韓 貴，馬宏圖

（蘭州交大設(shè)計(jì)研究院有限公司，蘭州 730070）

隨著越來越多城市地下空間的開發(fā)和利用，地下建筑的抗浮設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工程中無法回避的問題，尤其是涉及到地下水位埋深較淺且上部結(jié)構(gòu)整體荷載較小的地下工程，應(yīng)該特別注意地下建筑抗浮的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。本文以甘肅省高臺(tái)縣某幼兒園消防水池基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)為例，闡述了基板延伸法與抗浮錨桿法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 工程概況

本工程為幼兒園主樓下部地下一層消防水池基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)，消防水池長19.7 m，寬16.9 m，高6.0 m，水池頂部覆土厚1.4 m。本工程±0.000絕對(duì)高程為1 345.9 m，地下水位高程1 342.42～1 343.58 m，抗浮設(shè)防水位建議值-1.32（1 344.58 m）。消防水池底標(biāo)高-7.0 m（1 338.6 m），消防水池基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚500 mm，消防水池頂板埋深-1.000 m，水池外墻厚300 mm，水池頂板厚250 mm。

根據(jù)建設(shè)單位提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地土類型屬軟弱-中軟土，場(chǎng)地季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)深度為1.2 m。本工程場(chǎng)地內(nèi)地層地質(zhì)情況依次為：第①層素填土，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均，平均層厚1.3 m；第②層粉質(zhì)黏土層，層內(nèi)夾有細(xì)砂薄層或透鏡體，平均層厚1.5 m；第③層細(xì)砂層，局部夾中砂、見零星小碎石、礦物成分為石英、長石等，平均層厚5.5 m，地基承載力特征值fak=140 kPa；第④層強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，未揭穿，地基承載力特征值fak=200 kPa?；娱_挖時(shí)需采取降水措施，降水可采用豎井降水法，降水深度為開挖面1.0 m以下，待房心土及基坑回填后方可停止降水。消防水池基礎(chǔ)平面布置圖如圖1所示。

圖1 消防水池基礎(chǔ)平面布置圖（單位：mm）

2 抗浮設(shè)計(jì)

本工程地下水埋深較淺且上部結(jié)構(gòu)荷載較小，根據(jù)JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中第3.0.1、3.0.2條，新建建筑工程在施工期和使用期，實(shí)施前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)該工程地上、地下結(jié)構(gòu)形式，以及基礎(chǔ)和地下水埋置深度、該工程的抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)、地下建筑的荷載分布等條件，綜合各種因素，按最不利組合工況確定。當(dāng)?shù)叵陆ㄖ陨砜垢〔环€(wěn)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)自身抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)和具體情況采取相應(yīng)的抗浮措施[1]。本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)[2]，根據(jù)規(guī)范表3.0.1可知，本工程建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)[1]?，F(xiàn)根據(jù)JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中第3.0.3條，以房心土及基坑回填后停止降水為前提，對(duì)本工程抗浮設(shè)計(jì)做一個(gè)判斷。

建筑工程抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式規(guī)定

式中：G為地上及地下建筑結(jié)構(gòu)自重、基礎(chǔ)底板以上的附加自重及所有抗浮構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值的總和，kN[1]；Nw，k為浮力設(shè)計(jì)值，kN；Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)規(guī)范表3.0.3本工程取值為1.05[1]。

根據(jù)式（3.0.1），G=G1+G2+G3+G4=20 655.7 kN。（3.0.2）

Nw，k=17.9×20.7×10×（7.0+0.5-1.32）=22 898.8 kN。（3.0.3）

Kw=20 655.7/22 898.8=0.90＜1.05。 （3.0.4）

G1（筏板自重）=17.9×20.7×0.5×23=4 261.1 kN。

G2（覆土重）=19.7×16.9×1.0×18+（20.7×17.9-19.7×16.9）×7.5×18=11 069 kN。

G3（外墻自重）=（16.6+19.4）×2×0.3×23×6.0=2 980.8 kN。

G4（頂板自重）=19.7×20.7×0.25×23=2 344.8 kN。

綜上，本工程消防水池基礎(chǔ)自身抗浮不滿足規(guī)范要求。

3 基板延伸法

本工程消防水池基礎(chǔ)自身抗浮不滿足規(guī)范要求，現(xiàn)采用基板延伸法對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)，使其最終滿足抗浮設(shè)計(jì)。假定將筏板比原有設(shè)計(jì)外邊各擴(kuò)出X，抗浮安全系數(shù)仍取為1.05，此時(shí)，根據(jù)式（3.0.1）可得

G=20 655.7+〔（20.7+2X）×（17.9+2X）-20.7×17.9〕×7.5×18

Nw，k=22 898.8+〔（20.7+2X）×（17.9+2X）-20.7×17.9〕×6.18×10

解得：X=0.607。取整：X=0.65 m。

此時(shí)，消防水池基礎(chǔ)底板尺寸長為22.0m、寬19.2m，施工時(shí)只需將原基礎(chǔ)筏板向外延伸0.65 m。同時(shí)，由于筏板外挑過大，經(jīng)計(jì)算，挑板根部混凝土截面高度不滿足承載力要求，需在挑板根部加勒，如圖2所示。

