陳秋汝 李鵬飛 洪湖

1.綠地集團(tuán)合肥美湖置業(yè)有限公司 安徽 合肥 230009

2.中建七局第二建筑有限公司 江蘇 昆山 215300

3.合肥市康健房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 安徽 合肥 230009

1 項(xiàng)目概況

本案為合肥市某高端住宅項(xiàng)目。其中北側(cè)含二層地下車庫及3棟高層建筑。地庫部分兩層地下室局部為人防，層高均為3.6m，純地庫部分（不含主樓）地下二層面積為10675.5m2，見圖1地下二層平面布置圖。地下室頂板覆土厚度1.2m，室內(nèi)外高差0.15m。地庫周邊土質(zhì)情況依次為①層雜填土，②層黏土，③層黏土，詳見圖2工程斷面剖面圖。地庫采用天然地基，持力層為③層黏土層，未修正的地基承載力特征值fak=330kPa。根據(jù)地勘報(bào)告：本場地中基坑位于地下水水位以下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)的上浮作用。場地抗浮水位按設(shè)計(jì)地面標(biāo)高下1.0m考慮。

圖1 地下二層平面布置圖

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

2 原設(shè)計(jì)情況

純地下車庫部分采用小柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段柱網(wǎng)為（4.8+4.8+4.8m）x8.0m。原設(shè)計(jì)主樓部分采用樁筏基礎(chǔ)，樁基采用PHC 500 AB 125-23高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，樁端持力層為④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁基承載力特征值2500kN。純地庫部分采用筏板+下柱墩的基礎(chǔ)形式，以③層黏土層為基礎(chǔ)持力層。筏板厚度為450mm，配筋為F14@170雙層雙向，局部加強(qiáng)配筋。

抗浮設(shè)計(jì)采用抗浮錨桿，錨桿直徑200mm，設(shè)計(jì)長度10m，錨桿承載力特征值150KN。為平衡沉降差異，地庫和主樓交界處設(shè)置沉降后澆帶。標(biāo)準(zhǔn)柱跨基礎(chǔ)設(shè)計(jì)詳見圖3標(biāo)準(zhǔn)跨基礎(chǔ)平面布置圖，下柱墩配筋詳圖見圖4。下柱墩除按表內(nèi)配筋外，尚且采用局部加強(qiáng)的方式，增加局部鋼筋配置。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)跨基礎(chǔ)平面布置圖

圖4 下柱墩配筋圖

3 優(yōu)化思路

原設(shè)計(jì)地下車庫部分基礎(chǔ)考慮采用平筏板加下柱墩的形式，有以下幾點(diǎn)值得商榷：（1）③層黏土土質(zhì)情況優(yōu)良，承載力較高，采用滿堂筏板的形式不能最大利用土體承載力，由于合肥地區(qū)不考慮最低水位對(duì)基礎(chǔ)計(jì)算的有利作用，在計(jì)算上部恒活荷載作用下，地基反力由柱底傳遞的越遠(yuǎn)，柱根部的彎矩就會(huì)越大，需要配置的計(jì)算鋼筋就會(huì)越多。而且由于按筏板考慮，柱底沖切區(qū)域的基礎(chǔ)反力較小，導(dǎo)致下柱墩需要的抗沖切高度需要加高，增加了混凝土用量。（2）本項(xiàng)目有二層地下室，上部結(jié)構(gòu)荷載相對(duì)于土方開挖重量較小，基礎(chǔ)為補(bǔ)償性基礎(chǔ)，純地庫部分的沉降有限，甚至不沉降，而主樓為30層高層剪力墻住宅，為解決承載力及沉降要求雖采用樁基，但仍有不小的沉降量。純地庫部分采用抗沉降能力較好的筏板基礎(chǔ)，無疑對(duì)協(xié)調(diào)主樓和地庫部分的沉降差異不利。（3）原設(shè)計(jì)下柱墩和平筏板交界處采用45度放坡的形式會(huì)增加混凝土及構(gòu)造鋼筋的用量。（4）抗浮錨桿在柱底區(qū)域以外幾乎滿堂布置，而抗浮錨桿對(duì)筏板抗浮配筋計(jì)算的有利作用未能充分考慮，導(dǎo)致筏板厚度較厚，配筋較大。

針對(duì)以上幾點(diǎn)，經(jīng)研究后提出以下優(yōu)化建議：（1）按“地盡其力，就近原則”充分利用地基承載力，調(diào)整地庫基礎(chǔ)形式，由筏板基礎(chǔ)，調(diào)整為獨(dú)基+防水板的基礎(chǔ)形式，以解決下柱墩高度和配筋較大問題，同時(shí)更好的協(xié)調(diào)主樓和地庫的沉降差；（2）防水板計(jì)算時(shí)，考慮抗浮錨桿的有利作用，全面優(yōu)化防水板的厚度和配筋；（3）獨(dú)立基礎(chǔ)按抗沖切控制其高度，取消原下柱墩和筏板交界處的放坡設(shè)計(jì)，采用直壁方式，優(yōu)化混凝土和鋼筋用量。

