地下室工程抗浮錨桿加固處理

萬　成，陳氏鳳

(1.同濟大學土木工程學院，上海 200092；2.杭州宏華置業有限公司，浙江 杭州 311100；3.浙江建設職業技術學院，浙江 杭州 311231)

?

地下室工程抗浮錨桿加固處理

萬成1，2，陳氏鳳3

(1.同濟大學土木工程學院，上海 200092；2.杭州宏華置業有限公司，浙江 杭州 311100；3.浙江建設職業技術學院，浙江 杭州 311231)

摘要：針對地下室采用筏板基礎，實例分析由于地下水浮力作用造成地下室底板局部上浮起拱變形問題，依據不同工況下抗浮安全穩定性驗算結果，結合現行規范采用抗浮錨桿進行加固處理，并分析了地下室抗浮加固措施的經濟效果，實踐證明抗浮錨桿加固處理方案是一種較為可行的抗浮措施。

關鍵詞：地下室筏板基礎；抗浮錨桿；加固處理；工程造價

在城鎮化建設進程中，建筑的體量和規模越來越大，地下室結構應用也越來越多，地下空間的合理利用不斷擴大，由于地下水浮力作用造成地下室整體或局部的拱變形產生裂縫導致嚴重漏水，甚至造成嚴重人員傷亡和財產損失。當地下水位上升，對地下室底板產生浮力，基底反力減少；當浮力繼續增大，直至等于或大于結構荷載時，基底反力等于零，地下室的結構抗浮不滿足要求，需要采取其他處理加固措施[1-3]。如《建筑地基基礎設計規范(GB 50007—2011)》《高層建筑筏形與箱形基礎技術規范(JGJ 6—2011)》《高層建筑巖土工程勘察規程(JGJ 72—2004)》等規范對地下室抗浮措施有不同的說明，一般采取降低地下水位、增加結構自重和回填土的深度、增設抗浮樁(錨桿)等一種或幾種的組合的方法。在施工階段和使用階段，地下室抗浮措施略有不同，不同階段的工程實踐表明[4-7]：合理采用抗浮錨桿來保證地下室的抗浮措施，可以節約材料，縮短施工工期，有效控制工程造價，具有明顯的推廣優越性。

筆者通過實例分析由于地下水浮力作用造成地下室底板局部上浮起拱變形問題，結合現行規范采用抗浮錨桿進行加固處理，優化抗浮錨桿設計方案和措施。

1工程概況

某新建工程場地地形有起伏，地面標高在3.14～7.65 m之間，主要由7棟6～12層公寓及附屬2層商鋪組成。建筑物采用框架剪力墻結構，其中有5棟單體建筑通過位于2#、3#、4#樓與6#、7#樓之間一層的地下室(-/①軸)相連。單體建筑地下室部分有2層，采用人工挖孔樁基礎，底板混凝土厚度400 mm，混凝土強度等級C30，承臺、地梁、底板采用自防水混凝土，抗滲等級P6。

圖1為地下室的基礎平面圖，其中單層地下室部分是指圖示的中間部分，南北是單體建筑的基礎，整個地下室相通，施工階段設置縱橫后澆帶。整個地下室長度173.20 m，寬度38.10～45.30 m；純地下室頂板面標高-1.700 m，板厚200 mm，混凝土強度等級為C30，頂板覆土厚度1.40 m。地下室設計采用筏板基礎和抗浮錨桿(技術參數見表1中說明部分)，筏板板面標高-6.300 m，筏板厚400 mm，框架柱板底設有兩個方向的板帶(板帶寬度2 500 mm，厚度450 mm)和反向柱帽，反向柱帽長寬2 500 mm、高450 mm，混凝土強度等級為C30。

圖1　地下室基礎平面圖

根據地質勘察報告，場地勘察深度(30 m)范圍內地基土地層結構可劃分為5層8亞層，場地上部地下水類型屬孔隙潛水，主要受大氣降水及平原河流水系側向補給，并與河、塘呈互為補給關系，以側向徑流、居民生活用水及蒸發為主要排泄途徑，地下水水位動態變化隨氣候和季節性年變化幅度為0.50～1.5 m,抗浮設計水位標高4.00 m(黃海高程)。

