念紅芬, 孫金坤

(攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院， 四川攀枝花 617000)

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某地下室抗浮錨桿設(shè)計

念紅芬, 孫金坤

(攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院， 四川攀枝花 617000)

【摘要】地下工程的抗浮設(shè)計是困擾設(shè)計人員的一個難題。如何有效考慮抗浮措施，對基礎(chǔ)及高層建筑的安全和穩(wěn)定性具有重要的意義。文章結(jié)合實際工程，比較了地下建筑常用的三種抗浮措施，結(jié)果表明抗浮錨桿易于施工、造價低廉，在浮力水頭較大時往往優(yōu)于壓重和抗拔樁方案，并對抗浮錨桿實施方案進(jìn)行了詳盡的分析和計算。通過實踐驗證，該抗浮方案滿足工程要求。

【關(guān)鍵詞】地下室；抗浮設(shè)計；錨桿

隨著城市的快速擴(kuò)張，建設(shè)用地日趨緊張，地下工程的建設(shè)也十分廣泛。在地下工程的設(shè)計中最常見的問題是抗浮設(shè)計，一旦處理不當(dāng)，將直接影響到建筑物的安全性和穩(wěn)定性。本文結(jié)合成都某高層設(shè)計，探討地下室的抗浮設(shè)計，總結(jié)地下室抗浮計算應(yīng)注意的問題等，以供工程設(shè)計人員參考。

1工程概況

富士康生活配套區(qū)二期拆遷安置房4號地塊工程，位于成都市郫縣德源鎮(zhèn)。該項目由4棟高層和商業(yè)、地下室組成，高層為32層，建筑高度97.95 m,本工程均設(shè)-2F地下室。規(guī)劃總建筑物面積為128 237.96 m2?；A(chǔ)埋深約10 m，高層建筑采用筏形基礎(chǔ)形式，多層建筑采用獨立柱基基礎(chǔ)形式。

2工程地質(zhì)條件與地下水

該場地位于成都市郫縣德源鎮(zhèn)，交通方便。場地較平坦，局部地址堆土影響高差較大。地層自上而下主要為：

本工程場地±0．000相當(dāng)于成都絕對高程558.300 m，根據(jù)勘察報告，場地地下水水位在平水期期末，周圍有施工降水時埋深為552.02～551.98 m。豐枯期季節(jié)水位變化幅度為1．50～2．0 m左右。絕大部分樓層基礎(chǔ)均位于地下水位之下，根據(jù)基礎(chǔ)平面布置圖可知,抗水板范圍面積為15 344.5 m2，按單位浮力設(shè)計值為60.0 kN/m2計算，總浮力為920 670.0 kN。

3抗浮措施選擇

為防止地下工程的浮起破壞，目前，工程上常采用配重法、降排截水、設(shè)置抗拔樁和抗浮錨桿來解決地下工程的抗浮問題。

(1)增重，即增加基礎(chǔ)或主體結(jié)構(gòu)的重量或覆土厚度，使得含基礎(chǔ)重量在內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)荷載大于地下水所能引起的浮力，則達(dá)到抗浮處理的目的。

(2)抗浮樁，抗浮樁利用樁體自重和樁側(cè)摩阻力來提供抗拔力。是一種常用的抗浮技術(shù)措施。

(3)抗浮錨桿，作用原理同于抗浮樁，在基礎(chǔ)下面布設(shè)一定規(guī)格和間距的錨桿(索)，通過錨固體與基礎(chǔ)以下各地層之間的摩阻作用，以抵抗地下水可能引起的上浮作用力。

壓重抗浮在增加自重的同時也增加了埋深， 浮力相應(yīng)增大，在開挖平面面積較大時，開挖量和回填(含增重部分)的量都很大，成本較高；抗浮樁需制作直徑較大和深度較深的樁體，并且樁與柱子相連，使抗浮樁的間距太大，致使底板增厚，造價高，其適用于抗浮能力要求較高的工程情況；抗浮錨桿易于施工，布置靈活，錨固效率高，對漂卵石等巖土性質(zhì)較好地層具有極好的適用性。在成都市區(qū)及周邊地區(qū)應(yīng)用較為普遍，在本工程中造價相對最低，故最終選抗浮錨桿。

4抗浮錨桿設(shè)計

4.1設(shè)計理論

錨桿是指用水泥結(jié)石體將一組鋼拉桿(鋼筋)錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并承受拉力的柱狀錨體。它的中心受拉部分是鋼筋，鋼筋所承受的拉力首先通過鋼筋周邊的砂漿握固力而傳遞到錨桿錨固體中，然后在通過錨固段周邊地層的摩擦力而傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中。

