魏 樂

(大同市二院建筑設(shè)計研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037006)

0 引言

近些年來，隨著城市人口規(guī)模和高層建筑的數(shù)量不斷增大，建筑空間越來越受限制，因此建筑物不得不向地下發(fā)展。有時，為了某種功能的突出。建筑不但越長越“高”，也越長越“深”。為充分利用地下空間，當(dāng)基礎(chǔ)底板埋深較大時，在地下水位較高地區(qū)，地下室底板要承受較大的水浮力作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)的自重加上上部荷載不足以抵抗地下水浮力時，就容易發(fā)生地下室底板上拱，從而導(dǎo)致建筑物破壞，因此需要采取豎向抗浮措施。

在所有地下結(jié)構(gòu)工程中，當(dāng)?shù)叵滤惠^高，且上部自重及活荷載不能抵消地下水對建筑物產(chǎn)生的浮力時，就必須采用相應(yīng)措施。目前常用措施無非兩種：第一種是增加重量抵抗浮力，我們姑且稱之為“壓”；第二種即是通過底部設(shè)置抗拔樁，抗浮錨桿通過樁體與土層的摩擦阻力抵消浮力，我們稱之為“拽”?？拱螛对诠こ淌┕ぶ芯哂蟹€(wěn)定可靠的優(yōu)點，但施工難度大，因為需要帶水作業(yè)，相應(yīng)的工期長，造價高。而抗浮錨桿恰恰能克服這些缺點?？垢″^桿利用巖土層與錨固體的粘結(jié)摩阻力來抵抗水的浮力。在各種抗浮措施中，抗浮錨桿具有造價低、工期短、施工便捷、節(jié)省建筑材料等優(yōu)點，受到業(yè)主和設(shè)計人員的一致青睞。

1 工程概況及背景

本工程坐落于北方某城市，建筑為一公共文化建筑，建筑面積約3萬m2，平面布置為矩形。處于當(dāng)?shù)匚幕行?，考慮使用功能與建筑造型，將使用面積全部放在地下，地上僅作大跨度屋蓋?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g,地震分組第一組,基本風(fēng)壓0.65,基本雪壓0.30,建筑物抗震設(shè)防類別為乙類，場地類別Ⅱ類，設(shè)計基準(zhǔn)期50年，使用年限70年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級；地基基礎(chǔ)安全等級二級，地基基礎(chǔ)等級甲級。當(dāng)初設(shè)計時地勘報告提供地下水位埋藏較低，設(shè)計未考慮地下水的作用。當(dāng)施工進(jìn)行時，開挖基坑過程中發(fā)現(xiàn)地下水位較高與原設(shè)計的設(shè)計條件發(fā)生較大變動，嚴(yán)重影響繼續(xù)施工和后續(xù)使用，并存在極大安全隱患。為此甲方召集設(shè)計，地勘各部門進(jìn)行了專業(yè)論證。最后結(jié)論：由于引黃入晉，建筑周邊大量自來水公司自備水井關(guān)閉，引發(fā)周邊地區(qū)水位回升，造成目前狀況。問題原因找到后，甲方委托設(shè)計院，地質(zhì)勘察各相關(guān)部門，進(jìn)行抗浮設(shè)計等相關(guān)后續(xù)事宜。

2 抗浮錨桿的設(shè)計

本工程使用面積全部布置在地下,地上僅作大跨度屋蓋,結(jié)構(gòu)自重相對水浮力來說較小,采用壓載加固不能滿足抗浮要求,考慮到抗浮錨桿的優(yōu)勢及本工程所處場地地質(zhì)情況，采用非預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿來抵抗地下水浮力的作用。

2.1 本工程場地的工程地質(zhì)情況

土層大致分布狀況①層、②層素填土及雜填土去除，③層～⑥層土從上而下的巖性及極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值依次如下：粉質(zhì)黏土，55 kPa；粗粒砂，100 kPa；粉質(zhì)黏土，65 kPa；粗粒砂，120 kPa。

2.2 抗浮錨桿的布置方式

抗浮錨桿的布置方式分為:

1)集中點狀布置;2)集中線狀布置;3)梅花狀均勻布置,其中集中布置方式集中布置在柱下或基礎(chǔ)梁下,基礎(chǔ)底板配筋較大,要求錨固于硬質(zhì)巖體中,不適于軟巖與土體。梅花狀均勻布置,在地下室底板下均勻布置,基礎(chǔ)底板配筋較小,適用于所有土體和巖體。

