某地下室抗浮加固方案的研究

龙海芳

贵州民族大学人文科技学院

1 引言

随着城市建设的发展，土地资源紧张，地下空间的开发和利用极其重要，现今地下室已广泛存在于各类建（构）筑物中。由于地下水文情况较为复杂，地下室修建应充分考虑地下水作用，当结构自重不足以抵抗地下水浮力作用时，需考虑抗浮设计。根据实际工程情况的不同，采用抵抗浮力的方法也不同。现今对于新建建筑的抗浮设计方法主要有配重法、降排水法、抗拔桩及抗浮锚杆等[1]。抗浮锚杆由于工期短、施工方便、经济性好、受力合理等优点，近几年来得到广泛的应用。但是国家现行规范对于抗浮锚杆的设计没有明确统一的意见。针对抗浮锚杆的分析，于岷红[2]等研究了锚杆的设计方法，并提出了锚杆的三种布置方式，但是并没有详细介绍各种方式的适用情况。马竹青[3]介绍了基础抗浮锚杆设计可选用的3本规范，但是没有指出计算时最适合的规范。对于既有建筑的抗浮加固[7-8]，也不是很多。本文以某大厦为例，提出不同于文献[2]锚杆布置方式的第四种布置方式，在板跨度的1/3处布置从而减小地下室底板的梁、板的弯矩，应用ETBAS和MIDAS分别对该地下室底板进行局部抗浮和整体抗浮分析，并指出在计算锚杆时《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）、《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）和《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22 2005）三本规范的不同。

2 工程概况

某大厦为部分框支剪力墙结构，地下4层，地上32层，±0.000相当于绝对标高1333.30m，地下4层为车库，1至3层为商场，4层为转换层，5层以上为住宅；基础采用柱下独基、墙下条基及人工挖孔桩，结构嵌固端为地下室顶板。设计单位取抗浮水头为3.3米进行抗浮设计，最大抗浮水位为1323.30m。由于实际地下水位高于设计取用抗浮水位，导致在上部结构修建过程中，地下室部分柱、梁和底板发生破坏。该场地的地下水是由地下溶洞不断涌出产生，考虑工期和经济等因素，不能采用降排水的方法，因此考虑采用抗浮锚杆的加固方法。

3 加固方案

根据地勘报告，取最大抗浮水位为场地地下水历史最高水位，即1328.50m，非消防水池取抗浮水头为8.85m，消防水池取抗浮水头为10.2m。根据提供的设计资料，针对本地下室底板局部抗浮不足的情况，可先释放地下水对底板的浮力作用，然后在底板布置锚杆，以便减小底板梁、板的弯矩。

于岷红[2]对某地下室的抗浮中介绍了三种锚杆的布置方式，（1）集中点状布置，将锚杆布置在柱下独立基础范围内；（2）跨中布置，将锚杆布置在地下室底板四周的梁的跨中；（3）面状均匀布置，将锚杆均匀布置在地下室底板；对比三种锚杆的布置方式，第一种适合整体抗浮，第二种对于减小梁的弯矩比较明显，第三种方法比较是符合本工程局部抗浮的要求。本文在上述三种锚杆的基础上提出第四种锚杆的布置方法，将锚杆布置在板跨度的1/3处。

图1 锚杆均匀布置图图

图2 锚杆板跨1/3处布置图

运用MIDAS对地下室底板进行局部建模分析，图1为锚杆均匀布置，称为模型1，图2为锚杆布置在板跨的1/3处，称为模型2，计算结果显示，工况为1.0恒载+1.0浮力，底板弯矩：

工况为1.0恒载+1.0锚杆+1.2浮力，模型1的板底弯矩：

模型2的底板弯矩：

工况为1.0恒载+1.0浮力,梁弯矩：

工况为1.0恒载+1.0锚杆+1.2浮力，模型1的梁弯矩

模型2的梁弯矩：

通过对比分析表明，两种锚杆的布置方式，底板的弯矩都明显减小。但是锚杆布置在板跨1/3处时，梁的弯矩减小程度要比均匀布置的时候大。由于本工程地下室底板梁的底部

配筋均比较小且不能加固，可以考虑通过板面增大截面的方法能够抵抗板的负弯矩，同时可以采用锚杆布置在板跨的1/3处来减小梁的弯矩。

4 局部抗浮

将锚杆布置在板跨的1/3处，采用MIDAS和ETBAS对地下室底板进行建模分析，从表1看出，MIDAS和ETBAS的计算结果比较接近，梁和板的弯矩均小于原结构本身所能抵抗的弯矩，证明将锚杆布置在板跨的1/3处的可行性。同时从使用安全、软件运用和设计简便等方面考虑，采用MIDAS软件作为抗浮锚杆加固设计的计算软件是比较合适的。

5 整体抗浮

与局部抗浮模型相同，用MIDAS和ETBAS同时对结构进行整体抗浮计算，整体模型重点在于考虑主体结构地下室与纯地下室相交处，梁和板的内力变化，以及纯地下室部分柱子是否会被浮力作用顶起，主体结构地下室的柱子，由于上部主体结构楼层较高，不会被顶起，所以模型仅建出部分主体楼层。

综合对比表1的结果表明，整体模型与局部模型的计算结果比较接近，再次验证，采用MIDAS软件作为抗浮锚杆加固设计的计算软件是比较合适的。

主体结构地下室与纯地下室相交范围处梁和板的内力以及主体结构地下室与纯地下室部分柱子的内力。主体结构地下室与纯地下室相交的范围，浮力作用下受力比较复杂，需考

虑相交范围内梁和板是否会破坏，MIDAS计算结果显示，在锚杆作用下，地下室相交范围内梁、板的弯矩均小于原地下室底板梁、板所能承受的弯矩。整体模型在1.0恒载+1.0活载作用下，纯地下室部分柱子轴力：

主体结构部分柱子轴力：

在1.0恒载+1.0活载+1.05锚杆作用下，纯地下室部分柱子轴力：

主体结构部分柱子轴力：

说明锚杆很好的抵消了浮力产生的向上的反力，证明将锚杆布置在板跨1/3处位置的方法的可行性。

表1 局部抗浮与整体抗浮计算内力

6 锚杆计算

分别按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）、《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）和《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22 2005）三本规范计算，后文分别简称为第一本规范、第二本规范和第三本规范，计算内容为单根锚杆的承载力特征值、锚杆钢筋截面面积和锚杆锚固体入岩长度、底板的抗冲切计算和局部抗压。此工程选取消防水池底板进行计算，锚杆承载力特征值：

锚杆钢筋截面面积和锚杆锚固体入岩长度，第一本规范计算结果：

锚杆筋体等效直径为；第二本规范计算结果：

第三本规范计算结果：

对比上述三本规范计算结果，锚杆钢筋截面积按第二本规范比第三本规范的计算结果大，综合考虑计算筋体截面面积时可按第二本规范进行计算。锚杆锚固体入岩深度按第二本规范和第三本规范计算的结果是一样的，但是按构造要求来看第三本规范构造要求更为保守，所以当计算锚杆锚固体入岩深度时，可采用第三本规范进行计算。

7 结语

对该地下室进行抗浮加固设计分析，得出以下几点结论：（1）将抗浮锚杆布置在板跨的1/3处，可以减小板和梁的弯矩。（2）抗浮锚杆设计时，锚杆的具体数值按三本规范计算结果取大值，本工程锚杆体筋体截面可按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）进行计算，锚杆锚固体入岩深度时，可按《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22 2005）进行计算。（3）抗浮锚杆加固建模计算，MIDAS和ETABS对比显示，采用MIDAS软件能很好地模拟地下室的实际情况。