抗浮錨索在地下室加固中的應用及計算分析

王雷

（山西省第二建筑設計院 山西長治 046000）

近些年來，隨著城市建設的快速發(fā)展，城市用地問題顯得日益緊張，如何有效解決利用顯得尤為重要。除了提升建筑物高度充分利用上層空間外，大量帶有地下室的高層建筑物、地下車庫、下沉式廣場以及地鐵、地下商場等對地下空間的利用也在不斷向深度方向發(fā)展。地下建筑物、構筑物的大量出現(xiàn)使得地下建筑的抗浮問題變得越來越突出。尤其是在地下水水位較淺且含量豐富的南方地區(qū)，由地下水水浮力所造成的建筑物、構筑物上部結構發(fā)生傾斜、倒塌的事故屢屢出現(xiàn)。

當建筑物的荷重不足以抵抗地下室所受的浮力或地下室局部受力單元的垂直荷重不足于抵抗浮力時，就必須采取抗浮加固技術措施。目前我國很多地下工程都在用抗浮錨桿來抵抗地下水浮力?？垢″^桿是地下室抗浮設計中較為常見的技術措施，尤其在加固工程中采用預應力錨索，可以對鋼絞線施加預應力，防止二次變形。根據(jù)以往施工完成的工程經(jīng)驗來看，加固效果明顯，經(jīng)濟效益顯著。本文將以某上浮的地下室為例，介紹預應力錨索在地下室抗浮加固中的應用方法，對其進行抗浮驗算。

1 工程概況

某工程所在城市夏季多雨，地面以上建有多棟高層住宅，地下一層連成一片，局部設計成大面積純地下室結構，純地下室周圍又有多棟多層建筑。地下室為公共停車場，基礎形式為樁筏基礎。地下室頂面有1.25m覆土，頂板厚160mm，底板厚400mm，該項目現(xiàn)已投入使用。2015年6月該市突降大暴雨，該地下室局部區(qū)域底板發(fā)生隆起現(xiàn)象，且梁柱節(jié)點及柱底混凝土均有開裂。如圖1所示。

2 事故原因分析

據(jù)悉，建設方于2015年8月委托某建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督檢測單位對該地下室區(qū)域的混凝土結構進行了實體檢測，檢測結果顯示該區(qū)域混凝土強度及鋼筋配置基本符合設計要求。根據(jù)現(xiàn)場勘察結果，判定本次事故是由于暴雨天氣突然大量降水導致地下水位明顯升高，該區(qū)域抗浮承載力不足引起的。目前地下室存在的主要問題如下：

圖1 地下室現(xiàn)場圖片

（1）部分柱由于地板隆起導致傾斜，且梁柱節(jié)點和柱底部出現(xiàn)開裂。

（2）地下室底板隆起且滲水嚴重，預計存在大量的裂縫。

（3）地下室頂板局部存在開裂及滲水現(xiàn)象。

3 地下室抗浮驗算

3.1 荷載取值

3.1.1 地下水設防水位的確定

根據(jù)《地勘報告》，地下水設防水位建議值的相對標高為-2.65m。然而根據(jù)工程經(jīng)驗，若地下水位處于該標高高度，一般不會發(fā)生如本工程出現(xiàn)的地下室出現(xiàn)明顯隆起、框架柱傾斜嚴重的情況。當該建筑物處于雨季高峰期時，地下水位可能高于設防水位建議值，因此建議按地下室處室外地坪即-1.850m標高考慮設防水位。

3.1.2 其他荷載

本次計算僅針對水浮力工況參與的組合進行計算，不考慮風荷載以及地震作用，地下室底板附加恒載取值1.5kN/m2（由委托方提供），上部覆土重度取為16kN/m3，厚度為1.25m。

