裂缝进行检测裂缝分布及特点。

3 抗浮承载力加固

由于现状地下室已经发生了整体上浮，故考虑原抗浮锚杆已被拔出失效，需对该地下室上浮区域进行抗浮加固，原有关单位的处理方法是按原设计锚杆数量及做法补充新锚杆来替代原失效锚杆，或在地下室顶板面增加覆土层厚度来提高配重，以平衡水浮力来代替抗浮锚杆，我单位经过反复论证发现该方案存在如下问题。

①上浮区域原设计的抗浮锚杆数量约为380根，如全部按该做法恢复，基础底板开孔数量太多对筏板基础承载力有一定的影响。

②而且考虑地下室整体上浮后对底板下一定深度土层的侧摩阻有损伤，同时开孔后水泄压会带松部分土层，按原设计的锚杆设计，实际上其承载力达不到原设计要求。

③按原设计的锚杆恢复，施工周期长，且造价高昂，考虑施工现场条件制约，如地下室层高限制了钻孔设备的就位，周围已建好限制了泥浆外运等，锚杆的单价约为380元/m，原设计锚杆总长为380×6=2280m，加固锚杆总造价为2280×380=86.64万元。

④采取在地下室顶板增加原有覆土厚度的方法，经过计算需在原有覆土厚度的基础上再增加30cm的覆土作为配重加固抗浮承载力，相当于在原地下室顶板上增加了5.4kN/m2的荷载，经过对原地下室顶梁板结构及柱基础重新计算复核，梁板承载力及柱墩冲切厚度均不满足要求，加固工程量及费用巨大，远超增设普通锚杆的86.64万元，更不适用。

4 方案改进优化分析

针对该项目的情况，我单位经过反复的计算及比较，考虑采用增设囊式承压型扩体抗浮锚杆来加固地下室抗浮承载力，此加固方案改进的优点如下。

①此锚杆单根锚杆的抗拔力特征值为400kN/根，为原设计普通锚杆的2.5倍，大量减少了在原筏板基础上开孔的数量，有效避免了筏板基础的损伤。

②此锚杆仅考虑扩体段的抗拔力，非扩体段的抗拉力以及扩体段顶部的端阻力作为锚杆承载力的安全储备，有效的解决了原土层摩阻力的不确定性，从而有效的保证了加固效果及安全保障。

③按此锚杆加固，施工周期快，约比普通锚杆施工节约了一半工期。

④此锚杆的抗拔承载力高，节约了锚杆的数量，同时显著降低了造价。采用囊式承压型扩体抗浮锚杆总的需要152根，单根7m长，总长为1064m，单价为500元/m，总的造价为1064×500=53.2万元，节约了33.44万元。

5 地下车库增设抗浮锚

5.1 囊式扩体锚杆图（见图1、图2）

图1 囊式扩体锚杆

图2 囊式扩体锚杆

5.2 地下车库增设抗浮锚杆计算书

本工程地下室为1层框架结构，近期由于降雨丰富，造成相应区域地下室整体上浮，原设计在柱墩处设置了抗浮锚杆，由于地下室上浮造成原锚杆损坏已不能起到抗浮的作用，故需对地下室进行抗浮加固处理。

结构整体抗浮稳定安全系数取1.05，即按下式核算：G+Ra≥1.05Fw；永久性抗浮构件的安全系数取2.0。

场地地层分布及土质特征：根据勘察报告，底板以下自上往下依次是：

⑤层强风化泥质砂岩；

⑥层中风化泥质砂岩，该层是本场地中较好的端压型扩体锚固段持力层。

目标锚固地层分析：根据本场地的地质条件和岩土层基本参数，综合考虑地下结构的埋深和抗浮锚固分项的造价最优化，地下结构部分将扩体锚固段埋置于第⑥层中风化岩层中。根据勘察报告，该层是本场地中较好的端压型扩体锚固段持力层。

5.2.1 单锚抗拔力计算

依据《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2011)、《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS：22 2005)，本项目采用压力型扩体锚杆进行抗浮加固：锚杆设计全长7.0m，锚固段（既扩体段，下同）直径0.3m，长度3.5m，锚固段中囊体直径为0.25m，非扩体段直径0.2m，采用φ32PSB1080级预应力钢筋为杆体材料，设计单锚承载力设计值为400kN。

单根扩大头锚杆承载力特征值校核如下：

K——锚杆锚固体的抗拔安全系数，按规范选取2.0；

Tuk——锚杆抗拔力特征值（kN）；

D——锚固段直径0.3m；

La——锚固段长度3.5m；

fmg——锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值（kPa），按地勘资料取值 280kPa；，满足设计要求。

同时，非扩体段的抗拉力以及扩体段顶部的端阻力作为锚杆承载力的安全储备，有效的保证了加固效果。

5.2.2 杆体配筋校核

对于锚杆杆体强度验算，根据《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS：22 2005)公式：

式中：Kt——锚杆杆体的抗拉断安全系数，临时性锚杆取 Kt=1.1～1.2，永久性锚杆取 Kt=1.5～1.6；

Tak——锚杆的抗拔力特征值（kN）；

fy——预应力混凝土用螺纹钢筋的抗拉强度设计值（kPa）。

根据规范可知φ32的PSB1080级预应力钢筋抗拉强度设计值fy=900MPa，由1φ32的PSB1080级预应力钢筋制作的单根锚杆的设计抗拉力：T=1×804×10-3×900/1.6=452kN，大于锚杆的承载力设计值400kN，满足设计要求。

5.2 等代原抗浮锚杆计算及经济性比较

本地库采用承压型囊式扩体锚杆104根(同时兼顾考虑底板灌浆要求、灌浆孔间距要求，由于为既有建筑物的加固工程，适当考虑施工条件的安全储备），单锚长度为7m。与原方案比较见下表。

抗浮方案 锚杆数量（根） 单锚承载力（kN）普通锚杆 380 160扩体锚杆 152 400

根据以上可见，原设计的锚杆总的抗浮承载力为380×160=60800kN，现补设置的扩体锚杆总的抗浮承载力为152×400=60800kN，本次抗浮加固设计满足要求。

6 结语

根据以上工程实例的详细分析，本次抗浮承载力加固方案在大幅减少了后补抗浮锚杆的数量的情况下有效保证了地下室整体抗浮承载力，同时减少了在原结构上开孔的数量，有效保证了原基础的工作性能，显著降低了造价。