地下室防水板中抗浮錨桿布置形式的若干思考

吳享　彭聯海

(福州市建筑設計院　福建福州　350011)

?

地下室防水板中抗浮錨桿布置形式的若干思考

吳享彭聯海

(福州市建筑設計院福建福州350011)

以參與設計的具體工程為例，對目前結構工程師較為常用的抗拔錨桿柱下點狀布置形式、基礎梁下線狀布置形式和防水板中均布布置形式進行分析和比較，結論認為：錨桿布置形式的選擇，應根據具體的工程從概念分析及經濟性等方面綜合考慮。

防水板；抗浮錨桿；布置形式

0　引言

近些年，隨著經濟及城市化進程的發展，地下空間的利用將越來越重視，地下室層數3層及以上的工程在城市中已比比皆是。在地下室結構設計中，地下室的抗浮設計是非常重要的，由于結構工程師的設計失誤或現場施工的問題而帶來的地下室上浮問題已屢見不鮮。抗拔錨桿是由大直徑鋼筋和砂漿組成的錨固體和巖土層之間提供的摩擦力來抵抗部分水浮力，設置抗拔錨桿來進行地下室的抗浮設計是目前常用的設計思路之一[1]。在抗浮設計中，許多結構工程師往往只重視錨桿承載能力的問題，而對錨桿的布置形式以及各種布置形式的實質區別考慮較少。本文以近些年參與的某工程為例，針對目前結構工程師常用的柱下點狀形式、基礎梁下線狀布置形式和防水板中均布形式進行分析和探討，并進行經濟性比較[2]。

1　工程實例

某工程地下室，地下兩層。柱距為9m×9m，水平向和豎向各12跨。基礎采用獨立基礎(持力層為中風化花崗巖)加防水板。設計水浮力標高減去底板底標高為7.9m(水頭差7.9m)，防水板厚度為0.4m(抵抗1m水頭差)，中間框架柱在正向恒荷載標準組合作用下的柱底軸力為2 874kN(未包含獨基和基礎梁自重)。為了計算和比較方便，抗浮穩定安全系數取1.0。采用抗浮錨桿(巖石錨桿基礎)進行地下室抗浮設計。采用盈建科軟件進行計算分析。

1.1柱下點狀布置形式

柱下點狀布置形式因其傳力途徑簡單明了，充分利用了上部結構傳來的豎向力來平衡掉一部分水浮力；易于進行結構分析，能較快得出(甚至手算)單柱下所需的抗拔錨桿數，無疑是深受結構工程師歡迎的一種布置形式。某一中間獨基下錨桿的上拔力數值計算結果如圖1。

1.2基礎梁下線狀布置形式

把這8根錨桿布置在同一獨基旁的基礎梁下，錨桿的上拔力數值計算結果如圖2。

1.3防水板中均布形式

把這8根錨桿布置在同一獨基旁防水板下，錨桿的上拔力數值計算結果如圖3。

2　三種布置形式分析

2.1數據整理(表1)

表1　三種布置形式計算結果

注：以上表格數據是由上述實際工程根據圖1、圖2、圖3的布置形式分別計算得來。

2.2數據剖析

問題一：根據柱下點狀布置形式計算得出的錨桿抗拔承載力特征值后，把這8根樁直接應用于基礎梁下或防水板下，承載力是否滿足？同一布置情況下，出現錨桿上拔力不相同，差值甚至達到27%，怎么解釋？

設計師的常規思路：單根框架柱(或單個獨基)“管”的面積為9m×9m，根據柱下點狀布置形式計算得出了本地下室在9.0m×9.0m區隔內共需8根抗拔錨桿來抵抗水浮力，單根錨桿承受的上拔力為Na，把這8根抗拔特征值為Na的抗浮錨桿均勻分布至防水板中或周邊基礎梁上，既解決了地下室抗浮問題，亦將錨桿的布置和防水板相結合，解決了防水板梁、板內力和配筋較大的問題。

這一思路看似無懈可擊，其實不然，并非如此簡單。假設柱下點狀布置形式計算的8根錨桿反力是相等的(通常手算也是這樣處理的)，錨桿抗拔特征值為Na。那布置在防水板中或基礎梁中的反力并不是Na。實際上錨桿和防水板是一體的，二者的位移是協調的。錨桿在水浮力作用下，產生向上的位移，并產生拉力，而錨桿對防水板的拉力又約束了防水板的變形。所以布置在基礎梁下和防水板下的每根錨桿所處的位置不同，它的受力形式是不同的，所以它的反力也是不同的。因其情況復雜，本工程實例中，基礎梁下布置形式和防水板中的布置形式得到的反力僅能說明該形式下錨桿反力離散性較大，但是具體的差值受錨桿剛度、防水板和基礎梁的剛度、布置間距等較多因素的影響，有待于以后進一步分析。通常遠離框架柱的錨桿，錨桿產生的抗浮貢獻越大；離框架柱越近的錨桿，因為框架柱軸壓力的“幫忙”，產生的上拔力越小。

