某地下室中抗浮锚杆的应用及分析

王国鹏 祁振东 张东方

摘要：随着城市化进程加快，建筑空间不断向地下发展和延伸。在一些抗浮水位较高的地区，水浮力可能引起地下室底板隆起开裂、建筑物整体上浮、梁柱及墙体开裂，甚至将桩体拉断，严重影响建筑物安全和使用。工程中一般采用堆载加固、抗浮锚杆或抗浮桩、浮力消除等方法进行抗浮设计。由于施工简单、布置灵活、受力合理、造价低廉等特点，抗浮锚杆越来越多地应用在工程中。本文通过某医院工程实例，详细阐述抗浮锚杆的设计与施工，为类似地下室抗浮设计提供参考。

Abstract： With the acceleration of urbanization， building space develops and extend underground. In some areas， where anti-floating water level is high， Water pressure may cause that the basement floor ruptures and cracks， the whole building floats up， the beams， columns and the wall cracks， and even the pile body is broken， which seriously affect the safety and use of the building. In engineering applications， anti-floating design is generally carried out by means of stacking reinforcement， anti-floating anchors or anti-floating piles， and buoyancy elimination. Anti-floating anchor has been applicated in more and more projects for its characteristics of simple construction， flexible layout， reasonable force and low cost. The paper elaborates on the design and construction of anti-floating anchors and provides reference in anti-floating design of similar engineering basement， through a hospital engineering example.

关键词：抗浮锚杆;土参数;抗拔;施工工艺;沉降监测

Key words： anti-floating anchor;soil parameters;pullout;construction technology;settlement monitoring

中图分类号：TU753                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）17-0108-03

0  引言

近年来建筑空间不断向下延伸，导致地下室底板标高远低于地下水位。水浮力往往造成地下室底板隆起开裂、建筑物整体上浮，甚至引起桩体受拉断裂。以往工程中常采用地下室堆载和抗浮桩设计方法，但存在以下问题：堆载适用于上部荷载、基础自重与浮力相差不大的情况;抗浮桩受力集中，容易引起地下室底板开裂，如果布置不当可能引起结构倾斜。相比于堆载和抗浮桩，抗浮锚杆施工工艺简单、造价低廉，能够均匀布置以减小底板内力和变形，因此大量运用在实际工程中[1]。本文对某工程上部结构和基础进行有限元建模，分析结构整体抗浮承载力、底板应力及变形，验算结构是否满足抗浮设计，并总结抗浮锚杆施工工艺及流程，为相似条件下的抗浮锚杆设计、施工提供参考。

1  工程概况

项目位于弥渡县县城北，北至弥川大道，东侧和南侧与杜营廉租房相邻，西侧为一空地。结构上部四层（局部五层），长509m、宽45.0m;地下室为两层，长65.4m、宽45.0m;总建筑高度22.30m，地下部分负一层4.5m、负二层3.6m。地基基础设计等级乙级，基础环境类别二 （a）类，主体采用钢筋混凝土结构，基础采用筏板+抗浮锚杆形式。室内正负零标高对应1676.2m。

拟建场地地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙型潜水。主要赋存于②1层圆砾、④层卵石层中;以②层粘土、③层粘土层、⑤层粘土层为相对隔水顶底板。据调查多年来水文资料显示，场地水文年变化幅度一般在0.5-1.5m之间，变幅较小。抗浮水位为1674.0m，地下室底板标高-8.8m，因此水位差为6.6m。采用盈建科1.8.3版本[2]对上部结构及基础建模如图1所示。

2  土参数及水文地质条件

依据钻探揭露深度内地层为第四系人工填土 （Q4ml）及和第四系冲湖积层 （Q4al+l），现分述如下：

2.1 人工填土 （Q4ml）

①杂填土：褐红、褐灰，主要由碎石、礫砂、粘性土、少量建筑垃圾及碎块石土组成，块石块径大，10-50cm，稍湿-湿、结构松散，欠压实;层厚2.2～6.3m，平均厚度4.25m，整个场地均有分布;

