某地下室抗浮锚杆设计与试验研究

宋园园 申振华

(1.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西 西安 710054； 2.陕西省建筑科学研究院，陕西 西安 710000)

随着经济建设的迅速发展，城市空间的紧缺，地下建筑物成为了未来发展趋势。由于地下水位高，上部建筑自重不足以抵抗浮力，造成了地下室底板上浮变形，给基础造价、施工工期造成很大影响。因此，抗浮问题成为了地下结构设计中的一个重要课题。解决地下室抗浮问题可采取压重法、抗浮桩或抗浮锚杆。相对前两者，抗浮锚杆具有施工工艺简单、受力明确、造价低等优点，有效地保证了建筑结构的安全性，体现了抗浮锚杆在抵抗地下室底板所承受的地下水浮力的经济技术优越性。

1 工程概况

本工程由1号～9号高层和商业、地下室组成。规划总建筑面积196 662.74 m2，其中地下建筑面积43 444.77 m2。该场地地层主要由第四系人工填土、粉质粘土、粉土、细砂、卵石等组成。抗浮区域基础埋深在-10 m以下，涉及的土层基本为中密以上的卵石土。地下水水位埋深568.44 m～571.41 m。场地地下水位丰、枯水期季节水位变化幅度为1.50 m～2.00 m左右，历史最高水位为564.00 m。由于绝大部分楼层基础均位于地下水位之下，所以本工程采用抗浮锚杆措施。本工程抗浮锚杆施工现场如图1所示。

2 抗浮锚杆设计

2.1 抗浮范围

整个建筑物地下部分，除筏板基础、1区、3区和后浇带范围之外，均需考虑抗浮。需进行抗浮处理的区域面积约13 785 m2。

2.2 抗浮力标准值计算

计算抗浮力标准值F按式(1)计算：

G+F≥KfV

(1)

其中，G为地下建筑物结构及覆土自重，kN/m2；F为抗浮力标准值,kN/m2；V为地下水浮力,kN/m2；Kf为抗浮安全系数，一般取值1.05～1.10。

经过抗浮分析计算，需提供的抗浮力标准值F=54 kN/m2。则抗浮区域总抗浮能力不小于744 390 kN。初步按2 m×2 m计算，所需锚杆总数为3 447根。实布设锚杆3 748根。Nak=锚杆总抗浮能力/锚杆总根数=216 kN。

2.3 锚杆钢筋截面面积计算

根据GB 50330—2002建筑边坡工程技术规范第7.2条，锚杆截面面积可根据式(2)确定：

(2)

其中，Na为锚杆轴向拉力设计值,kN；Nak为锚杆轴向拉力标准值,kN；γQ为荷载分项系数，可取1.30;As为锚杆钢筋截面面积,m2；ξ2为锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69；γ0为工程重要性系数，取1.1；fy为锚筋抗拉强度设计值,kPa，取335 MPa。

计算所需锚杆钢筋截面面积As为1 336 mm2，采取3根25的HRB335螺纹钢筋，总面积为1 471 mm2。

2.4 锚杆锚固长度计算

根据GB 50330—2002建筑边坡工程技术规范第7.2条，锚固长度可根据式(3)确定：

(3)

其中，la为锚杆锚固长度,m；ξ1为锚固体与地层粘结工作条件系数，永久锚杆取1.00；ξ3为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值,kPa，永久性锚杆取0.60；D为锚固体直径，取150 mm；d为锚杆钢筋直径,m，取0.025 m；frb为地层与锚固体粘结强度特征值,kPa，取115 kPa；fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值,kPa，取1.68 MPa；n为钢筋根数。计算取两者较大值，锚固长度la=6.2 m。

2.5 锚杆抗拔承载力特征值

根据《建筑地基基础设计规范》6.7.6，对于永久性锚杆，计算锚杆抗拔承载力特征值:

Rt=ξfurhr

(4)

其中，Rt为抗拔承载力特征值,kN；ξ为经验系数，取0.8；f为水泥砂浆与岩土层的粘结强度特征值,kPa；ur为锚杆的周长,m；hr为锚固段嵌入岩层中的有效锚固长度,m;Rt≥216 kN。

2.6 锚杆总长度计算

锚杆自由段长度，以确保锚杆能嵌入基础地面以上1/3～1/2为准，并考虑留250 mm以上的弯头。本工程基础厚(高)0.5 m，取自由段长度为1 000 mm。所以锚杆总长度为7.2 m(见图2)。

3 锚杆抗拔试验

本工程按规范对场地内3根锚杆进行了抗拔基本试验。试验加载采用循环加、卸载法，每级读数3次，读数稳定后方可进行下一级加载。该3根抗浮锚杆分六循环加载至最大试验荷载564 kN，各循环锚头位移均满足实测弹性位移(Se)，大于锚杆80%自由段长度理论弹性伸长值(S1)，小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长量(S2)，在最大试验荷载下锚头位移趋于稳定。本工程抗浮锚杆抗拔力设计值达到282.2 kN。试验锚杆在各级荷载作用下的荷载—位移曲线(Q—S)、荷载—弹性位移曲线(Q—Se)、荷载—塑性位移曲线(Q—Sp)如图3所示。

4 锚杆抗拔验收试验

工程按规范对场地内的129根试验抗浮锚杆进行验收试验，结果表明，在0.5 Nt～1.5 Nt荷载范围内，129根试验抗浮锚杆均满足S1

5 结语

锚杆设计应结合工程实际情况以及建筑所在场地地质条件进行锚杆参数设计。并且按照规范对锚杆进行抗拔基本试验，根据荷载—位移曲线，抗浮锚杆抗拔力设计值达到282.2 kN，满足设计要求。工程对129根锚杆进行验收试验，均满足设计要求。工程实践证明，抗浮锚杆具有施工工艺简单、工期短、造价低等优点，是解决地下室抗浮问题比较经济、合理的方法。对于地下室抗浮设计具有一定的实际指导意义。