抗浮锚杆的设计与应用

雷学锋

【摘要】当建筑自重及地面上的永久荷载标准值不能抵抗浮力（抵抗建筑物向上移位），可采用抗浮锚杆抵抗这些外力。浮力由锚杆钢筋传递给锚固体，再传递到基础。设计时既应保证锚杆不会从岩土中被拔出也应保证钢筋在锚固体中不被拔出。

【关键词】浮力;抗浮锚杆

1、引言

随着我国经济实力的增强，城市建设迅猛发展，城市空间需求急剧膨胀与空间资源有限这一矛盾日益突出。土地的合理配置成为急需解决的问题，向地下拓展空间成为重要手段，单层多层地下室已经越来越多，由于该类建筑面积大、基础埋藏较深，建筑层数相对较少，在历史最高地下水位、暴雨及地下水管破裂等情况下，结构自重不足以抵抗地下水的上浮力，地下结构抗浮问题日益突出。为此，作者从设计角度出发，探讨了抗浮錨杆的计算方法和设计步骤。

2、原理

抗浮锚杆一端锚固在地下室基础或底板，另一端锚固在地基土层中，当基础发生形变受力时，首先是锚固体钢筋与注浆体之间的作用将上拔力传至锚固浆体上，而后通过锚固浆体与周边土层之间的摩擦力将锚固浆体所受到的力传至周围稳定土体中去，从而形成一定抗拔能力，起到抗浮作用。

3、设计方法、步骤

目前关于抗浮锚杆的设计可以参照以下几种规范：《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中“岩石锚杆基础”部分、《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013有关锚杆的部分、《建筑工程抗浮技术标准》JGJ476-2019、广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2016、广东省标准《建筑工程抗浮设计规程》DBJ/T15-125-2017等。

下面以广东省标准《建筑工程抗浮设计规程》相关条文进行设计说明;

（1）选取锚杆钢筋，并根据钢筋强度计算锚杆轴向拉力标准值。

KbRt≤Asfyk

7.2.1 -4

式中：Kb-锚杆钢筋抗拉安全系数，取2;

Rt-锚杆抗拔承载力特征值;

As-纵向钢筋截面面积;

fyk-钢筋屈服强度标准值。

（2）根据锚杆抗拔承载力特征值计算锚杆在土体中的锚固长度，保证锚固体在土层中不被拉出。

Rt≤0.8Πdl∑liqrk，i

7.2.1-2

式中：d1--锚杆锚固段钻孔直径;

li--第1层岩体中锚固段长度;

Qrk，i--砂浆与第i层岩石间粘结强度特征值，可按广东省标准《建筑地基基础设计规范》表5.2.6取值;

（3）计算钢筋在锚杆体中的锚固长度，保证钢筋不会从锚固体中被拔出。

Rt≤nΠd2lsfs 7.2.1-3

式中：

n--钢筋根数;

d2-钢筋直径;

ls-钢筋与砂浆间的锚固长度;

fs-钢筋与锚固砂浆间的粘结强度特征值;

4、抗浮锚杆的布置

抗拔锚杆的布置方法有两种：地下室底板下均匀布置和集中布置。

（1）地下室底板下均匀布置：不考虑上部结构自重（仅考虑底板自重），根据锚杆的抗拔承载力特征值和浮力的大小计算布置间距。优点：地下室底板计算跨度小，板厚及配筋小;缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力，需要的锚杆较多，布置相对分散，地下室底板下的外防水施工比较麻烦。

（2）集中布置：集中布置在柱下或板跨中。优点：可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力，由于锚杆布置集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便;对个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有很强的抵抗力。缺点：地下室底板配筋较大。

（3）推荐布置方法：为充分利用上部结构传来的竖向力，方便底板外防水施工，防止个别锚杆失效对底板安全的威胁，建议采用集中布置。

1.对于一层地下室，由于浮力不大，尽量把锚杆布置在独立基础范围内。

2.对于两层以上的地下室，由于浮力较大，尽量把锚杆布置在柱网对角线交点范围，以形成底板支座，减小板计算跨度。

5、通过实例阐明计算方法、步骤：

例：某单层地下室，层高4 5米，柱网8.4mX8.4m，顶板覆土1.2m，顶板折算厚度0.3m，底板厚0.4m，抗浮水头4.8m，持力层为强风化花岗岩（软质岩），抗浮工程设计等级为甲级。

查建筑地基基础设计规范表5.2.6：取强风化花岗岩与锚固体间摩阻力特征值qsk=80Kpa。

（1）单根锚杆承载力特征值：钢筋选3Φ25，As=1472mm2

Rt=Asfyk/2=1472x400/2=294375N

（2）锚固体长度：锚固体直径取Φ170，

La=Rt/（0.8Πdl∑qrk，i）

=294375/（0.8x3.14x170x80）=8.6m

（3）验算钢筋在锚杆体中会否被拔出

ls=Rt/（nΠd2fs）

=294375/（3x3.14x25x1000） =1.25米

设计取锚杆抗拔承载力特征值280KN，锚杆长度取9米。

G=顶板自重+覆土重量+底板自重

=0.3X25+1.2X16+0.4X25=38.0KN/m2

Nw，k=48KN/m2

抗浮锚杆数量：n=（KwNw，k-G）*8.4*8.4/280=（1.1*48-38.0）*8.4*8/280=3.7根

6、设计说明：

（1）地下室抗拔锚杆为永久性锚杆，安全等级及使用年限同上部结构;

（2）锚杆钢筋采用HRB400，扦孔径D=170mm.用M30膨胀纯水泥浆（水泥浆中掺入水泥用量0.1%的铝粉）灌注保护，要求锚杆入强风化岩层9米：

（3）每根锚杆中的钢筋为3Φ25，抗拔承载力特征值为280kN;

（4）锚杆内钢筋接长采用双面搭接焊，焊缝长度5d;

（5）锚杆注浆材料一般选用灰砂比1：1-1：2，水灰比0.38-0.45的水泥砂浆或水灰比为0.5-0.55的纯水泥浆。浆体设计强度不应低于30MPa，注浆压力为0.5-1.5Mpa;

（6）锚杆钢筋防腐：一般腐蚀环境中的永久性锚杆，采用水泥浆或水泥砂浆封闭防腐，净保护层不少于30厚。严重腐蚀环境中的锚杆钢筋应采取特殊措施;

（7）抗拔锚杆的抗拔承载力应通过现场抗拔试验确定。试验锚杆数，土层锚杆不得少于3根，岩石锚杆不得少于6根及总数的5%。

参考文献：

[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.中国建筑工业出版社，2012.

[2]《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）.中国建筑工业出版社，2014.

[3]《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）.中国建筑工业出版社，2020.

[4]广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）.中国建筑工业出版社，2016.

[5]广东省标准《建筑工程抗浮设计规程》（DBJ/T15-125-2017）.中国建筑工业出版社，2017.