圖2 基礎(chǔ)底板外擴(kuò)構(gòu)造圖（單位：mm）

消防水池基礎(chǔ)筏板施工注意事項(xiàng)：

（1）本工程基礎(chǔ)底板地下室外側(cè)為懸挑構(gòu)件，施工時(shí)，應(yīng)與筏板整體現(xiàn)澆，混凝土澆筑完畢后，外挑部分待混凝土強(qiáng)度等級(jí)需達(dá)到設(shè)計(jì)要求的100%方可拆模[3]。

（2）筏板應(yīng)一次連續(xù)澆筑，澆筑時(shí)，應(yīng)根據(jù)有關(guān)施工規(guī)程采取可靠措施降低混凝土水化熱產(chǎn)生的內(nèi)外溫差，防止裂縫。

（3）本工程消防水池施工完畢后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基坑和房心土回填，根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)有地質(zhì)情況，回填材料采用素土或級(jí)配砂石，回填時(shí)應(yīng)分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95[4]。

基板延伸法抗浮設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求后，與原有設(shè)計(jì)增加的工程造價(jià)如下。

（1）鋼筋混凝土外挑部分的增加量為：51.9×0.5=26.0 m3。

增加的造價(jià)為：26.0×1 500=39 000.0（元）。

（2）因鋼筋混凝土外挑部分外擴(kuò)而增加的土方挖方和填方量為：51.9×7.5=389.3 m3。

增加的造價(jià)為：389.3×70=27 251.0（元）。

總造價(jià)增加為：39 000.0+27 251.0=66 251.0（元）。

4 抗浮錨桿法

由式3.0.4可知，本工程消防水池基礎(chǔ)自身抗浮不滿足規(guī)范要求，現(xiàn)在原有設(shè)計(jì)上采用抗浮錨桿法對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。由地質(zhì)勘查報(bào)告可知，砂漿與第④層強(qiáng)風(fēng)化泥巖間的黏結(jié)強(qiáng)度特征值為fthk=80 kPa。本工程采用分散型預(yù)應(yīng)力錨桿，錨筋直徑d=25 mm，錨桿桿體材料主要采用HRB400級(jí)螺紋鋼筋。錨固體直徑d1=150 mm，擬設(shè)計(jì)抗浮錨桿進(jìn)入土體長度為8.0 m[5]，由于本工程第③層細(xì)砂層存在液化現(xiàn)象，故錨桿在細(xì)砂層不考慮錨固效應(yīng)，扣除細(xì)砂層0.8 m，實(shí)際錨固段長度按l=7.2 m進(jìn)行計(jì)算，錨固體采用M30水泥砂漿，其中水灰比為0.5，拌和時(shí)水泥砂漿應(yīng)使用自來水和普通硅酸鹽水泥，錨固體中細(xì)骨料采用中粗砂，其中砂的含量按重量不得大于錨固體總質(zhì)量的3.5%[6]，施工前，錨固體所需的砂和水泥必須提前進(jìn)行材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)場(chǎng)使用[7]。注漿時(shí)錨孔注漿壓力約0.5 MPa。當(dāng)采用細(xì)石混凝土作為注漿材料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制好細(xì)石混凝土中粗骨料的粒徑大小，本工程石子粒徑最大不超過20 mm，細(xì)石混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。本工程所使用的錨桿防腐材料不應(yīng)與桿體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且在施工期間或后期使用時(shí)不發(fā)生損壞。

根據(jù)GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第8.6.3條，本工程建筑設(shè)計(jì)等級(jí)為乙類，應(yīng)符合下式規(guī)定[2]

假定若滿足抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw=1.05的條件，則需要布置n根抗浮錨桿。

由式（3.0.4）可得，n=（22 898.8×1.05-20 655.7）/217.0=15.6，取整n=16。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，抗浮錨桿平面布置圖如圖3所示。

圖3 抗浮錨桿平面布置圖（單位：mm）

消防水池基礎(chǔ)抗浮錨桿施工流程及注意事項(xiàng)如下。

4.1 抗浮錨桿施工工藝（圖4）

圖4 抗浮錨桿施工工藝流程

4.2 抗浮錨桿施工質(zhì)量問題及注意事項(xiàng)

抗浮錨桿放線前應(yīng)與建設(shè)單位提供的最終版的藍(lán)圖復(fù)核圖紙中的平面定位、標(biāo)高、抗浮力等，否則，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量放線與圖紙不符，抗浮錨桿不能滿足設(shè)計(jì)要求等情況。

鉆孔過程中，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地層情況進(jìn)行復(fù)核，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔中的地層情況與地勘報(bào)告不符，出現(xiàn)軟弱層等情況，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位及監(jiān)理單位對(duì)錨桿長度進(jìn)行調(diào)整，否則，錨桿錨固力不滿足設(shè)計(jì)要求，錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)不合格的情況。