4 優(yōu)化成果

本項(xiàng)目因決定采取優(yōu)化措施時(shí)，已經(jīng)臨近施工，且設(shè)計(jì)方案已經(jīng)修改過3次，為保證項(xiàng)目進(jìn)度，同時(shí)避免因頻繁修改導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位的抗拒心理。本次優(yōu)化在上述建議的基礎(chǔ)上，考慮設(shè)計(jì)周期短，修改內(nèi)容少，優(yōu)化進(jìn)度快的方案，在筏板厚度優(yōu)化上原建議由450mm優(yōu)化至350mm，到考慮到調(diào)整為350mm以后，抗浮錨桿需要全部重新布置驗(yàn)算，在有限的時(shí)間內(nèi)，恐怕難以達(dá)到預(yù)計(jì)效果，在和設(shè)計(jì)及審圖充分溝通后，決定由450mm調(diào)整為400mm，因原設(shè)計(jì)抗浮錨桿承載力稍有余量，調(diào)整板厚后，抗浮錨桿基本無需重新設(shè)計(jì)。饒是如此，優(yōu)化的結(jié)果依舊令人滿意。優(yōu)化后防水板配筋為F12@180雙層雙向。圖5為優(yōu)化后的獨(dú)立基礎(chǔ)詳圖。

圖5 獨(dú)立基礎(chǔ)配筋圖

優(yōu)化后的混凝土節(jié)省用量為筏板改防水板部分：10675.5x0.05=533m3，下柱墩改獨(dú)基部分約917m3，詳見表1統(tǒng)計(jì)?？傆?jì)約533+917=1450m3。

表1 下柱墩改獨(dú)基混凝土用量統(tǒng)計(jì)

優(yōu)化后，鋼筋約節(jié)省150t左右，此外節(jié)省了土方開挖等相應(yīng)的工程量，項(xiàng)目總結(jié)優(yōu)化資金約計(jì)150萬元至200萬元人民幣，相對(duì)于1萬m3左右的地下車庫，結(jié)果令人滿意。

5 抗浮錨桿設(shè)計(jì)的相關(guān)思考

1）抗浮錨桿概念

抗浮錨桿是一種常見的建筑工程地下結(jié)構(gòu)抗浮措施，又叫做抗浮樁。和一般的基礎(chǔ)樁相比較，抗浮錨桿有著比較特殊的工作性能：基礎(chǔ)樁通常為抗壓樁，荷載由樁體承受，并從樁頂向樁底傳遞，樁體的受力大小也隨著建筑荷載的變化而發(fā)生改變；而抗浮樁的特殊之處在于，由抗拔樁體承受拉力，普通抗浮樁也是從樁頂向樁底傳遞荷載，樁體的受力大小隨著地下水位的變化而發(fā)生改變，但二者的受力機(jī)制卻是恰恰相反的。

2）結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

地下結(jié)構(gòu)在水浮力作用下需要有足夠的安全度。對(duì)于抗浮驗(yàn)算的相關(guān)規(guī)定，國內(nèi)不同的規(guī)范稍有差別，關(guān)于抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)或水浮力荷載分項(xiàng)系數(shù)的規(guī)定目前尚未統(tǒng)一。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，“結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw，一般情況下可取1.05”[1]。該處的安全系數(shù)一般用在靠配重等方式解決抗浮問題，對(duì)于抗浮錨桿及抗拔樁，因?yàn)樵诔休d力特征值計(jì)算時(shí)，已經(jīng)考慮了2倍的安全儲(chǔ)備[2,3]，所以該系數(shù)可以不再重復(fù)考慮。鑒于設(shè)計(jì)人員，甚至計(jì)算軟件較少考慮該點(diǎn)，在設(shè)計(jì)管理中可以予以關(guān)注。

