某地下室抗浮錨桿設計與試驗研究

宋園園 申振華

(1.信息產業部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710054； 2.陜西省建筑科學研究院，陜西 西安 710000)

隨著經濟建設的迅速發展，城市空間的緊缺，地下建筑物成為了未來發展趨勢。由于地下水位高，上部建筑自重不足以抵抗浮力，造成了地下室底板上浮變形，給基礎造價、施工工期造成很大影響。因此，抗浮問題成為了地下結構設計中的一個重要課題。解決地下室抗浮問題可采取壓重法、抗浮樁或抗浮錨桿。相對前兩者，抗浮錨桿具有施工工藝簡單、受力明確、造價低等優點，有效地保證了建筑結構的安全性，體現了抗浮錨桿在抵抗地下室底板所承受的地下水浮力的經濟技術優越性。

1 工程概況

本工程由1號～9號高層和商業、地下室組成。規劃總建筑面積196 662.74 m2，其中地下建筑面積43 444.77 m2。該場地地層主要由第四系人工填土、粉質粘土、粉土、細砂、卵石等組成。抗浮區域基礎埋深在-10 m以下，涉及的土層基本為中密以上的卵石土。地下水水位埋深568.44 m～571.41 m。場地地下水位豐、枯水期季節水位變化幅度為1.50 m～2.00 m左右，歷史最高水位為564.00 m。由于絕大部分樓層基礎均位于地下水位之下，所以本工程采用抗浮錨桿措施。本工程抗浮錨桿施工現場如圖1所示。

2 抗浮錨桿設計

2.1 抗浮范圍

整個建筑物地下部分，除筏板基礎、1區、3區和后澆帶范圍之外，均需考慮抗浮。需進行抗浮處理的區域面積約13 785 m2。

2.2 抗浮力標準值計算

計算抗浮力標準值F按式(1)計算：

G+F≥KfV

(1)

其中，G為地下建筑物結構及覆土自重，kN/m2；F為抗浮力標準值,kN/m2；V為地下水浮力,kN/m2；Kf為抗浮安全系數，一般取值1.05～1.10。

經過抗浮分析計算，需提供的抗浮力標準值F=54 kN/m2。則抗浮區域總抗浮能力不小于744 390 kN。初步按2 m×2 m計算，所需錨桿總數為3 447根。實布設錨桿3 748根。Nak=錨桿總抗浮能力/錨桿總根數=216 kN。

2.3 錨桿鋼筋截面面積計算

根據GB 50330—2002建筑邊坡工程技術規范第7.2條，錨桿截面面積可根據式(2)確定：

(2)

其中，Na為錨桿軸向拉力設計值,kN；Nak為錨桿軸向拉力標準值,kN；γQ為荷載分項系數，可取1.30;As為錨桿鋼筋截面面積,m2；ξ2為錨筋抗拉工作條件系數，永久性錨桿取0.69；γ0為工程重要性系數，取1.1；fy為錨筋抗拉強度設計值,kPa，取335 MPa。

計算所需錨桿鋼筋截面面積As為1 336 mm2，采取3根25的HRB335螺紋鋼筋，總面積為1 471 mm2。

2.4 錨桿錨固長度計算

根據GB 50330—2002建筑邊坡工程技術規范第7.2條，錨固長度可根據式(3)確定：

(3)

其中，la為錨桿錨固長度,m；ξ1為錨固體與地層粘結工作條件系數，永久錨桿取1.00；ξ3為鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度設計值,kPa，永久性錨桿取0.60；D為錨固體直徑，取150 mm；d為錨桿鋼筋直徑,m，取0.025 m；frb為地層與錨固體粘結強度特征值,kPa，取115 kPa；fb為鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度設計值,kPa，取1.68 MPa；n為鋼筋根數。計算取兩者較大值，錨固長度la=6.2 m。

2.5 錨桿抗拔承載力特征值

根據《建筑地基基礎設計規范》6.7.6，對于永久性錨桿，計算錨桿抗拔承載力特征值:

Rt=ξfurhr

(4)

其中，Rt為抗拔承載力特征值,kN；ξ為經驗系數，取0.8；f為水泥砂漿與巖土層的粘結強度特征值,kPa；ur為錨桿的周長,m；hr為錨固段嵌入巖層中的有效錨固長度,m;Rt≥216 kN。

2.6 錨桿總長度計算

錨桿自由段長度，以確保錨桿能嵌入基礎地面以上1/3～1/2為準，并考慮留250 mm以上的彎頭。本工程基礎厚(高)0.5 m，取自由段長度為1 000 mm。所以錨桿總長度為7.2 m(見圖2)。

3 錨桿抗拔試驗

本工程按規范對場地內3根錨桿進行了抗拔基本試驗。試驗加載采用循環加、卸載法，每級讀數3次，讀數穩定后方可進行下一級加載。該3根抗浮錨桿分六循環加載至最大試驗荷載564 kN，各循環錨頭位移均滿足實測彈性位移(Se)，大于錨桿80%自由段長度理論彈性伸長值(S1)，小于自由段長度與1/2錨固段長度之和的理論彈性伸長量(S2)，在最大試驗荷載下錨頭位移趨于穩定。本工程抗浮錨桿抗拔力設計值達到282.2 kN。試驗錨桿在各級荷載作用下的荷載—位移曲線(Q—S)、荷載—彈性位移曲線(Q—Se)、荷載—塑性位移曲線(Q—Sp)如圖3所示。

4 錨桿抗拔驗收試驗

工程按規范對場地內的129根試驗抗浮錨桿進行驗收試驗，結果表明，在0.5 Nt～1.5 Nt荷載范圍內，129根試驗抗浮錨桿均滿足S1

5 結語

錨桿設計應結合工程實際情況以及建筑所在場地地質條件進行錨桿參數設計。并且按照規范對錨桿進行抗拔基本試驗，根據荷載—位移曲線，抗浮錨桿抗拔力設計值達到282.2 kN，滿足設計要求。工程對129根錨桿進行驗收試驗，均滿足設計要求。工程實踐證明，抗浮錨桿具有施工工藝簡單、工期短、造價低等優點，是解決地下室抗浮問題比較經濟、合理的方法。對于地下室抗浮設計具有一定的實際指導意義。