地下室抗浮锚杆的设计分析

周昱哲

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

1 引言

近年来，城市建设中地下空间成为了一大重要发展方向，在提高土地利用率等方面发挥着重要作用。然而，从地下室实际建设情况来看，一些工程质量事故频繁发生，其中，地下室上浮最为常见。近些年，抗浮锚杆的应用在地下室抗浮工程中已经成为一种必然趋势，其具有工艺简单、施工方便、节约成本等优势。

2 地下室抗浮设计概述

随着我国城镇化建设的不断推进，带有地下室的高层建筑、地下商场和地下车库等地下建筑物大量涌现。地下室在施工过程中容易由于设计疏失或施工大意而出现上浮、倾斜等事故。地下室上浮会影响结构的正常使用及安全，如图1所示，为地下室突然上浮后底板隆起、地下室顶板梁柱结合部位变形、隔墙拉裂变形严重。因此，做好抗浮设计十分关键。

图1 地下室顶板梁柱结合部位开裂

在进行地下室抗浮设计时，不仅需要扎实的专业知识，还需要丰富的设计经验，从整体抗浮和局部抗浮两方面入手，保证抗浮的有效性。尤其是地下水位对浮力影响较大，设计过程中需要结合实际情况及时调整抗浮设计方案，实现抗浮设计作用的最大化。根据地下室抗浮设计实践情况来看，大部分地下工程的抗浮问题通过建筑物自身重力法、抗浮灌注桩或抗浮锚杆技术解决。建筑物自身重力法主要是通过加大钢筋混凝土内部底板层厚度平衡地下水的内部浮力，但在经济上不太合理。抗浮灌注桩大多数是采用一种人工自动挖掘钻孔灌注桩或采用机械自动钻孔灌注桩。灌注桩的缺点主要是材料造价高，需要的建筑物底板较厚。抗浮锚杆在地下室的应用，主要是将锚杆嵌入岩土体，锚杆与岩土层成为一体，达到提高结构抗浮力的目的。由于抗浮锚杆结构的水平间距小，地下室锚杆底板结构可做得较薄，锚杆的结构造价相对较低，因此，可有效节省整个抗浮锚杆结构工程造价。近年来，抗浮锚杆凭借结构受力合理、施工简单及造价低等优点，在抗浮设计中得到广泛应用。

3 地下室抗浮锚杆工作原理与类型分析

3.1 工作原理

抗浮锚杆基本工作原理如图2所示。

图2 抗浮锚杆工作原理

根据阿基米德原理，建筑物基底处地下水水头压力超过基底荷载，将发生上浮事故。地下室设计时采用抗浮锚杆，锚固体可通过锚杆杆体与基础底板牢固连接，若结构自重无法抵抗地下水浮力，则基础底板、锚固与杆体均将出现上移趋势。此时，通过周围岩土体可对锚固体进行约束，锚杆无法有效上移，达到抗浮的效果。抗浮锚杆主要有三种布置形式。

（1）建筑结构自重与浮力差距较小时，可设计为集中点状布置形式，以柱、墙下为主，底板区域布置时，需计算防水板配筋、强度参数，并根据计算结果进行抗浮锚杆布置。

（2）建筑结构中梁板结构体系自重与浮力差距较小时，可设计为集中线状布置形式，与集中点状布置相比锚杆更为集中，可有效增强地下室抗浮特性。

（3）建筑结构自重与浮力差距较大时，可设计为面状均匀布置形式，将抗浮锚杆集中布置在地下室底板以下区域。

3.2 抗浮锚杆类型

抗浮锚杆已在我国应用30多年，在地下室、地下车库、地下商业综合体抗浮设计中均有抗浮锚杆的成功使用经验。根据不同划分依据，可将抗浮锚杆分为多种类型。

（1）以锚固长度为划分依据，可将抗浮锚杆分为两种：一是集中锚固类。锚固装置或杆体仅有一部分与锚孔壁接触。二是全长锚固类。此类锚杆则是锚固装置或杆体全部与锚孔壁接触。

（2）以是否施加预应力为划分依据，非预应力锚杆虽然控制变形能力较多，但是，施工更为简单，且整体造价较低。

（3）以杆体材料为划分依据，如钢筋材料、纤维增强复合材料（FRP）。

4 实例探析地下室抗浮锚杆的设计

4.1 工程概况

本项目为某住宅小区工程，场地地形高差较大，共计10栋高层住宅，地上21～25层；地下2层，层高3.6m、3.5m。本工程室外场地、基底的绝对高程分别为88.60m、79.70m，抗浮设防水位85.55m，水头高度为5.85m。此次抗浮设计等级为甲级，抗浮稳定安全系数为1.1。

4.2 抗浮锚杆设计

本工程抗浮锚杆设计主要参考《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019），具体设计计算情况如下。

4.2.1 整体稳定性验算

根据《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）中第3.0.3条对地下室整体稳定性进行计算，具体计算结果见表1。

表1 抗浮力汇总表

本工程的水头高度为5.85m，浮力设计值为58.5kN/m2，而由上表可得抗力设计值为50.37kN/m2，抗浮稳定性明显不足，必须设置抗浮构件。

结合上述数据，对抗浮构件单位面积需提供的抗拔力特征值进行计算：R=58.5×1.1-50.37=13.98kPa。同时，本工程标准柱网为7.8×6.25m，决定采取单个柱墩下设置2根锚杆的方案，锚杆承载力特征值为350kN。

4.2.2 地质情况

查阅勘察报告可得，底板土层分布如下：③层粉质黏土，硬塑，厚度3.5～4.0m；④层全风化花岗岩；⑤层强风化花岗岩。分别采用标准贯入试验、重型动力触探试验，击数为21～29击、32～50击。

4.2.3 抗拔承载力计算

结合本地施工经验，确定锚杆直径为180mm，经计算确定锚杆长度10m，其中，自由段、锚固段分别为4m、6m。

4.2.4 杆体强度验算

本工程选用的是PSB1200预应力螺纹钢筋φT32，预应力钢筋截面面积为804mm2，屈服强度标准值、抗拉强度设计值分别为1 200MPa、1 000MPa，经由计算显示，张拉阶段锚杆筋体受拉承载力为783N/mm2，处于1 000N/mm2范围内。

4.2.5 锚杆顶部开裂验算

本工程锚杆顶部开裂控制值为435N/mm2，当预应力锚杆张拉控制荷载取1.5倍锚杆抗拔力特征值时，需将钢绞线的张拉控制应力值控制在653N/mm2，以此保证锚杆安全施工与使用。

4.2.6 承载体局压区承载力验算

本工程中，杆体、承载体、筋体的直径分别为180mm、120mm、32mm，经计算，浆体受压净面积为12 462mm2。参考相关规范与工程经验，有侧限锚固体抗压强度增大系数取2.0，杆体轴心抗压强度标准值为30N/mm2，经计算可得，承载体局压区承载力为373kN，超过单根锚杆的承载力特征值350kN。

5 结语

综上所述，地下室抗浮设计中，抗浮锚杆是一种有效的方法，结合实践经验总结，抗浮锚杆施工便利、进度快、造价低廉，可有效防止地下室上浮、变形等问题出现。在抗浮锚杆设计中，需要对工程地质条件、地下水分布情况等进行综合分析，保证抗浮锚杆方案安全适用、经济合理，确保建筑物整体可靠运行。