當(dāng)采用抗浮錨桿時(shí)，可按下式確定抗浮錨桿的配置數(shù)量：

式中：Nw,k為水浮力作用標(biāo)準(zhǔn)值；Gk為結(jié)構(gòu)自重及配重之和；R為單樁（錨桿）抗拔承載力特征值。

3）建筑結(jié)構(gòu)抗浮錨桿適用的規(guī)范情況

針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)采用的抗浮錨桿，國家并無針對(duì)性的規(guī)范，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》有針對(duì)巖土錨桿設(shè)計(jì)的部分，但并不全面，而且適用范圍有限?！督ㄖ吰鹿こ碳夹g(shù)規(guī)范》、《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》雖有相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，但與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的分項(xiàng)系數(shù)，荷載叫法等不盡相同，如《地基基礎(chǔ)》中采用的“抗拔承載力特征值”，而在《邊坡規(guī)范》中叫做“錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值”?！哆吰乱?guī)范》采用1.3倍標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算配筋，而在《地基基礎(chǔ)》表述中，若采用1.3倍標(biāo)準(zhǔn)值則不能滿足2倍的安全儲(chǔ)備。所以不加區(qū)分的直接套用將會(huì)造成一定的偏差或不經(jīng)濟(jì)。

4）抗浮錨桿設(shè)計(jì)的相關(guān)建議

抗浮錨桿承載力是由巖土抗力（抗拔出）與構(gòu)件材料強(qiáng)度（抗拉斷）兩個(gè)因素共同控制的。前者采用安全系數(shù)法確定抗拔承載力特征值，是抗拔構(gòu)件入土長度的決定因素，通常安全系數(shù)不小于2.0。后者采用分項(xiàng)系數(shù)法確定抗拔承載力特征值，是抗拔構(gòu)件所需鋼筋數(shù)量的決定因素?？拱螛?gòu)件所需鋼筋數(shù)量需要滿足下式：

上式中：N代表抗拔構(gòu)件的軸向拉力設(shè)計(jì)值；fy，代表普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

為了進(jìn)行安全度比較，需要將式（2）換算成安全系數(shù)法的形式。荷載的綜合分項(xiàng)系數(shù)取1.35，則有N=1.35Nk，其中Nk為抗拔構(gòu)件的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值；按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）[4]（熱軋鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù)γs取1.1，預(yù)應(yīng)力鋼絞線材料分項(xiàng)系數(shù)取1.2，故有fy=fyk/1.1，其中fyk，為普通鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，代入式（2）整理得：

從式（3）可見，抗浮錨桿材料強(qiáng)度的承載力安全系數(shù)范圍大約在1.4至1.5之間，與巖土的抗力安全系數(shù)2.0并不匹配，因此實(shí)際上安全度是由前者控制。由此也造成如下問題：（1）在事前開展的的抗拔承載力檢測，實(shí)際上是對(duì)巖土抗力控制的承載力進(jìn)行檢測，為了滿足2.0的安全系數(shù)，就需要增加試驗(yàn)構(gòu)件的實(shí)際配筋量；（2）在事后抽檢，也就是施工完成后檢測工程樁（錨桿）時(shí)，由于受到材料強(qiáng)度的制約，工程樁（錨桿）只能拉到1.4—1.5倍特征值，無法驗(yàn)證巖土抗力是否能夠達(dá)到安全系數(shù)2.0。

基于以上分析，現(xiàn)提出以下建議：將抗拔構(gòu)件材料強(qiáng)度承載力安全系數(shù)提高到2.0，抗拔構(gòu)件所需配筋量按下式確定：

這樣可以使抗浮錨桿的材料安全系數(shù)和巖土抗力的安全系數(shù)相匹配。

對(duì)于抗浮錨桿巖土抗力，鑒于規(guī)范多為估算值，且不同規(guī)范之間尚未統(tǒng)一，差異較大，建議采用施工前試驗(yàn)確定承載能力，確?？垢≡O(shè)計(jì)安全和經(jīng)濟(jì)。

5）筏板或防水板厚度和抗浮錨桿的關(guān)系

抗浮錨桿的布置方式（常規(guī)有點(diǎn)狀集中布置，線狀集中不知，面狀均勻布置等方式），在很大程度上決定了筏板（防水板）的配筋計(jì)算，進(jìn)而影響了筏板（防水板）的厚度設(shè)置，成為筏板（防水板）厚度選擇的一個(gè)因素。

抗浮錨桿影響筏板（防水板）厚度的另外一個(gè)因素就是抗浮錨桿的配筋設(shè)置，因?yàn)橐紤]到抗浮鋼筋的直段錨固長度，所以抗浮錨桿鋼筋的直段錨固長度，決定了板厚的最低要求。由于抗浮錨桿的鋼筋直接影響抗浮錨桿的承載能力，所以，在抗浮設(shè)計(jì)時(shí)需要在經(jīng)濟(jì)性上考量，以平衡板厚和抗浮錨桿單根承載力的關(guān)系。

6 結(jié)論

和主樓相連的純地下車庫，采用抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，地質(zhì)條件較好，若采用抗浮錨桿，宜采用獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板的形式，一方面可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效果，另一方面對(duì)解決主樓和地庫部分的沉降差異效果顯著。注重概念設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)可以取得不錯(cuò)的優(yōu)化成效。