某大型地下车库扩大头锚杆抗浮设计与研究

2019-05-25吴勇军章因

城市建筑空间 2019年11期

关键词：钢棒杆体筏板

吴勇军，章因

（1.南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏南京210000；2.保利江苏房地产发展有限公司，江苏南京210000）

0 引言

扩大头抗浮锚杆是一种新型地下室抗浮技术，其改进了普通锚杆纯粹依靠杆体和土（岩）层黏结的锚固方式，充分利用前端土体抗力，大幅提高锚杆的承载力，扩大锚杆的适用范围，同时使锚杆锚固性能更加安全可靠。

1 工程概况

某项目位于江苏省南京市浦口区，总占地面积21 000m2，地上建筑面积39 525m2，地下建筑面积28 350m2。项目包括5栋18层高层住宅楼及2层全埋式地下车库。底板结构平面和建筑剖面如图1所示。

工程场地属于丘岗地貌单元，场地总体东北高，西南低，地面标高17.060～20.690m，最大高差约4.6m，具体土层如下。

③层粉质黏土：可塑局部硬塑，干强度及韧性中等，局部缺失，层顶标高为4.370～21.170m；④层残积土：强度低，遇水易软化，该层局部分布，钻孔揭露厚度0.40～4.70m，层顶标高为3.770～16.880m；⑤1强风化泥质粉砂岩：风化成砂土状，遇水易软化，岩体破碎，该层普遍分布，钻孔揭露厚度0.40～4.70m，层顶标高为2.620～15.600m；⑤2层中等风化泥质粉砂岩：岩体较完整，饱和单轴抗压强度平均值2.11MPa，属于极软岩，软化系数平均值0.23，岩体基本质量等级为V级。

2 基础选型

经计算，主体建筑的基底平均荷载约218kPa，基底持力层基本在③层粉质黏土和④层残积土层、⑤1层强风化泥质粉砂岩上，承载力特征值fak为170～300kPa，主楼无抗浮问题，可采用天然筏板基础；纯地下室底板标高同主楼地下车库，天然地基的承载力可满足底板受力要求，也可采用筏板基础。余下的问题就是解决纯地下车库抗浮问题。

依据经验，人工抗浮的主要措施主要有自重抗浮、抗拔桩（含预制桩和灌注桩）和抗拔锚杆（含普通锚杆和扩大头锚杆）三大类。本工程2层纯地下室，抗浮水位较高，无其他压重的情况下自重抗浮不合适；场地岩层较浅，也可排除预制桩的可能性，剩下灌注桩和抗浮锚杆做深入比较。

根据计算，地下车库主要的标准柱网下单柱底的抗浮反力基本在1 170～1 700kN。采用钻孔灌注桩（方案1），孔径600mm，单根长度12～15m，预估单桩抗浮承载力特征值600kN，单柱下需布置2～3根灌注桩。

如果采用扩大头锚杆（方案2），单根锚杆长12～16m（平均长度约14m），扩体锚固端埋放置于⑤2层中等风化砂质泥岩，预估单根锚杆抗拔承载力特征值取580kN，每跨布置2～3根。

如果采用普通锚杆（方案3），单根锚杆长11～15m（平均长度约14m），预估单根锚杆抗拔承载力特征值取260kN，每跨布置6根。

以同条件下，地下车库标准跨柱网5.4m×6.6m的人工抗浮措施为例，各方案综合造价的对比如表1所示。

从以上造价分析可得，相比灌注桩，采用扩大头锚杆的方案能节省造价2 599元，节约百分比16.3%；相比普通锚杆，能节省造价934元，节约百分比5.9%。而且，抗拔桩及抗拔锚杆的布置方案对底板的造价也有较大影响。抗拔桩一般布置于柱底承台下，柱间水浮力和地基反力同向叠加后在筏板内产生较大的弯矩，会增加筏板的配筋和厚度。

扩大头锚桩可灵活均匀地布置在底板底，在抗浮工况作用下，能有效降低筏板的峰值弯矩，并能显著降低筏板的厚度和钢筋含量，还能降低底板开裂的可能性。当采用扩大头锚桩代替抗拔桩时，在筏板满足结构冲切验算的条件下，可取消为抗拔桩而额外布置的承台，从而降低承台施工开挖和材料费用。

因此，本工程基础形式采用天然筏板基础+抗浮扩大头锚杆相结合的方案。

3 扩大头锚杆计算与设计

对埋深较大的抗浮结构，可依据土层资料采用高压旋喷扩孔工艺在锚杆端头形成一段扩大体，提高锚杆抗浮承载力。根据JGJ/T 282—2012《高压喷射扩大头锚杆技术规程》（以下简称《规程》）第4.6.3条的扩大头锚杆的设计公式，扩大头锚杆承载力由自由锚固段、扩体锚固段及前端土体抗力3部分组成，一般情况下，锚杆承载力主要由第2，3部分贡献。

3.1 工程抗浮锚杆杆体尺寸及承载力计算

由于地下车库底板和岩层的距离变化较大，底板离锚固基岩顶面5.0～14.0m，锚杆总长度为7.0～16.0m。基于工程安全考虑，根据底板水头标高分块取值，锚杆长度按最不利取值。扩大头锚杆杆体尺寸：自由锚固段直径180mm，长5m；旋喷扩体段直径500mm，长2m。

图1 地下车库底板平面及剖面

表1 3种方案综合造价对比

以孔点ZK13为例，依据《规程》第4.6.3节，单根锚杆极限抗拔力Tuk计算如下：

根据勘察报告γ=21.0kN/m3；h取5.0m；φ'根据勘察报告取φ'=38°；K0=1-sinφ'38.0°=0.384；c取50.0kN/m2；ξ=0.85×tan2（45-38/2）=0.202

综合各孔点的计算结果，单根锚杆抗拔承载力特征值Tak=Tuk/2=592.5kN，设计取值580kN。

3.2 工程抗浮锚杆杆体钢棒截面计算

根据以上计算结果，选择杆体直径36mm的PSB1080预应力混凝土用螺纹钢棒（As=1 018mm2），满足设计要求。

4 锚杆与底板的连接锚固及锚杆防腐设计

考虑到杆体工作环境及受力特点，锚杆采用粗直径非预应力高强钢棒。在扩体段，钢棒受混凝土保护，其锚固长度及保护层都没有问题。扩大头锚杆的防腐重点是自由段杆体钢棒和锚杆顶部与承台（或底板）交接处的防腐做法及细部处理。

自由段杆体钢棒采用内采用防腐涂层（或充防腐油脂的套管密封）保护，防腐涂层厚度应大于280μm，防腐涂层应沿钢棒延伸进入基础内，高出基础底面5cm，防腐材料须满足JG/T 430—2014《无粘结预应力筋用防腐润滑脂》的相关要求。同时，钢棒入基础底面5～10cm处粘贴1～2道遇水膨胀止水胶条。防腐材料涂刷会降低钢筋的受拉锚固性能，故应严格控制防腐涂层在钢棒上的高度。考虑到地下水、土对杆体钢棒长期的腐蚀性，在设计时还应考虑建筑有效使用年限内锚杆钢棒锈蚀程度的影响。