某地下車庫抗浮失效囊式錨桿加固方案淺析

方 昉 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

0 前言

安徽省廣德縣地處于安徽東南部，整個區域普遍降水豐富。設計單位根據現行的國家規范要求對地下室進行整體抗浮穩定性設計，一般注明地下工程施工時，地下水位應降至工程底部最低高程500mm以下，并需在地下室頂板覆土完成后確保配重完全有效后方可停止降水。有部分施工單位未重視施工過程中的降水及排水措施，一旦遇到多日連續降雨，地下水排水不暢，水位上升很快，造成正在施工中的地下室上浮，帶來不同程度的結構損傷，嚴重影響結構安全。針對類似情況，本文結合具體工程實例對由于結構抗浮失效需進行加固的方案選擇進行討論，以期方案更為經濟合理，便于操作。

1 工程概況

本工程地下車庫地下一層框架結構，建筑面積約為12602.52m2，建筑結構安全等級為二級，建筑物抗震設防類被為丙類，抗震設防烈度為6度，建筑場地類別為Ⅱ類，地基基礎設計為乙級，設計使用年限為50年。基礎采用第4層中砂層作為持力層，地基承載力特征值fak=150kPa。地下室筏板厚度為400mm。地下車庫梁、板、墻、柱混凝土強度等級設計均為C30，頂板板厚為300mm，雙層雙向配置C14@200。

目前該工程的形象進度為主體結構完工，周邊已回填土，頂板未覆土。

2 現場檢測情況及分析

近期由于降雨豐富，發現局部區域底板拱起，根據現場原施工單位描述最大上拱值約為27cm，由于現場及時采取了外圍降水措施，目前底板最大上拱值約為5cm，現場發現部分框架柱柱頭及柱底有水平裂縫及局部混凝土壓碎，局部外墻有斜向裂縫，地下室頂梁板有不同程度的裂縫。并委托了有關檢測部門對現場的結構構件裂縫進行檢測裂縫分布及特點。

3 抗浮承載力加固

由于現狀地下室已經發生了整體上浮，故考慮原抗浮錨桿已被拔出失效，需對該地下室上浮區域進行抗浮加固，原有關單位的處理方法是按原設計錨桿數量及做法補充新錨桿來替代原失效錨桿，或在地下室頂板面增加覆土層厚度來提高配重，以平衡水浮力來代替抗浮錨桿，我單位經過反復論證發現該方案存在如下問題。

①上浮區域原設計的抗浮錨桿數量約為380根，如全部按該做法恢復，基礎底板開孔數量太多對筏板基礎承載力有一定的影響。

②而且考慮地下室整體上浮后對底板下一定深度土層的側摩阻有損傷，同時開孔后水泄壓會帶松部分土層，按原設計的錨桿設計，實際上其承載力達不到原設計要求。

③按原設計的錨桿恢復，施工周期長，且造價高昂，考慮施工現場條件制約，如地下室層高限制了鉆孔設備的就位，周圍已建好限制了泥漿外運等，錨桿的單價約為380元/m，原設計錨桿總長為380×6=2280m，加固錨桿總造價為2280×380=86.64萬元。

④采取在地下室頂板增加原有覆土厚度的方法，經過計算需在原有覆土厚度的基礎上再增加30cm的覆土作為配重加固抗浮承載力，相當于在原地下室頂板上增加了5.4kN/m2的荷載，經過對原地下室頂梁板結構及柱基礎重新計算復核，梁板承載力及柱墩沖切厚度均不滿足要求，加固工程量及費用巨大，遠超增設普通錨桿的86.64萬元，更不適用。

4 方案改進優化分析

針對該項目的情況，我單位經過反復的計算及比較，考慮采用增設囊式承壓型擴體抗浮錨桿來加固地下室抗浮承載力，此加固方案改進的優點如下。

①此錨桿單根錨桿的抗拔力特征值為400kN/根，為原設計普通錨桿的2.5倍，大量減少了在原筏板基礎上開孔的數量，有效避免了筏板基礎的損傷。

②此錨桿僅考慮擴體段的抗拔力，非擴體段的抗拉力以及擴體段頂部的端阻力作為錨桿承載力的安全儲備，有效的解決了原土層摩阻力的不確定性，從而有效的保證了加固效果及安全保障。

