某工程地下室抗浮錨桿的設計分析

楊俊杰

（泉州市住宅建筑設計院　福建　泉州　362000）

某工程地下室抗浮錨桿的設計分析

楊俊杰

（泉州市住宅建筑設計院福建泉州362000）

隨著建筑業的發展，地下空間的開發規模越來越大，不論是帶有地下室的裙房，還是單建式的地下室，都呈現出越來越多的趨勢，地下室的面積不斷擴大，尤其是深度日益加深。一些建筑的地上層數少，地上結構的自重無法對地下水浮力進行有效的抵抗，地下室基礎通過設計錨桿解決抗浮問題成為工程建設的一項重要施工措施。與抗拔樁相比，抗浮錨桿的造價低且施工便捷，在工程建設中的應用得到了相關部門的高度認可。本文就某工程地下室的抗浮錨桿設計進行了深入研究，以供同行業朋友相互參考借鑒。

地下室；自承重防水底板比較；抗浮錨桿；設計

當前，各地為了有效解決城市空間的不足，建筑物的基礎埋置深度日益增加，地下停車庫的建設遍布城市建設發展的每一個角落，因此基礎抗浮力問題日益受到人們的重視。雖然，建筑地下室的建設引出了大量抗浮措施的應用，為工程建筑的造價、工期，以及施工方法等增加了一定的難度，但是地下室底板的抗浮設計已經發展成為工程設計的重要組成部分，不僅能夠影響建筑結構的正常使用，而且成為提高建筑施工安全性的保證。

1　水浮力對地下室底板結構的作用與影響

1.1水浮力對地下室底板結構的作用

水浮力對建筑地下室底板結構的作用主要體現在安全性能上，即水浮力對地下室鋼筋混凝土結構的作用。在地質報告中，最經常提出的兩個水位是抗浮水位與設防水位。地下水浮力對于建筑地下室底板結構的作用一共有三種情況：第一種情況是筏板作為基礎，地上建筑結構的重量基本持平，此時如果水浮力比地上建筑結構的重量大，地下室底板則呈現出如圖1（a）的變形，圖中標注的水位是抗浮水位；第二種情況是樁筏作為基礎，地上建筑的結構重量基本持平，此時，地下室底板會受到向上的均布水浮力的作用，地下室底板呈現出如圖1（b）的變形，與第一種情況的變形相同；第三種情況是樁筏作為塔樓基礎，筏板為裙房基礎，地上建筑結構的重量具有非常大的差別，此時塔樓的重量通常比水的浮力大，裙房具有相對較小的重量，所以基礎上浮的情況可能會出現，如圖1（c）所示。

圖1　水浮力對地下室底板結構的作用

1.2水浮力對地上建筑結構的影響

以上內容敘述的水浮力對建筑地下室底板的作用的三種情況中，不論是哪一種情況，只要水浮力較大時，地下室底板都會由于受到水的浮力而產生相對較大的內力。當地下水的水位出現下降時，水的浮力則會減小，相應地實現水浮力對地上建筑結構的減負。與此同時，地下水浮力對建筑地下室的結構安全也有著非常大的影響，通常會導致結構破裂、結構隆起，以及結構變形等情況的發生。從理論上來說，當地下水位較低、地下室較深，且地上建筑層數不多時，高層建筑的地下室結構將不能夠抵抗地下水浮力，因而需要對地下室結構、尤其是自承重底板結構進行科學的設計。

2　地下室底板抗浮錨桿的施工重點

在地下室底板抗浮錨桿的全面施工之前，工程建設方、施工方、設計方要先選擇三個錨桿進行試驗，把通過試驗得到的數據作為設計調整與施工指導的重要依據。根據工程的現場施工情況，試驗應選擇在鉆探孔的邊緣，而且選擇的位置的殘積土層要比較厚。在進行錨桿極限抗拔試驗時，最好選擇設計特征值的兩倍，如果操作正確，試驗結果則會顯示出穩定的錨桿頭位移，而且不會有破壞現象出現，能夠滿足各項要求。

在地下室底板鉆孔施工之前，要先把對中支架調整好，使用均勻的保護層確保握裹體的完整性。在鉆進時，泥漿的性能會隨著鉆孔的變化而變化，工作人員要能夠確保泥漿性能調整的及時性與有效性，進而為鉆進的正常進行提供保證。

抗浮錨桿要在注漿之前放進去，插孔深度要大于或者等于錨桿長的95%。同時，要避免桿體損傷與油漬外濺，不能出現彎曲或者出現扭壓，如果需要連接則采用機械連接法。在進行注漿時，要自上而下灌注。

3　泉州東海濱城一期U地塊地下室底板抗浮錨桿的設計及底板比較設計

3.1工程概況

泉州東海濱城一期U地塊工程主樓有2幢32層和2幢39層的高層建筑，裙樓3層，建筑物的使用功能為商住，設整體兩層地下室，地下室范圍外擴于主樓和裙樓邊界外，四樓共用二層地下室。該建筑主樓與附屬樓的結構形式不同，主樓采用鋼筋混凝土剪力墻的結構，附樓采用鋼筋混凝土框架的結構。同時，此建筑工程施工所在區域抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度值為0.15g，所屬的設計地震分組為第三組。根據設計地震分組及場地類別，按《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）5.1.4條確定場地特征周期0.45s。基礎設計的等級為甲級。基礎持力層選擇在中風化花崗巖⑨（含中風化輝綠巖⑨1），主樓與裙樓和純地下室相連，裙樓和純地下室部位的基礎持力層宜同主樓。經過工程設計方與施工方的共同研究，此工程采用鋼筋混凝土的柱下獨立基礎及墻下條形基礎進行基礎工程的施工，工程設計方在設計地下室底板結構時，應用抗浮錨桿。