2.3 抗浮錨桿設(shè)計

地下水凈浮力值確定。

1)根據(jù)現(xiàn)行GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，進(jìn)行抗浮設(shè)計時，抵抗水浮力的結(jié)構(gòu)自重屬有利作用，其分項系數(shù)應(yīng)為1.0。則作用在基礎(chǔ)底板上的凈反力設(shè)計值為:

qa=1.2qwk-qk

(1)

依據(jù)勘察報告及勘察補充報告，扣除底板自重后，地下水浮力為50 kN/m。

2)抗浮錨桿平面布置。

分析本工程地質(zhì)情況，建筑造型以及結(jié)構(gòu)受力特點后，本著設(shè)計合理，造價低，施工簡潔的原則，我們采用在整個底板上小間距梅花狀均勻布置錨桿，局部地方適當(dāng)增減的梅花形布置方案。

3)設(shè)計參數(shù)。

本工程設(shè)計類型:A型錨桿:錨桿單根豎向抗拔承載力特征值約為145 kN，抗拔力設(shè)計值275 kN，錨固長度8 m。

依據(jù)《土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范》和《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》，抗浮錨桿屬于永久支護(hù)，錨桿破壞后的危害程度輕微，因此，其局部穩(wěn)定性安全系數(shù)取K1=1.8。場地內(nèi)共布置880根錨桿，總抗拔力設(shè)計值特征值215 734 kN，錨桿極限抗拔力為409 151 kN，安全系數(shù)為1.85，滿足設(shè)計要求。抗浮錨桿面積和錨固長度分別由下列公式進(jìn)行計算確定：

As≥K1Nt/fyk

(2)

N1≤LaR1

(3)

N1=qfab

(4)

其中，K1為抗力系數(shù),取值1.8；N1為抗浮錨桿軸向拉力值；As與fyk分別為錨桿面積和強度；La為錨桿錨固長度；a與b分別為抗浮錨桿的橫向和縱向間距。

3 抗浮錨桿抗拔試驗

根據(jù)《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，抗浮錨桿完成后應(yīng)對抗浮錨桿進(jìn)行抗拔承載力試驗，以確定該地區(qū)土層抗浮錨桿的極限承載力。錨桿試驗數(shù)量不得少于總錨桿的5%,且不應(yīng)少于6根。

3.1 抗浮錨桿的制作

要求錨桿每間隔2.0 m設(shè)一道定位支架，確保錨桿位于錨孔中心，底部設(shè)錐形導(dǎo)向帽。在水浮力作用下，混凝土底板與基礎(chǔ)巖層界面處將形成微小的縫隙，在地下水的影響下此交界處錨桿很容易銹蝕或底板混凝土由于毛細(xì)孔道現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展而出現(xiàn)滲漏，本工程對抗浮錨桿在底板與基礎(chǔ)巖層界面450 mm范圍內(nèi)設(shè)置30 mm厚聚苯板，同時錨桿在距孔口300 mm處設(shè)置厚20 mm的止水板，來防止錨桿銹蝕并有效阻止地下水順錨桿進(jìn)入地下室底板。

3.2 抗浮錨桿質(zhì)量檢查

錨桿施工前必須制定嚴(yán)格的操作技術(shù)規(guī)定；錨桿的偏位不得大于50 mm；錨桿垂直度的偏差不得大于L/100；錨桿成型后必須清孔；錨桿混凝土強度達(dá)到設(shè)計值后方可進(jìn)行錨桿的測試。

3.3 抗浮錨桿工藝性試驗

在抗浮錨桿正式施工前，需要對抗浮錨桿的工藝性進(jìn)行試驗。在完成抗浮錨桿工藝性試驗后，試驗單位需將各項施工技術(shù)參數(shù)及時反饋給業(yè)主及設(shè)計院，設(shè)計院將根據(jù)工藝性試驗得到施工技術(shù)參數(shù)，對抗浮錨桿施工圖進(jìn)行調(diào)整，并確定施工技術(shù)參數(shù)。

4 結(jié)語

1)通過本工程的實踐做法，本設(shè)計及施工受到業(yè)主及施工單位的一致好評。從甲方經(jīng)營部反饋回的信息來看，工期比其他措施節(jié)約大約20 d時間，造價節(jié)約約130萬元。施工單位施工期間濕作業(yè)量減少較多，工人操作安全，簡單。

2)通過設(shè)計單位和施工單位現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，得到如下兩點收獲:a.其他類似工程抗浮錨桿在北方地區(qū)應(yīng)用提供了可靠設(shè)計，施工依據(jù);b.為甲方和設(shè)計院在類似工程地基處理方面提供比選資料，減少以后類似工程的選擇難問題。

3)建筑建成使用后，效果良好，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果。