2地下室底板局部起拱變形問題分析

2.1地下室底板局部上浮變形問題的情況

由于整個地下室頂板準備施工SBS卷材防水層，西側外側沒有回填土，嚴重積水，水位比地下室頂板低約600 mm，水面約20 m2。在施工巡查過程中，發現地下室-軸、②-⑤軸區域(圖1中的西側)出現了地下室底板面高低差異較大，該區域汽車坡度兩側的磚墻體與頂板梁和構造柱之間的粉刷層有較明顯的長裂縫，地下室頂板的梁、板、柱等沒有發現裂縫等一系列現象，因此初步判斷地下室底板局部可能上浮變形。通過對該上浮區域底板進行約一個多月的變形測量監測，證實了初步判斷，測出該區塊地下室底板變形上浮最大值263 mm。

為防止變形進一步加大，對該上浮區域地下室底板采取了開孔泄水的措施來降低底板下面的水壓力，開孔泄水后地下室局部上浮的底板逐漸回落了約240 mm，地下室底板混凝土在單體建筑外軸線附近出現了長長的混凝土貫穿性裂縫，同時不斷有水流出。見圖2、圖3。

圖2　地下室北側底板裂縫

圖3　地下室南側底板裂縫

2.2地下室底板局部上浮原因分析

2.2.1地基土層局部置換不及時

工程地質勘察報告中顯示地下水埋藏較淺，地下室基礎的地質土層③-1的水平滲透系數Kh=6.1×10-7cm/s，垂直滲透系數Kv=4.5×10-7cm/s。純地下室設計長度173.20m，寬度38.10～45.3m。在實際基坑施工過程中，在-軸單層地下室底板②-⑤軸范圍的土方開挖到設計標高后，發現有淤泥質黏土，故采用級配砂石換土。在地下室的后澆帶完全封閉后，施工單位沒有按照要求對地下室剪力墻與基坑圍護結構形成的空間進行回填土施工，不重視基坑施工的降排水。雨水的不斷匯集，導致局部地下室底板水浮力遠遠大于地下室底板承受的結構荷載和對應抗浮錨桿極限承載力之和，引起地下室底板局部上浮起拱變形產生裂縫。

2.2.2工程降水排水措施不到位

施工準備階段，周邊場地高，基坑低，基坑西南側有雨水集匯點，原排水明溝沿基坑南側向東排出河道。在基坑施工階段，采取放坡土釘支護措施，原排水明溝部分被破壞，只能靠人工用水泵將匯集雨水抽到城市道路的雨水管中；若是不及時人工排水，基坑周邊的側向徑流、雨季期間雨水等就可能流向基坑，不斷滲入地下室底板下面的換填砂石土層空隙處。

2.2.3地下室底板起拱變形的內外因分析

地下室底板起拱變形的內因是地下室的抗浮措施——抗浮錨桿抗拔承載力取值偏小，沒有滿足局部抗浮安全穩定系數(表1)；外因是不及時排出基坑周邊雨水，造成地基土層置換形成的儲水空間水浮力不斷增大，超過了局部地下室結構自重和對應的抗浮錨桿抗拔承載力之和，引起地下室局部起拱變形。

2.3地下室工程抗浮穩定安全性驗算

根據《建筑地基基礎設計規范(GB50007—2011)》規定，建筑物基礎存在浮力作用時應進行抗浮穩定性驗算，一般情況下抗浮穩定安全系數可取1.05。《高層建筑筏形與箱形基礎技術規范(JGJ6—2011)》規定，當建筑物地下室的一部分或全部在地下水位以下時，應進行抗浮穩定性驗算，系數可根據工程重要性和確定水位時統計數據的完整性取1.0～1.1。本實例針對地下室工程(按照最大跨柱網尺寸)不同工況下局部抗浮穩定安全性驗算結果見表1，其中工況 Ⅰ 的不及時降水、頂板完成覆土的K值出現大于1.05是表明頂板覆土與否對地下室抗浮作用是有影響的。工況 Ⅱ 表明該地下室工程局部抗浮安全穩定系數沒有達到規范要求，必須采取抗浮加固措施。