3.2 驗算結果

根據(jù)地下室現(xiàn)場破壞情況顯示，破壞嚴重區(qū)域地下室底板隆起明顯，初步判定與該塊底板相連的原PHC預應力管樁也隨之發(fā)生了向上滑動甚至發(fā)生斷樁，由于PHC預應力管樁的現(xiàn)狀不明，因此本加固設計不考慮原PHC預應力管樁抗拔承載力?；谝陨蟽牲c的考慮，恒載作用下柱底內(nèi)力標準值小于水浮力設計值，因此地下室該區(qū)域局部抗浮不滿足設計要求。

4 加固設計方案

結合上述計算結果及我現(xiàn)場勘查結果，該地下室該區(qū)域存在以下問題：

（1）地下室局部抗浮不滿足設計要求。

（2）部分柱由于底板隆起導致傾斜，且梁柱節(jié)點和柱底部出現(xiàn)開裂。

（3）地下室底板隆起且滲水嚴重，預計存在大量的裂縫。

（4）地下室頂板局部存在開裂及滲水現(xiàn)象。

針對上述問題，本工程采取下述加固方法進行加固設計：

（1）對局部抗浮不滿足設計的情況采用框架柱底新增預應力抗浮錨索與底板新增疊合層組合的方法進行加固。

（2）對由于底板隆起導致傾斜且梁柱節(jié)點和柱底部出現(xiàn)開裂的框架柱采用增大截面法加固，同時可以修正柱傾斜現(xiàn)象并對梁柱節(jié)點及柱底開裂進行修復加固。

（3）對于出現(xiàn)裂縫的地下室底板采用化學灌漿處理。

（4）對于出現(xiàn)裂縫的地下室頂板采用化學灌漿處理，并沿裂縫垂直方向粘貼碳纖維布。

5 加固驗算

根據(jù)加固內(nèi)容，本工程需對預應力錨索抗拉承載力、錨索面積以及錨索長度進行計算確定，并對加固后地下室底板抗沖切進行驗算。

5.1 新增抗浮錨索

新增錨索抗浮力計算考慮地下室底板新增疊合層自重的有利影響。經(jīng)計算，本次設計按每個柱底設置4根預應力抗浮錨索考慮，即每個錨索抗浮力為300kN。

5.1.1 抗浮錨索截面積計算

根據(jù)《巖石錨桿（索）技術規(guī)程》（CECS22：2005）7.4.1條計算，預應力抗浮錨索采用3φ15.2高強度低松馳鋼絞線，鋼絞線強度為1860MPa，鉆孔直徑不小于150mm。

5.1.2 抗浮錨索長度計算

以新增預應力錨索MS1長度計算為例，根據(jù)《建筑樁基設計規(guī)范》（JGJ94-2008）、《廣東省標準建筑地基基礎設計規(guī)范》（DBJ15-31-2003）以及委托方提供的《地勘報告》，以鉆孔ZK120為例，ZK120在自由段以下地質(zhì)情況見表1所示。

表1 ZK120錨索自由段以下地質(zhì)情況表

經(jīng)計算，錨固段長度為13m，錨索入土總深度為20.56m，綜合其他鉆孔點計算結果，錨索MS1長度暫定不低于24m，錨索入全風化及強風化花崗巖長度不得少于8m。

5.2 新增預應力抗浮錨索對底板沖切驗算

根據(jù)《建筑樁基設計規(guī)范》（JGJ94-2008）5.9.8條，增加150mm厚疊合層后，地下室底板滿足抵抗預應力錨索沖切的設計要求。

6 結語

多層地下室水浮力較大，如果采用普通的樁基礎，僅僅靠樁基礎的摩擦力進行抗浮，往往造價大、工期長。而采用預應力錨索作為抗浮的技術措施，可以將水浮力通過高強鋼絞線傳遞到巖層大地體中；且可以利用錨索后置施工的特點安排整個工程的先后施工順序，對工程的施工建設起到較為積極的作用。本工程加固施工完成后，經(jīng)長時間觀測，沉降量較小，滿足相應規(guī)范的要求，因此，實踐證明抗浮錨索在此工程中得到了較好的應用，取得了良好的經(jīng)濟效益和使用效果。

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