某大型地下車庫擴大頭錨桿抗浮設計與研究

吳勇軍，章因

（1.南京長江都市建筑設計股份有限公司，江蘇南京210000；2.保利江蘇房地產發展有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

擴大頭抗浮錨桿是一種新型地下室抗浮技術，其改進了普通錨桿純粹依靠桿體和土（巖）層黏結的錨固方式，充分利用前端土體抗力，大幅提高錨桿的承載力，擴大錨桿的適用范圍，同時使錨桿錨固性能更加安全可靠。

1 工程概況

某項目位于江蘇省南京市浦口區，總占地面積21 000m2，地上建筑面積39 525m2，地下建筑面積28 350m2。項目包括5棟18層高層住宅樓及2層全埋式地下車庫。底板結構平面和建筑剖面如圖1所示。

工程場地屬于丘崗地貌單元，場地總體東北高，西南低，地面標高17.060～20.690m，最大高差約4.6m，具體土層如下。

③層粉質黏土：可塑局部硬塑，干強度及韌性中等，局部缺失，層頂標高為4.370～21.170m；④層殘積土：強度低，遇水易軟化，該層局部分布，鉆孔揭露厚度0.40～4.70m，層頂標高為3.770～16.880m；⑤1強風化泥質粉砂巖：風化成砂土狀，遇水易軟化，巖體破碎，該層普遍分布，鉆孔揭露厚度0.40～4.70m，層頂標高為2.620～15.600m；⑤2層中等風化泥質粉砂巖：巖體較完整，飽和單軸抗壓強度平均值2.11MPa，屬于極軟巖，軟化系數平均值0.23，巖體基本質量等級為V級。

2 基礎選型

經計算，主體建筑的基底平均荷載約218kPa，基底持力層基本在③層粉質黏土和④層殘積土層、⑤1層強風化泥質粉砂巖上，承載力特征值fak為170～300kPa，主樓無抗浮問題，可采用天然筏板基礎；純地下室底板標高同主樓地下車庫，天然地基的承載力可滿足底板受力要求，也可采用筏板基礎。余下的問題就是解決純地下車庫抗浮問題。

依據經驗，人工抗浮的主要措施主要有自重抗浮、抗拔樁（含預制樁和灌注樁）和抗拔錨桿（含普通錨桿和擴大頭錨桿）三大類。本工程2層純地下室，抗浮水位較高，無其他壓重的情況下自重抗浮不合適；場地巖層較淺，也可排除預制樁的可能性，剩下灌注樁和抗浮錨桿做深入比較。

根據計算，地下車庫主要的標準柱網下單柱底的抗浮反力基本在1 170～1 700kN。采用鉆孔灌注樁（方案1），孔徑600mm，單根長度12～15m，預估單樁抗浮承載力特征值600kN，單柱下需布置2～3根灌注樁。

如果采用擴大頭錨桿（方案2），單根錨桿長12～16m（平均長度約14m），擴體錨固端埋放置于⑤2層中等風化砂質泥巖，預估單根錨桿抗拔承載力特征值取580kN，每跨布置2～3根。

如果采用普通錨桿（方案3），單根錨桿長11～15m（平均長度約14m），預估單根錨桿抗拔承載力特征值取260kN，每跨布置6根。

以同條件下，地下車庫標準跨柱網5.4m×6.6m的人工抗浮措施為例，各方案綜合造價的對比如表1所示。

從以上造價分析可得，相比灌注樁，采用擴大頭錨桿的方案能節省造價2 599元，節約百分比16.3%；相比普通錨桿，能節省造價934元，節約百分比5.9%。而且，抗拔樁及抗拔錨桿的布置方案對底板的造價也有較大影響。抗拔樁一般布置于柱底承臺下，柱間水浮力和地基反力同向疊加后在筏板內產生較大的彎矩，會增加筏板的配筋和厚度。