抗浮錨桿是指在基礎(chǔ)底板上加錨桿，以提供更多的下拉力，防止基礎(chǔ)及地下室底板在地下水浮力的作用下上浮變形，保證建筑物結(jié)構(gòu)安全。

4.2錨桿間距

整體按正方形布設(shè)抗浮錨桿，間距為2 m×2 m，局部區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，間距按矩形布置(矩形面積不大于4 m2)。

4.3單根錨桿軸向拉力設(shè)計值

根據(jù)核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司提供的抗浮力設(shè)計值為60 kN/m2，以2 m×2 m為間距布置錨桿，故單根抗浮錨桿抗浮范圍按4 m2計算， 則錨桿軸向拉力設(shè)計值為：

Na=4 m2×60.0 kN/m2=240.0 kN；考慮一定的安全儲備，取Na=260 kN。

錨固體直徑：D=150 mm。

錨桿配筋：依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2002)第7.2.2式進(jìn)行計算配筋量。

(1)

式中：As為錨桿鋼筋截面面積(m2)；γ0為工程重要性系數(shù)，取1.0；Na為錨桿抗拔力設(shè)計值(kN)，Na=260 kN；ξ2為錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69；fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值(kPa)，取fy=360 N/mm2(HRB400級鋼)。

(2)

根據(jù)工程性質(zhì)、施工工藝，本工程可采用的錨桿鋼筋配置如下：

采用HRB400螺紋鋼筋，配置3根25(三級鋼筋HRB400)，則鋼筋總面積為： 1 472.6 mm2，滿足設(shè)計要求。

4.4錨桿長度計算

(1)錨桿錨固體與地層的錨固段長度計算：

(3)

則有：

(4)

(2)錨桿鋼筋與錨固體間的錨固長度計算：

(5)

式中：La為錨固段長度(m)；D為錨固體直徑,取150 mm；frb為地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值,取50 MPa；ξ1為錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，對永久性錨桿取1.00；d為錨桿鋼筋直徑(25 mm)；n為鋼筋根數(shù)(3根)；γ0為邊坡工程重要系數(shù)，取1.0；fb為鋼筋與錨固體砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值，采用M30水泥砂漿，考慮到3根鋼筋聯(lián)合作用，應(yīng)按0．7的折減系數(shù)取定，即2 400×0．7；ξ3為鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對永久性錨桿取0.60。

取上述式(4)、式(5)計算中的大值，故錨固理論計算長度為La=8.50 m，該長度應(yīng)通過現(xiàn)場基本試驗進(jìn)行最終確定。

4.5抗浮錨桿實際長度

水泥采用P.C32.5R普通硅酸鹽水泥，錨固體采用細(xì)石水泥結(jié)石體，強(qiáng)度達(dá)到30 MPa。

錨入抗水板內(nèi)鋼筋長度為44倍鋼筋直徑，即1 100 mm。

錨桿桿體配筋長度：錨固體計算理論長度為La=8.5 m，錨入抗水板(或基礎(chǔ))內(nèi)1.10 m，基礎(chǔ)墊層厚100 mm，故理論配筋長度為L’=8.5+0.1+1.1=9.7 m。墊層、防水施工對錨桿錨固體上段有一定擾動，考慮0.3 m的安全儲備長度，故每根抗浮錨桿實際長度為L=8.5+0.1+1.1+0.3=10.0 m。

4.6錨桿根數(shù)

抗浮處理區(qū)域平面未必完全為錨桿間距2 m的整數(shù)，需根據(jù)實際平面尺寸適度調(diào)整錨桿間距。在筏板周邊區(qū)域、外墻區(qū)域及后澆帶區(qū)域，亦須適當(dāng)加密布設(shè)。最后，實設(shè)錨桿3 787根。

4.7總抗浮力驗算

根據(jù)基礎(chǔ)平面布置圖可知，抗水板范圍面積為15 344.5 m2，按浮力設(shè)計值為60.0 kN/m2計算總浮力為：15 344.5×60=920 670.0 kN；該范圍內(nèi)共布置抗浮錨桿3 787根，每根抗浮力設(shè)計值為260 kN，則總的抗浮力為984 620.0 kN>920 670.0 kN,總抗浮力大于浮力值，設(shè)計安全。

5結(jié)束語

根據(jù)上述設(shè)計方案，本工程目前已順利施工完所有的抗浮錨桿，根據(jù)抗拔檢測試驗，抗拔力一般均在480 kN以上，滿足了設(shè)計要求，通過質(zhì)檢部門的竣工驗收，并運行良好。

參考文獻(xiàn)

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【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類號】TU94+3.9

[作者簡介]念紅芬(1974～)，女，碩士研究生,講師，主要從事土木工程教學(xué)科研設(shè)計工作。

[定稿日期]2015-10-29