某多層地下室底板抗浮方案分析比較

馬帥烈　于月華

【摘 要】常用的抗浮措施進行分析比較，保證工程的抗浮方案安全、經濟、合理。

【關鍵詞】自（配）重抗浮；釋放水浮力抗浮；抗拔樁抗浮；預應力鋼絞線抗浮錨桿

1 工程概述

某綜合性大型公共建筑，地上六層，地下車庫四層，為框架結構形式。基礎采用柱下獨立基礎加防水底板的做法。地下總建筑面積15875.72m2，地下室頂板絕對標高為39.900m，地下室底板頂絕對標高為23.100m。柱網間距大部分為8.4m×8.4m，局部為8.9m×8.7m。工程的部分區域存在無上部結構的中庭及室外廣場。

根據巖土工程勘察報告，基礎持力層為第18層微風化花崗巖，地基承載力特征值fak=6000kPa，彈性模量E=30×103MPa，巖體基本質量等級為Ⅱ～Ⅲ級，場區地下水主要類型為基巖裂隙水，大氣降水補給，抗浮設計水位為37.000m。基礎底板低于抗浮設計水位14.8m，必須做好底板的抗浮、抗滲設計。

本文將結合此工程實例就常用幾種抗浮設計方案進行分析比較。

2 抗浮方案分析比較

2.1 結構自（配）重抗浮

巖石地基的建（構）筑物，抗浮措施最簡便、直接的方法就是增加結構自重。可采用下列公式：■？叟K，K=1.05。防水底板厚度取900mm，水頭：

H=14.8m，S=148kN/m■×4223.24m■=625039.5kN，G=556576.7kN，■=0.89？燮K=1.05

所以結構的整體抗浮不滿足要求。由于自重與水浮力差距較大，采用增加底板厚度或壓重措施成本較高，不建議采用。

2.2 釋放水浮力法

是在基底下方設置靜水壓力釋放層，使基底下的壓力水通過釋放層中的透水系統（過濾層，導水層）匯集到集水系統（濾水管網絡），并導流至出水系統后進入專用水箱或集水井中用水泵抽出，從而釋放部分水浮力。

此方法一般在以下幾種情況下適用：1）抗浮設計水位較淺，利用底板及其上覆土自重可抵抗一部分水浮力，只有當季節性水位，高于盲井水位時才需要啟用抽水機械。2）地下室在施工階段由于上部結構尚未提供豎向荷載而不滿足抗浮要求，隨上部結構主體自重最終能滿足抗浮要求。

如地下水位長時間處于較高水位時，將一直需要抽水泵運行抽水，為保證安全的地下水位，需要隨時通過設置的檢查井觀察地下水位是否滿足設計標高，需要長期的人力及物力的投入，建設方在建筑物投入使用后很難保證安全有效的管理，且對罕見降水的出現使地下水位的瞬間漲高無法有效的進行控制，因此雖然前期造價低，但綜合經濟效益有待思考。因此從長遠來看，并非最佳方案。

2.3 抗拔樁抗浮

抗拔樁抗浮與錨桿抗浮的作用機理相似，即通過一維豎向桿件的下拉力抵消地下水對結構的上浮力，可同時解決局部及整體抗浮。抗拔樁按成樁方式的不同主要有預制樁和現場灌注樁。此種抗浮設計方案優點在于抗拔樁安全可靠。但是鑒于本工程的地質狀況，巖石地基成樁難度較大，且樁與柱子連接，使抗浮樁的間距較大，需很厚的底板才能抵抗浮力產生的彎矩和剪力，因此造價較高，不適用于本工程。

2.4 預應力鋼絞線抗浮錨桿設計

在本工程的巖石地基條件下，抗浮錨桿比抗拔樁更有優勢，根據施工時錨桿是否施加預應力，可分為預應力和非預應力錨桿。預應力錨桿桿體一般采用鋼絞線，非預應力錨桿桿體一般采用普通螺紋鋼。本工程由于抗浮設計水位較高，桿體承擔的水浮力較大，普通螺紋鋼HRB400難以滿足受力要求，因此錨桿設計選用預應力高強度鋼絞線。

2.4.1 設計內容

1）錨桿承載力計算、桿體截面積計算、錨桿數量計算。

2）錨桿類型：永久性被動抗浮錨桿。

3）設計要求：巖石錨桿的錨固段長度不應小于3m，且不宜大于45D和6.5m；錨桿間距除必須滿足錨桿的受力要求外，尚需大于1.5m；預應力錨桿自由段必須大于5m。

2.4.2 設計依據

依據《巖土工程勘察報告》、《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）—第8章錨桿、索設計。防水底板厚度900mm，地下室底板覆土500mm。

結構自重：G■=0.9×25+0.5×18=31.5kN/m■

水浮力：F■=14.8×10-31.5=116.5kN/m■

錨桿間距按局部最大間距3.3m×3.3m考慮，

N■=116.5×3.3×3.3=1269kN（采用基本組合，分項系數均為1.0）

入巖按18層考慮，所以巖土與錨固體粘結強度標準值qsk=1600kPa

1）錨桿桿體截面面積計算

A■？叟■=■=1364mm■

N■=1269kN K■=2.0

采用預應力鋼絞線，假設每根錨桿采用10根（1×7-15.20-1860GB/T5224-2014），每根鋼絞線公稱直徑d=15.2（fptk=1860），As=1390mm2 D取150mm。

2）錨桿錨固段長度

L■？叟■=■=4.1m

K=2.4（根據—二級永久性錨桿安全等級取值）

f■=1600kPa（錨固段注漿體與地層間的粘結強度標準值，根據地勘報告取值）

L■？叟■=■=3.09m

fb=2.95MPa

La≥4.1+5=9.1m，故錨固長度取9.5m，滿足要求。

3）預應力錨桿的張拉與鎖定

錨桿考慮預應力損失后抗浮力設計值為1269kN，預張拉力為1396kN，鎖定拉力值為1300kN。

4）防水底板設計

錨桿間距3.3m×3.3m，均布活載117.00kN/m2，活載分項系數1.40，板厚度900mm，混凝土等級C30，縱筋級別HRB400，保護層厚度50mm。

經計算，防水底板的裂縫及配筋均比較合理、經濟。

3 結論

根據錨桿試驗及后期的適用狀況來看，抗浮錨桿安全度高，綜合經濟效益良好，可以為高水位多層地下室抗浮設計提供借鑒。

【參考文獻】

[1]GB50007-2011 建筑地基基礎設計規范[S].

[2]GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術規范[S].

[3]楊樺，黃林偉，吳寶杰.基于地下車庫抗浮及剛度不足的預應力錨桿應用實例[J].建筑技術，2014，9，45（9）：853-855.

[4]吳帥，羅志國.預應力抗浮錨桿在多層地下室工程中的應用[J].山西建筑，2006，7，32（14）：100-101.

[責任編輯：田吉捷]