擴大頭錨樁可靈活均勻地布置在底板底，在抗浮工況作用下，能有效降低筏板的峰值彎矩，并能顯著降低筏板的厚度和鋼筋含量，還能降低底板開裂的可能性。當采用擴大頭錨樁代替抗拔樁時，在筏板滿足結構沖切驗算的條件下，可取消為抗拔樁而額外布置的承臺，從而降低承臺施工開挖和材料費用。

因此，本工程基礎形式采用天然筏板基礎+抗浮擴大頭錨桿相結合的方案。

3 擴大頭錨桿計算與設計

對埋深較大的抗浮結構，可依據土層資料采用高壓旋噴擴孔工藝在錨桿端頭形成一段擴大體，提高錨桿抗浮承載力。根據JGJ/T 282—2012《高壓噴射擴大頭錨桿技術規程》（以下簡稱《規程》）第4.6.3條的擴大頭錨桿的設計公式，擴大頭錨桿承載力由自由錨固段、擴體錨固段及前端土體抗力3部分組成，一般情況下，錨桿承載力主要由第2，3部分貢獻。

3.1 工程抗浮錨桿桿體尺寸及承載力計算

由于地下車庫底板和巖層的距離變化較大，底板離錨固基巖頂面5.0～14.0m，錨桿總長度為7.0～16.0m。基于工程安全考慮，根據底板水頭標高分塊取值，錨桿長度按最不利取值。擴大頭錨桿桿體尺寸：自由錨固段直徑180mm，長5m；旋噴擴體段直徑500mm，長2m。

圖1 地下車庫底板平面及剖面

表1 3種方案綜合造價對比

以孔點ZK13為例，依據《規程》第4.6.3節，單根錨桿極限抗拔力Tuk計算如下：

根據勘察報告γ=21.0kN/m3；h取5.0m；φ'根據勘察報告取φ'=38°；K0=1-sinφ'38.0°=0.384；c取50.0kN/m2；ξ=0.85×tan2（45-38/2）=0.202

綜合各孔點的計算結果，單根錨桿抗拔承載力特征值Tak=Tuk/2=592.5kN，設計取值580kN。

3.2 工程抗浮錨桿桿體鋼棒截面計算

根據以上計算結果，選擇桿體直徑36mm的PSB1080預應力混凝土用螺紋鋼棒（As=1 018mm2），滿足設計要求。

4 錨桿與底板的連接錨固及錨桿防腐設計

考慮到桿體工作環境及受力特點，錨桿采用粗直徑非預應力高強鋼棒。在擴體段，鋼棒受混凝土保護，其錨固長度及保護層都沒有問題。擴大頭錨桿的防腐重點是自由段桿體鋼棒和錨桿頂部與承臺（或底板）交接處的防腐做法及細部處理。

自由段桿體鋼棒采用內采用防腐涂層（或充防腐油脂的套管密封）保護，防腐涂層厚度應大于280μm，防腐涂層應沿鋼棒延伸進入基礎內，高出基礎底面5cm，防腐材料須滿足JG/T 430—2014《無粘結預應力筋用防腐潤滑脂》的相關要求。同時，鋼棒入基礎底面5～10cm處粘貼1～2道遇水膨脹止水膠條。防腐材料涂刷會降低鋼筋的受拉錨固性能，故應嚴格控制防腐涂層在鋼棒上的高度。考慮到地下水、土對桿體鋼棒長期的腐蝕性，在設計時還應考慮建筑有效使用年限內錨桿鋼棒銹蝕程度的影響。

5 結語

本工程目前已施工驗收完畢，基礎部分的各項技術指標和檢測結果均良好。通過擴大頭錨桿在實際工程抗浮設計中的應用分析研究，總結出如下設計心得。

1）擴大頭錨桿技術可靠，承載力高，可節約工程造價。

2）錨桿布置在底板比布置在柱墩（承臺）下對底板抗浮設計更有利，能較大幅節約底板造價。

3）錨桿布置在底板下應特別注意錨桿錨固和防腐處理，錨桿鋼棒直錨長度不夠時，應采取措施進行構造設計和必要的計算。