2.2 第四系全新统冲湖积 （Q4al+l）层

②粘土：褐灰色，稍湿、可塑，部分硬塑，含有少量砂粒，局部含角砾。层顶埋深2.2～6.3m，层厚5.8～15.9m，平均厚度10.35m，整个场地均有分布，承载力特征值fak=140kPa;②1圆砾：褐黄、褐灰、灰兰色，饱和，稍密，圆砾粒径一般0.3～1.5cm;砾石主要母岩成分为中～强风化的砂岩。层顶埋深13.2～16.5m，层厚0.8～1.6m，平均厚度1.28m，承载力特征值fak=320kPa;③粘土：灰兰、兰青、褐灰色;稍湿，可-硬塑;稍有光泽，干强度、韧性中等。顶板埋深12.3～21.5m，揭露厚度2.0～14.0m，揭露平均厚度7.72m，场地内均有分布。承载力特征值fak=160kPa。④卵石：褐黄、褐灰、兰灰-灰绿色，饱和，稍-中密，粒径一般2～5cm，含量约55～65%。层顶埋深17.8～29.3m，层厚3.2～7.1m，平均厚度4.71m，埋深相对深，承载力特征值fak=350kPa;⑤粘土：兰灰、灰绿、褐灰色;稍湿-湿，可-硬塑，局部见少量圆砾和卵石;粘性较强，干强度、韧性中等。顶板埋深21.5～34.5m，本次勘察未揭穿，承载力特征值fak=220kPa。项目岩土工程勘察报告中基坑支护影响范围内各土层的抗剪强度指标按表1取用。

3  抗浮锚杆设计

本工程的锚杆为永久性抗拔锚杆，共计142根。锚杆的抗拔承载力特征值为150kN，锚杆成孔直径Φ168，锚筋为20（HRB400级钢）。自底板垫层底起算，锚杆进入粘土层的深度不小于15m;如锚杆周边1m范围内垫层有高差（如集水井等），则以标高较低处起算。

根据地下室底板净浮力分布情况和结构受力特点，以减小底板弯曲应力为原则，在整个底板上小间距、均匀布置抗浮锚杆。由于基础柱处基底反力较大，可减少抗浮锚杆布置;基础布置中1～4纵轴、A～C水平轴区域无上部结构，应加大抗浮锚杆布置。锚杆大体上呈矩形布置，间距1.7～3.0m。该布置有效减小底板负弯矩，又可降低因个别锚杆失效而造成局部破坏，基础模型如图2。

将相应设计参数和地质资料录入软件，并根据《建筑结构荷载规范》GB5009-2012[3]组合相应荷载作用验算基础承载力、整体抗浮，并对基础底板进行配筋。

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011[4]和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[5]，验算非地震组合和地震组合下的地基承载力（表2）：

