抗浮錨桿的設計與應用

雷學鋒

【摘要】當建筑自重及地面上的永久荷載標準值不能抵抗浮力（抵抗建筑物向上移位），可采用抗浮錨桿抵抗這些外力。浮力由錨桿鋼筋傳遞給錨固體，再傳遞到基礎。設計時既應保證錨桿不會從巖土中被拔出也應保證鋼筋在錨固體中不被拔出。

【關鍵詞】浮力;抗浮錨桿

1、引言

隨著我國經濟實力的增強，城市建設迅猛發展，城市空間需求急劇膨脹與空間資源有限這一矛盾日益突出。土地的合理配置成為急需解決的問題，向地下拓展空間成為重要手段，單層多層地下室已經越來越多，由于該類建筑面積大、基礎埋藏較深，建筑層數相對較少，在歷史最高地下水位、暴雨及地下水管破裂等情況下，結構自重不足以抵抗地下水的上浮力，地下結構抗浮問題日益突出。為此，作者從設計角度出發，探討了抗浮錨桿的計算方法和設計步驟。

2、原理

抗浮錨桿一端錨固在地下室基礎或底板，另一端錨固在地基土層中，當基礎發生形變受力時，首先是錨固體鋼筋與注漿體之間的作用將上拔力傳至錨固漿體上，而后通過錨固漿體與周邊土層之間的摩擦力將錨固漿體所受到的力傳至周圍穩定土體中去，從而形成一定抗拔能力，起到抗浮作用。

3、設計方法、步驟

目前關于抗浮錨桿的設計可以參照以下幾種規范：《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011中“巖石錨桿基礎”部分、《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013有關錨桿的部分、《建筑工程抗浮技術標準》JGJ476-2019、廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》DBJ15-31-2016、廣東省標準《建筑工程抗浮設計規程》DBJ/T15-125-2017等。

下面以廣東省標準《建筑工程抗浮設計規程》相關條文進行設計說明;

（1）選取錨桿鋼筋，并根據鋼筋強度計算錨桿軸向拉力標準值。

KbRt≤Asfyk

7.2.1 -4

式中：Kb-錨桿鋼筋抗拉安全系數，取2;

Rt-錨桿抗拔承載力特征值;

As-縱向鋼筋截面面積;

fyk-鋼筋屈服強度標準值。

（2）根據錨桿抗拔承載力特征值計算錨桿在土體中的錨固長度，保證錨固體在土層中不被拉出。

Rt≤0.8Πdl∑liqrk，i

7.2.1-2

式中：d1--錨桿錨固段鉆孔直徑;

li--第1層巖體中錨固段長度;

Qrk，i--砂漿與第i層巖石間粘結強度特征值，可按廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》表5.2.6取值;

（3）計算鋼筋在錨桿體中的錨固長度，保證鋼筋不會從錨固體中被拔出。

Rt≤nΠd2lsfs 7.2.1-3

式中：

n--鋼筋根數;

d2-鋼筋直徑;

ls-鋼筋與砂漿間的錨固長度;

fs-鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度特征值;

4、抗浮錨桿的布置

抗拔錨桿的布置方法有兩種：地下室底板下均勻布置和集中布置。

（1）地下室底板下均勻布置：不考慮上部結構自重（僅考慮底板自重），根據錨桿的抗拔承載力特征值和浮力的大小計算布置間距。優點：地下室底板計算跨度小，板厚及配筋小;缺點：不能充分利用上部結構傳來的豎向力來平衡掉一部分水浮力，需要的錨桿較多，布置相對分散，地下室底板下的外防水施工比較麻煩。

（2）集中布置：集中布置在柱下或板跨中。優點：可以充分利用上部結構傳來的豎向力來平衡掉一部分水浮力，由于錨桿布置集中，對于地下室底板下的外防水施工也比較方便;對個別錨桿承載力不足的情況，由于有較多的錨桿分擔，有很強的抵抗力。缺點：地下室底板配筋較大。

（3）推薦布置方法：為充分利用上部結構傳來的豎向力，方便底板外防水施工，防止個別錨桿失效對底板安全的威脅，建議采用集中布置。

1.對于一層地下室，由于浮力不大，盡量把錨桿布置在獨立基礎范圍內。

2.對于兩層以上的地下室，由于浮力較大，盡量把錨桿布置在柱網對角線交點范圍，以形成底板支座，減小板計算跨度。

5、通過實例闡明計算方法、步驟：

例：某單層地下室，層高4 5米，柱網8.4mX8.4m，頂板覆土1.2m，頂板折算厚度0.3m，底板厚0.4m，抗浮水頭4.8m，持力層為強風化花崗巖（軟質巖），抗浮工程設計等級為甲級。

查建筑地基基礎設計規范表5.2.6：取強風化花崗巖與錨固體間摩阻力特征值qsk=80Kpa。

（1）單根錨桿承載力特征值：鋼筋選3Φ25，As=1472mm2

Rt=Asfyk/2=1472x400/2=294375N

（2）錨固體長度：錨固體直徑取Φ170，

La=Rt/（0.8Πdl∑qrk，i）

=294375/（0.8x3.14x170x80）=8.6m

（3）驗算鋼筋在錨桿體中會否被拔出

ls=Rt/（nΠd2fs）

=294375/（3x3.14x25x1000） =1.25米

設計取錨桿抗拔承載力特征值280KN，錨桿長度取9米。

G=頂板自重+覆土重量+底板自重

=0.3X25+1.2X16+0.4X25=38.0KN/m2

Nw，k=48KN/m2

抗浮錨桿數量：n=（KwNw，k-G）*8.4*8.4/280=（1.1*48-38.0）*8.4*8/280=3.7根

6、設計說明：

（1）地下室抗拔錨桿為永久性錨桿，安全等級及使用年限同上部結構;

（2）錨桿鋼筋采用HRB400，扦孔徑D=170mm.用M30膨脹純水泥漿（水泥漿中摻入水泥用量0.1%的鋁粉）灌注保護，要求錨桿入強風化巖層9米：

（3）每根錨桿中的鋼筋為3Φ25，抗拔承載力特征值為280kN;

（4）錨桿內鋼筋接長采用雙面搭接焊，焊縫長度5d;

（5）錨桿注漿材料一般選用灰砂比1：1-1：2，水灰比0.38-0.45的水泥砂漿或水灰比為0.5-0.55的純水泥漿。漿體設計強度不應低于30MPa，注漿壓力為0.5-1.5Mpa;

（6）錨桿鋼筋防腐：一般腐蝕環境中的永久性錨桿，采用水泥漿或水泥砂漿封閉防腐，凈保護層不少于30厚。嚴重腐蝕環境中的錨桿鋼筋應采取特殊措施;

（7）抗拔錨桿的抗拔承載力應通過現場抗拔試驗確定。試驗錨桿數，土層錨桿不得少于3根，巖石錨桿不得少于6根及總數的5%。

參考文獻：

[1]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）.中國建筑工業出版社，2012.

[2]《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）.中國建筑工業出版社，2014.

[3]《建筑工程抗浮技術標準》（JGJ476-2019）.中國建筑工業出版社，2020.

[4]廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》（DBJ15-31-2016）.中國建筑工業出版社，2016.

[5]廣東省標準《建筑工程抗浮設計規程》（DBJ/T15-125-2017）.中國建筑工業出版社，2017.