表1　地下室工程工況Ⅰ、Ⅱ局部抗浮穩定安全性驗算

備注：±0.00m等于黃海高程5.30m，抗浮水位4.00m。地下室結構底板面標高-6.30m，地下室頂板標高-1.70m。

底板厚度400mm，板帶厚度450mm，板帶寬度2.30m；頂板厚度180mm(梁尺寸wkl：400×800，wl：300×650)。

地下室柱網尺寸(橫向×縱向)：6.30m(6.20、6.3、6.0、7.50m)×8.10m(6.00、6.60、8.10m)。

原抗浮錨桿設計參數：長度為8.30m，錨固段830mm，錨固體水泥砂漿M30直徑120mm，注漿壓力5MPa，錨桿體用Ⅲ級直徑20的鋼筋，抗拔設計承載力35kN，梅花狀布置，間距2m。

Ⅰ表示按照圖紙施工，Ⅱ表示施工過程中取消板帶的做法，其他按照圖紙施工，其中K=(G0+G1+N2)/F0。

3地下室工程抗浮錨桿加固處理

3.1抗浮錨桿加固處理方案原則

針對該實例工程地下室變形起拱問題，工程局部抗浮穩定安全系數沒有滿足現行規范的要求(表1)。地下室結構施工已經完成和地下室頂板覆土厚度的條件限制，使得原設計的抗浮鋼筋錨桿基本失效。其次，嚴格按照現行的相關規范的要求，暫不考慮地下室空間結構抗浮變形的能力和地下室帶鋼筋網地坪混凝土的自重，合理確定錨桿的抗拔設計承載力，優化錨桿分布的位置，明確錨桿的數量，選用先進的錨桿施工工藝和嚴格有效的控制措施組織施工。最后，地下室底板的變形及產生的裂縫，采用預注漿對空隙進行填充。對砂石換土處采取預注漿將砂石土中的水盡可能地置換成水泥漿，及時對地下室外圍的回填土進行施工防止積水，以阻止底板下的水壓力的進一步增加。

抗浮錨桿加固處理主要措施如下。

1)施工加固方案：對地下室底板全部范圍進行抗浮錨桿加固。鋼筋抗浮錨桿錨固體直徑120mm，配2根直徑28的Ⅲ級精軋螺紋鋼筋，進入中風化泥灰巖3.0m，錨桿桿體用30mm厚度的鋼板與底板鋼筋混凝土錨固，采用P42.5水泥，水灰比0.5～1.1，注漿壓力為5MPa，錨桿長度10.3m，單根錨桿抗拔承載力215kN，錨桿間距為3.0m×3.0m。

2)填充式注漿：對地下室底板可能的空隙、砂石換填區塊進行填充注漿。按照從少水處到多水處，在多水地段，應先兩頭，后中間的施工順序進行置換注漿。孔位置與加固錨桿孔位置重疊，間距6.0m×6.0m，注漿孔直徑100mm，孔深等于結構底板厚度和墊層厚度之和，注漿壓力1.5MPa。遇相鄰的注漿孔有漿液滲出就停止注漿，進入下一注漿孔注漿。

3)抗浮加固處理施工部署：優化論證抗浮錨桿設計承載力、分布位置、錨桿施工工藝、注漿工藝等參數和施工方案。首先對地下室加固區域底板開孔泄水,同時加快地下室頂板的覆土施工，然后對地下室底板混凝土開孔進行填充式注漿，施工抗浮錨桿，檢測合格后用高強遇水膨脹的材料封堵孔洞并錨固錨桿桿體，施工地下室底板結構滲漏水，最后施工地下室混凝土地坪。

3.2加固抗浮錨桿的穩定性驗算

地下室抗浮錨桿施工養護期后以2倍的設計抗拔承載力對抗浮錨桿承載力進行抗拔檢測報告合格，地下室局部抗浮穩定安全系數符合規范要求：K>1.05，計算見表2。

表2　地下室抗浮錨桿加固處理局部抗浮穩定安全性驗算

備注：±0.00m等于黃海高程5.30m，抗浮水位4.00m。地下室結構底板面標高-6.30m，地下室頂板標高-1.70m。底板厚度400mm；頂板厚度180mm(梁尺寸wkl：400×800，wl：300×650)。地下室柱網尺寸(橫向×縱向)：6.30m(6.20、6.3、6.0、7.50m)×8.10m(6.00、6.60、8.10m)。