另外，如果有意在防水板中布置情況下改變抗拔錨桿的位置，這8根錨桿的反力變化較大；為了進一步了解抗拔錨桿的剛度對錨桿反力的影響，將錨桿抗拔剛度減小(位移量增大)，發現基礎梁下布置情況和防水板中布置情況下的錨桿抗拔反力的數值亦發生了較大的變化，說明錨桿的剛度對錨桿反力影響較大。

因此，對于問題一的疑問，可以得出如下結論：基礎梁下布置情況和防水板下布置情況的分析遠比在柱下點狀布置情況復雜，受位置和抗拔錨桿剛度等因素的影響，這8根錨桿的拔力要做到均勻是很難的，也就意味著把柱下點狀布置形式計算得出的錨桿抗拔承載力直接放到基礎梁下或防水板下是不妥的。

問題二：3種布置形式柱下軸力相同，水浮力相同，受荷面積相同的情況下，為什么8根錨桿上拔力數值總和不同？是否出現力學不平衡問題？

其實這時候不平衡的軸力(“多”出的軸力)由獨基處的地基反力提供。從效率上講，上部的軸壓力不能有效利用到抗浮貢獻中來。所以會出現防水板中均勻布置情況下8根錨桿上拔力總和大于基礎梁下線狀布置情況，基礎梁下線狀布置情況大于柱下點狀布置情況。從概念上可以宏觀理解，柱下點狀布置的效率是最高的，因為它把上部柱底軸壓力的貢獻用到極致。(上述錨桿上拔力3種情況下總和差值現象僅在柱底軸向壓力較大時出現。也就是說，如果該工程柱底軸壓力較小(相對于上托的水浮力)，3種情況的錨桿上拔力總和是基本相同的)[3]。

2.3三種布置形式的特點

從上述同一板塊的錨桿反力看出，就錨桿而言，柱下點狀布置無疑是最經濟的，基礎梁下線性布置次之，板中均勻布置是最不經濟的。但是從防水板和基礎梁在三者不同情況下的受力形式看，柱下點狀布置并無改變防水板和基礎梁的受力模式；基礎梁下線性布置給基礎梁增設了“支座”，使其跨度變小，基礎梁配筋可控制在構造范圍；作為工程應用，應注意復核錨桿布置在基礎梁下時的基礎梁剪切問題。板中均勻布置相當于在防水板中增加了“小柱”，變為小柱距的“無梁樓蓋”，使板配筋控制在構造范圍；同時，由于大量水浮力已通過防水板“消化”掉了，傳至基礎梁的反力已大大減小，基礎梁配筋可控制在較小范圍。但是作為工程應用，應注意復核錨桿布置在防水板時的防水板的沖切問題。同時，由于錨桿的鋼筋直徑較大，錨入防水板的直段錨固長度通常不夠，應通過采取構造處理等措施來滿足。另外，因為其布置較為分散，對于地下室底板下的外防水施工帶來較多麻煩。

2.4經濟性結果

表2為上述工程實例在某一中間標準板塊的經濟性比較：(含鋼量由YJK軟件計算得出)

表2　單位面積的造價比較

注：設計所需的錨桿承載力貢獻按該布置情況中受力最大的錨桿×錨桿根數。錨桿的錨桿段按1m提供200kN考慮，每米錨桿按250元考慮，鋼筋按3 200元/t考慮(含加工費)。

3　結語

上述3種在設計中常用的錨桿布置形式，各有其特點。相比較而言，柱下點狀布置形式傳力直接，分析簡單，更適用于水浮力不大，板跨度不大(防水板配筋數值不大)的情況；在水頭壓力差較大，板塊較大的情況下，采用防水板中均布形式將更經濟，但對結構工程師的概念和分析提出了更高的要求。基礎梁下線狀布置形式的概念和經濟性介于二者之間。錨桿布置形式的選擇，應根據具體的工程從概念分析及經濟性等方面綜合考慮。

[1]GB 50007—2011 建筑地基基礎設計規范[S].

[2]CECS 22:2005 巖土錨桿(索)技術規程[S].

[3]魏坤，戴西行，楊勇.地下室抗浮錨桿布置方式設計探討[J].山西建筑，2011，37(8)：41-43.

The summarize of the layout of anti-floating anchor in the bottom of waterproofing plates of the basement

WU XiangPENG Lianhai

(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350011)

Taking a specific project which the writers participated in for example，the linear layout under the base beams，the uniform layout of waterproof plate and the layout of anti-pull bolt under the column dot which the current structural engineers are more commonly fond of，are analyzed and compared. It concluded that the selection of the bolt layout should be considered from the conceptual analysis and the economical efficiency and so on, depending on the specific project.

Waterproof board; Anti-floating anchor;Layout

吳享(1980.11-)，男，高級工程師。E-mail:80253448@qq.com

2016-08-05

TU3TU47

A

1004-6135(2016)09-0055-03