筏板区域（总面积2861平米）自重及压重之和190778Gk（kN），桩抗拔承载力之和19600PFk（kN），浮力作用值185478kN。

（Gk+PFk）/Nw，k=1.13<1.05，满足基础整体抗浮设计要求。

在基础柱区域，底板局部负弯矩较大;在抗浮锚杆作用下底板整体X、Y向弯矩较为平均，对应底板配筋面积可减少。

4  锚杆参数及施工工艺

4.1 施工工艺流程

①放点定位：先确定施工图轴线，然后根据设计图纸用钢卷尺放出每根锚杆的具体位置，误差不大于100mm。②锚杆制作：杆体组装应按设计图所示的形状、尺寸和构造要求进行组装，各条锚筋应相互平行顺直，下料长度误差不大于50mm[6]，钢筋连接采用机械连接在锚杆内部预埋第一次及第二次注浆管注浆PE管距离杆体底部不大于20cm第二次注浆管全长2/3范围内打孔并用胶带密封防止一次注浆灌入二次注浆管内。③成孔：钻孔应按设计图所示位置、孔径、长度和方向进行，并保持直线和设定的方位。锚孔垂直度偏差小于1%。成孔深度应比锚固长度深至少深50mm。施工过程中按成孔深度为15.5m进行控制。施工时应对照岩土工程勘探报告，严格控制好入岩深度。④清孔：成孔过程中，泥土随钻进过程洗出，当到预定孔深后，继续送水清理孔底泥渣。清孔完成后迅速拔出钻杆，安放锚杆杆体。对于湿式钻孔作业直至清水流出清孔结束。⑤下杆体：本次施工为全套管跟进法。下杆体前应检查杆体完整性，用汽车吊沿钻杆侧壁缓缓送入孔内，并用短钢筋悬挂使其居中并严格控制钢筋外露长度。⑥注浆：注浆管放置于杆体中心，随杆体一同放入孔中，注浆管端部距杆体端部宜为100-200mm。二次注浆管的出浆孔及端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内。按0.5水灰比配置浆液，注浆泵机与第一次注浆管连接，开启注浆泵注浆，水泥浆灌注量以流出的水泥浆液不含泥浆为准。⑦拔钻杆，注浆完成后拔出钻杆，拔钻杆过程中严禁钻杆在孔内旋转，尽量不扰动锚杆及孔四周土体为宜。⑧补桨，钻杆拔出后补充水泥浆，两次使用水泥浆量不小于理论体积的100%，且流出水泥浆液不含泥浆为准。⑨灌注C30混凝土，利用漏斗往孔内灌注制拌合格的细石混凝土。⑩二次高压注浆，待杆体混凝土初凝完成后进行二次高压注浆注浆压力不小于3.5MPa，注浆量不小于90kg/m，以从附近图层裂缝中挤出为宜。{11}养护：在养护期间不得碰撞锚杆。当孔内混凝土发生塌陷或收缩较大时应在孔口及时补灌相同强度的细石混凝土。完成注浆后28d内不得施工。

4.2 质量检测及底板变形检测

锚固体强度达到设计强度方可进行基本实验。锚杆的最大试验荷载为300kN，抗拔试验的数量为总锚杆数的5%，且不应少于5根。

试验采取分级加载法，荷载分8级，采用钢板锚固锚杆顶部，由千斤顶加载，有压表测定油压，根据率定曲线换算荷载，百分表测定上拔量。试验仪表的设置方式、试验过程中上拔量的测读程序、稳定标准、试验极限荷载判定及取值均按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）执行。每30条锚杆应制作一组浆体试块，每组6个，抗浮锚杆抗拔试验结果如表3。

本项目将抗浮锚杆与主体结构监测相结合，前两次监测数据如表4。

监测结果显示，主体结构在上部荷载作用下有少量沉降，随着时间推移沉降量减少，说明地下室整体抗浮设计满足规范要求。由于监测期间未有大的降水，地下水浮力影响较小，后期地下水位急剧变化时应及时测定。

5  结论

抗浮锚杆因为经济性和灵活性在结构抗浮中运用越来越多。当抗浮力和建筑自重相差较大时，采用抗浮锚杆可有效降低基础底板弯矩，减少底部配筋。在工程应用中应注重抗浮锚杆锚孔、锚杆制作工艺和后期检测。本文总结了某工程实例中抗浮锚杆设计、施工及后期检测，提出了适宜操作的施工工艺，为今后类似工程做参考。

参考文献：

[1]周宗道.锚杆在地下室抗浮加固中的应用[J].土工基础，2002（04）：18-20，23.

[2]北京盈建科软件股份有限公司.基础设计软件YJK-F用户手册及技术条件，2015，06.

[3]中华人民共和国国家标准.建.筑结构荷载规范（GB50009-2012）.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]中华人民共和国国家标准.建建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[6]中华人民共和国行业标准.抗浮锚杆技术规程（YB/T4659-2018）.2018：中国计划出版社.

作者简介：王国鹏（1989-），男，云南昭通人，總工程师，工程师，研究方向为项目管理;祁振东（1978-），男，云南昆明人，副总工程师，工程师，研究方向为项目管理;张东方（1992-），男，河南项城人，规划设计员，助理工程师，研究方向为项目管理。