基于YJK對地下室抗浮錨桿的合理布置

詹鑫才

（廣東省大成注建工程設計有限公司　廣東廣州　510627）

引言

隨著城市建設的快速發展，地下室層數由單層向多層發展，基礎埋置深度也相應增加，在地下室深度范圍內遇到埋藏較淺的地下水也較普遍，埋藏較淺的地下水將給純地下室產生一個較大的向上水浮力，所以抗浮設計是地下室設計中的一個重點。目前抗浮設計主要采用錨桿抗浮、工程樁抗浮、排水法抗浮、頂板壓重抗浮等措施，但錨桿抗浮具有造價低、工期快、安全可靠的特點，并在越來越多的工程實踐中取得成功，所以近年來已經被慢慢推廣。在抗浮錨桿設計過程中，設計師往往側重于錨桿的承載力計算，而忽略錨桿的合理布置方式。因此，本文結合實際工程，探討合理的錨桿布置方式對地下室的安全與經濟影響。

1　工程概況

本工程位于廣州市白云區，總建筑面積28.3萬m2，±0.000相對于絕對標高為41.600；其中地下室為2層，負一層為3.9m，負二層為4.2m，建筑面積約7.5萬m2，標準柱跨為7.8m×7.8m，地下室底板頂面相對標高為-8.900m，地下水抗浮水位相對標高為-1.000m，純地下室基礎采用柱下獨立基礎加防水板，以粉質粘土作為基礎持力層。

2　抗浮驗算

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）第5.4.3條規定與《廣東省標準建筑地基基礎設計規范》（DBJ15-31-2016）第5.2.1條，地下室自重及其上作用的永久荷載標準層的總和/地下水浮力＞1.05。本工程地下室底板厚度為0.4m，負一層底板厚度為0.14m頂板厚度為0.18m，頂板覆土平均厚度1.1m。軟件計算結果顯示Gk/Nw，k=0.65＜1.05，因此需要進行抗浮設計，經過對比各抗浮措施特點后決定采取錨桿進行抗浮。

3　抗浮錨桿合理布置

3.1　錨桿合理布置

本工程抗浮錨桿利用YJK軟件進行計算，YJK計算地下室底板與錨桿時采用彈性地基梁法，彈性地基梁法是根據有限單元法先計算得到位移、內力，由彈簧位移和彈簧剛度得到實際反力分布。與傳統的倒樓蓋計算模型相比，彈性地基梁法可以考慮上部結構剛度、上部荷載不均勻分布、基礎底板和錨桿相結合，實現上部基礎與土共同作用分析，所以彈性地基梁法更能準確地計算錨桿的受力情況。錨桿成孔直徑為150mm，抗拔承載力根據相關規范與試驗取值250kN，錨桿抗拔剛度k=100000kN/m；恒載作用下的柱底內力標準組合值是2180kN，水浮力q=83kPa；柱底下的柱墩截面為 2500×2500×800（長×寬×高）。

大部分設計人員對地下室抗浮錨桿進行布置時，都是簡單地考慮錨桿的受力與上部結構自重后，按照（總的水浮力計算值-底板及上部結構自重標準值）/單根錨桿承載值=計算錨桿數量，然后再根據底板面積/計算錨桿數量=每根錨桿承擔的抗浮面積，均勻地在地下室底板上布置錨桿（圖1（a））。利用YJK軟件計算面狀均勻布置的各錨桿反力結果見圖（圖2（a）），從圖中可以看到柱底下的錨桿內力最小，不能充分發揮錨桿的抗拔作用；柱底周邊錨桿內力不均勻，其極差與平均值之比較大。采用面狀均勻布置錨桿是由于對傳力途徑不清晰引起的，將錨桿均勻地布置于基礎底板上，誤認為上部結構的恒載是均勻分布到板的所有區域，而實際是上部荷載只集中分布在柱底下的一定范圍內，要滿足柱底內力均勻地分布到底板的所有區域就必須要求底板的剛度無窮大，但是底板在實際情況下無法滿足此條件。一旦受力最大的錨桿達到極限承載力而破壞，最大承載力錨桿周邊受力較小的錨桿也由于連鎖反應造成破壞，最后可能會導致底板開裂造成的局部破壞或地下室隆起造成的整體破壞。

圖1　抗浮錨桿布置方式

為了合理布置抗浮錨桿，達到安全與經濟的目標，考慮到柱傳到柱底的荷載較大，這部分向下傳遞的荷載可以抵消一部分水浮力，所以確定這個向下傳遞的柱底內力對底板影響范圍成為了合理布置錨桿的關鍵。根據靜力平衡方法分四步估算這個影響范圍：①用面狀均勻布置方法在底板布置抗浮錨桿；②查看YJK軟件在恒載標準作用下的柱底內力，用該內力除以單根錨桿的承載力可以得到相等于柱底內力的計算錨桿數量；③以柱為中心去掉柱周圍的計算錨桿數量，從而得到柱底內力對底板影響范圍區域；④在柱對底板的影響區域外集中布置錨桿，可以充分利用錨桿的抗拔作用。為了驗證上述方法的可靠性，利用YJK軟件結合基礎底板、抗浮錨桿、上部荷載的共同作用以及非線性抗浮計算后的三維位移圖、板配筋、錨桿抗拔承載力對比，對所布置的錨桿進行優化，最后采用空心型均勻布置方式（圖1（b）），相應的錨桿反力結果見圖（圖2（b））。從錨桿反力圖中可以看到單位錨桿數量與面狀均勻布置相同的情況下，各錨桿受力比較均勻，能充分利用各錨桿的抗拔性能。增設錨桿后的地下室整體抗浮穩定性為1.08＞1.05，能滿足地下室整體抗浮要求。

圖2　抗浮錨桿反力圖

3.2　錨桿不同布置方式經濟性對比

由于地下室底板面積較大，面狀均勻布置錨桿與空心型均勻布置錨桿的經濟性對項目總成本將產生關鍵的影響。兩種錨桿布置方式的錨桿數量相同，底板厚度相同所以混凝土用量也一樣；但面狀均勻布置錨桿的底板鋼筋單位面積為34.2kg/m2，空心型均勻布置錨桿的底板鋼筋單位面積為27.8kg/m2，所以空心型均勻布置錨桿的經濟性優于面狀均勻布置錨桿。

4　結語

本工程已經竣工兩年半并投入使用，地下室底板各項指標均正常，未發現任何異常情況。所以在對地下室抗浮錨桿設計時應結合現場具體情況進行多方案的對比分析，尋求既能使錨桿受力均勻合理又能使底板的配筋率最經濟的布置方式，達到安全與經濟的目標。