③按此錨桿加固，施工周期快，約比普通錨桿施工節約了一半工期。

④此錨桿的抗拔承載力高，節約了錨桿的數量，同時顯著降低了造價。采用囊式承壓型擴體抗浮錨桿總的需要152根，單根7m長，總長為1064m，單價為500元/m，總的造價為1064×500=53.2萬元，節約了33.44萬元。

5 地下車庫增設抗浮錨

5.1 囊式擴體錨桿圖（見圖1、圖2）

圖1 囊式擴體錨桿

圖2 囊式擴體錨桿

5.2 地下車庫增設抗浮錨桿計算書

本工程地下室為1層框架結構，近期由于降雨豐富，造成相應區域地下室整體上浮，原設計在柱墩處設置了抗浮錨桿，由于地下室上浮造成原錨桿損壞已不能起到抗浮的作用，故需對地下室進行抗浮加固處理。

結構整體抗浮穩定安全系數取1.05，即按下式核算：G+Ra≥1.05Fw；永久性抗浮構件的安全系數取2.0。

場地地層分布及土質特征：根據勘察報告，底板以下自上往下依次是：

⑤層強風化泥質砂巖；

⑥層中風化泥質砂巖，該層是本場地中較好的端壓型擴體錨固段持力層。

目標錨固地層分析：根據本場地的地質條件和巖土層基本參數，綜合考慮地下結構的埋深和抗浮錨固分項的造價最優化，地下結構部分將擴體錨固段埋置于第⑥層中風化巖層中。根據勘察報告，該層是本場地中較好的端壓型擴體錨固段持力層。

5.2.1 單錨抗拔力計算

依據《建筑地基基礎設計規范》(GB5007-2011)、《巖土錨桿(索)技術規程》(CECS：22 2005)，本項目采用壓力型擴體錨桿進行抗浮加固：錨桿設計全長7.0m，錨固段（既擴體段，下同）直徑0.3m，長度3.5m，錨固段中囊體直徑為0.25m，非擴體段直徑0.2m，采用φ32PSB1080級預應力鋼筋為桿體材料，設計單錨承載力設計值為400kN。

單根擴大頭錨桿承載力特征值校核如下：

K——錨桿錨固體的抗拔安全系數，按規范選取2.0；

Tuk——錨桿抗拔力特征值（kN）；

D——錨固段直徑0.3m；

La——錨固段長度3.5m；

fmg——錨固段注漿體與地層間的粘結強度標準值（kPa），按地勘資料取值 280kPa；，滿足設計要求。

同時，非擴體段的抗拉力以及擴體段頂部的端阻力作為錨桿承載力的安全儲備，有效的保證了加固效果。

5.2.2 桿體配筋校核

對于錨桿桿體強度驗算，根據《巖土錨桿(索)技術規程》(CECS：22 2005)公式：

式中：Kt——錨桿桿體的抗拉斷安全系數，臨時性錨桿取 Kt=1.1～1.2，永久性錨桿取 Kt=1.5～1.6；

Tak——錨桿的抗拔力特征值（kN）；

fy——預應力混凝土用螺紋鋼筋的抗拉強度設計值（kPa）。

根據規范可知φ32的PSB1080級預應力鋼筋抗拉強度設計值fy=900MPa，由1φ32的PSB1080級預應力鋼筋制作的單根錨桿的設計抗拉力：T=1×804×10-3×900/1.6=452kN，大于錨桿的承載力設計值400kN，滿足設計要求。

5.2 等代原抗浮錨桿計算及經濟性比較

本地庫采用承壓型囊式擴體錨桿104根(同時兼顧考慮底板灌漿要求、灌漿孔間距要求，由于為既有建筑物的加固工程，適當考慮施工條件的安全儲備），單錨長度為7m。與原方案比較見下表。

抗浮方案 錨桿數量（根） 單錨承載力（kN）普通錨桿 380 160擴體錨桿 152 400

根據以上可見，原設計的錨桿總的抗浮承載力為380×160=60800kN，現補設置的擴體錨桿總的抗浮承載力為152×400=60800kN，本次抗浮加固設計滿足要求。

6 結語

根據以上工程實例的詳細分析，本次抗浮承載力加固方案在大幅減少了后補抗浮錨桿的數量的情況下有效保證了地下室整體抗浮承載力，同時減少了在原結構上開孔的數量，有效保證了原基礎的工作性能，顯著降低了造價。