加固的抗浮錨桿設計參數：長度為10.30m，進入中風化泥灰巖錨固段3m，直徑120mm，錨桿水泥漿水灰比0.5～1.1，采用P42.5水泥，注漿壓力5MPa，錨桿體用Ⅲ級直徑28的鋼筋2根，抗拔設計承載力215kN，間距3m×3m。

Ⅲ表示地下室加固抗浮錨桿施工的情況，其中K=(G0+G1+N2)/F0。

3.3抗浮錨桿加固的經濟效果分析

在本工程實例中，原來設計地下室抗浮錨桿共計1 600根，單根造價550元，工程造價88萬元。由于抗浮錨桿設計承載力取值不足，原地下室抗浮措施失效，造成地下室底板起拱變形、結構混凝土裂縫滲漏水等質量問題，嚴重浪費原來抗浮錨桿的工程造價，并增加了額外的加固抗浮錨桿成本和工程建設延期費用。

針對本例地下室局部上浮起拱變形問題，通過優化加固方案中抗浮錨桿的數量減少150根(節約造價38.85萬元)，實際施工的抗浮錨桿共計610根，單根造價2 590元，合計造價157.99萬元。在抗浮加固設計方案進行施工時，填充式注漿造價15萬元，結構裂縫修補10萬元，增加地坪鋼筋混凝土約25萬元，地下室起拱變形加固的工程造價合計208.99萬元。若是原設計的抗浮錨桿承載力取值提高，增加一定的工程造價，保證地下室抗浮措施滿足不同工況的要求，就不會出現地下室的起拱變形，完全可以節省事故處理的工程費用和延誤交房造成的損失，這一點應該引起建設參與者的足夠重視。

4結語

實踐表明，地下室工程抗浮錨桿措施應該針對不同地下室位置的范圍、底板的結構形式、地下室頂板的覆土深度、最大抗浮水位、地下室空間結構作用等因素，對地下室進行抗浮整體安全穩定性驗算和局部安全穩定性的驗算。在滿足穩定安全性的條件下，合理調整抗浮錨桿的設計抗拔承載力、數量、位置等，配合地下室基礎底板的剛度設計，合理降低地下水對地下室結構產生越來越大的浮力等措施，在設計階段，通過合理優化，以合理的工程造價達到地下室起拱變形的加固處理的目的，從而減少處理地下室抗浮事故發生，來實現降低工程總造價，實現全周期工程造價控制。

參 考 文 獻

[1]向科,周順華,詹超.淺埋地下結構浮力模型試驗研究[J].同濟大學學報:自然科學版,2010，38(3)：346-352.

[2]廖森初.淺析地下室抗浮設計[J].福建建筑,2015(6)：91-96.

[3]許靜.附建式地下室抗浮穩定性設計研究[D].武漢：武漢理工大學，2013.

[4]朱國輝.地下工程采用錨桿抗浮的分析與計算[J].工程設計與研究,1999(3)：15-19.

[5]黃山.抗拔錨桿在風度廣場地下室抗浮工程中的應用[D].廣州：廣州大學，2012.

[6]賈金青，宋二祥.濱海大型地下工程抗浮錨桿的設計與試驗研究[J].巖土工程學報,2002，24(6)：769-771.

[7]劉卡丁.地下空間可持續發展：深圳益田村地下停車庫抗浮問題的優化設計[J].隧道建設,2014，34(2)：140-146.

收稿日期：2015-12-21

作者簡介：萬成(1968—)，男，湖北大冶人，高級工程師，從事建設工程管理工作。

中圖分類號：TU94+3

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)05-0042-05

Discussion on Reinforcement Treatment of Anti-FloatingAnchor in the Basement Engineering

WAN Cheng1,2, CHEN Shifeng3