3.2地下室底板設置抗浮錨桿后的實際效果

3.2.1明確布置方案

抗浮錨桿與一般基礎樁不同，自身特有性能明顯。在進行工程地下室底板的抗浮錨桿設計時，不僅要將錨桿的剛度、柱距考慮到，而且也要將地下水的浮力、地下室底板的厚度考慮其中。地下室底板的抗浮錨桿布置成矩形的網狀，能夠承擔凈浮力。

3.2.2抗浮錨桿取值

根據建筑基礎施工的相關設計規范及《結構技術措施2009——地基與基礎》本工程錨桿鋼筋為φ32。裙房部分有3448根，主樓下859根。單根錨桿抗拔承載力特征值為153kN，錨桿施工前應進行抗拔承載力試驗。施工后應進行抗拔承載力檢測，具體數量不得少于錨桿總數的3%，且不少于5根。錨桿具體做法詳錨桿大樣圖如圖2。

圖2　錨桿大樣圖

3.2.3地下室底板比較

在此工程中由于地下室底板下土層為中風化花崗巖及中風化輝綠巖，如按不設置抗拔錨桿針對底板進行抗浮設計，板厚均不小于800mm，按800mm厚取值計算結果為柱上板帶最大負彎矩為416kN·m/m，配φ18@200通長附加φ20@200，最大裂縫為0.186mm，跨中板帶最大負彎矩為163kN·m/m，配φ18@200，最大裂縫為0.162mm。不僅板厚截面大增加了施工開挖巖石的難度，配筋也隨之加大；實際設計中就采用了在柱下基礎范圍外的底板內加設抗拔錨桿以抵消水浮力的作用，在合理計算設置抗拔錨桿后底板的厚度降為主體下為板厚600mm，裙房下圍450板厚，取相同位置的配筋進行比較為柱上板帶最大負彎矩為73kN·m/m，配φ14@170通長附加φ14@170，最大裂縫為0.165mm，跨中板帶最大負彎矩為26kN·m/m，配φ14@170，最大裂縫為0.026mm。兩種做法對比明顯，既減少土方量又降低了混凝土量和用鋼量，提高了施工效率。

3.2.4抗浮錨桿布置

此工程地下室底板設計的抗浮錨桿。抗浮錨桿是建筑基礎工程地下室底板下形成的，錨桿直徑為110mm，長度為1.95m。此工程地下室底板的抗浮錨桿每根單根錨桿抗拔承載力特征值為153kN，為能充分地利用錨桿降低底板承受水浮力的作用，使底板絕大部分在滿足構造配筋的前提下對錨桿分主體和裙房做了不同的布置，具體詳見圖3～4。

4　地下室抗浮錨桿施工應該注意的問題

圖3　裙房下錨桿布置圖

圖4　主樓下錨桿布置圖

抗浮錨桿的材料有很多種，諸如熱軋帶肋鋼筋、高強鋼筋組，以及預應力鋼筋組等，這些材料的構成、直徑，以及級別都有區別，各不相同。因此，抗浮錨桿的上端錨固最好使用機械進行錨固，應該經過設計工作人員經過詳細、準確的計算來確定。在工程施工過程中，即使是單根鋼筋的使用，也會在設計圖上明確標出，這些是施工單位不能夠自己確定的。在進行抗浮錨桿施工之前，施工人員要先對錨桿進行除銹，然后再人工安放。工作人員首次注漿時，要注滿孔，保證1.2以上的充盈系數，達到大于25mm以上的砂漿保護厚度。按照相關規定，如果是永久性的錨桿，則需要加強防銹處理與防腐處理。注漿時用的水泥材料，其不能使用比P42.5小標號的，水泥砂漿不能夠低于30MPa的強度，使用的水要是清水，切不可使用污水。在錨桿與筏板連接的地方，要通過焊接處理，錨筋插放時，要盡可能長開料。假如出現了必須接駁的情況，則要使用機械來連接。除此之外，在建筑工程中進行抗浮錨桿防水施工時，要首先清理干凈抗浮錨桿頭，其次要做好錨桿鋼筋的防水工作。

5　總結

抗浮錨桿不僅造價低、施工便捷，而且能夠有效解決建筑物的抗浮問題同時可減少地下室底板的投入，在實際建筑工程中的使用越來越廣泛。但是，由于抗浮錨桿是近年來新出現的施工工藝，盡管其防水性與耐久性得到了工程建設部門的高度認可，但是國家并沒有制定出統一的規范，缺乏國標圖集的匯集與整理。要想為抗浮錨桿提供安全保障，不僅需要建筑施工單位具有較高的技術水平，能夠按照施工工序嚴格施工，而且需要建設方、設計方、監理方的全面合作與共同努力，同時要對當地抗浮錨桿應用的經驗進行借鑒。只有這樣，才能為抗浮錨桿的使用提供有力的保障，促進工程建設事業的可持續發展。

[1]袁鵬博.巖土地質抗浮錨桿的試驗研究與理論分析[D].青島理工大學，2013.

[2]陳棠茵.深圳市抗浮錨桿試驗應力-變形性狀研究及極限承載力的確定[D].中國地質大學，2003.

[3]夏冬冬，馬立東，賈鵬，等.德陽市某三層地下室抗浮錨桿的設計與施工論述[J].城市建設理論研究（電子版），2012（35）.

[4]謝曙.抗浮錨桿與高層建筑地下室底板共同作用的有限元分析與優化設計[D].華南理工大學，2005.

[5]徐向速.海坦山城市廣場工程抗浮錨桿的設計與應用[D].同濟大學土木工程學院結構工程與防災研究所，2008.

TU943

A

1673-0038（2015）07-0011-02

2015-1-9

楊俊杰（1969-），男，工程師，本科，主要從事建筑結構設計工作。