施工前，對(duì)于地下水的降水措施，具體的降水措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行確定，并制定相應(yīng)的降水專項(xiàng)方案。應(yīng)將地下水未降至錨桿底部以下一定距離，否則，錨桿施工時(shí)，地層中的砂層及礫石等軟巖土?xí)苋菀壮恋碇量椎?，從而不能有效地將漿液注至錨桿孔底，相當(dāng)于減少了錨桿的錨固段長度，不能滿足錨固要求。

注漿過程中振搗不密實(shí)，使?jié){液與碎石滲透不均勻，進(jìn)而影響錨桿的錨固力，所以注漿過程中應(yīng)采用有效的措施對(duì)錨桿進(jìn)行充分振動(dòng)，注漿后應(yīng)每隔一段時(shí)間對(duì)注漿孔進(jìn)行反復(fù)補(bǔ)漿，直至孔口漿液不下降。

施工前沒進(jìn)行技術(shù)交底，導(dǎo)致施工人員不了解設(shè)計(jì)意圖，進(jìn)而胡亂施工，使錨桿鋼筋長度不符合設(shè)計(jì)長度。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量檢查。

施工時(shí)錨桿頂和錨桿底標(biāo)高與設(shè)計(jì)不符，錨桿頂高于設(shè)計(jì)標(biāo)高就會(huì)導(dǎo)致錨桿不能伸到孔底，進(jìn)而導(dǎo)致錨固段長度不足；錨桿頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高就會(huì)導(dǎo)致錨桿頂部鋼筋錨入底板的錨固長度不足。2種情況均會(huì)導(dǎo)致不滿足設(shè)計(jì)要求，因此，錨桿安放前，應(yīng)仔細(xì)檢查錨孔深度以及錨桿標(biāo)高。

實(shí)際施工過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拔套管時(shí)錨筋上拔現(xiàn)象，造成此種現(xiàn)象的主要原因，一方面是套管內(nèi)加入的粗顆粒骨料粒徑過大，導(dǎo)致與鋼管的摩擦較大；另一方面，錨筋和注漿管掛在套管內(nèi)不平的地方。綜上，錨筋插入錨孔前應(yīng)檢查套管內(nèi)壁的平整度及錨筋的垂直度，錨筋在錨孔內(nèi)不宜出現(xiàn)接頭，粗骨料粒徑不宜過大，注漿管應(yīng)位于錨桿中央位置且不宜過長。

施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)錨筋端部彎起時(shí)隨意彎起，未對(duì)彎起點(diǎn)進(jìn)行控制，導(dǎo)致彎起點(diǎn)距離基礎(chǔ)底板距離過近，不滿足設(shè)計(jì)要求。停止降水后，錨桿受力時(shí)將地處底板拉裂。錨筋彎起，必須對(duì)鋼筋的直線段進(jìn)行固定，防止一起彎起。

對(duì)于注漿材料，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的配合比進(jìn)行拌料，否則錨固段強(qiáng)度不足或錨孔內(nèi)漿液收縮較大，嚴(yán)重降低了錨筋與漿液的黏結(jié)力，錨固力不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)錨固段地層為卵石、碎石等地層時(shí)，如果注漿不及時(shí)，則錨孔容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，造成注漿管的堵塞，嚴(yán)重影響漿液的密實(shí)度進(jìn)而影響錨固力。因此，鉆孔完成后應(yīng)及時(shí)注漿，防止出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

注漿前在鉆孔內(nèi)加入的級(jí)配碎石細(xì)料較多，使?jié){液不能有效滲入碎石內(nèi)，造成錨固體密實(shí)度和黏結(jié)力不夠，影響錨固體與錨筋的握裹力。進(jìn)料前，應(yīng)對(duì)碎石質(zhì)量及粒徑按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行要求，碎石應(yīng)粒徑接近2 cm，且含細(xì)料較少，碎石干凈。

抗浮錨桿法抗浮設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求后，與原有設(shè)計(jì)增加的工程造價(jià)為

5 結(jié)束語

綜上，通過對(duì)同一工程，同一抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)的前提下進(jìn)行基板延伸法和抗浮錨桿法對(duì)消防水池進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的對(duì)比，抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：

（1）隨著抗浮設(shè)計(jì)不當(dāng)或遺漏，越來越多的地下建筑在施工或使用過程中出現(xiàn)了局部或大面積的抗浮破壞，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ叵滤裆钶^淺且上部結(jié)構(gòu)荷載較小時(shí)，需進(jìn)行自身抗浮驗(yàn)算，切不可根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)自身不能滿足抗浮設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)類型、地質(zhì)條件及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)進(jìn)行專項(xiàng)抗浮設(shè)計(jì)。

（2）設(shè)計(jì)方面，基板延伸法只需將原有筏板進(jìn)行外擴(kuò)，并在外挑根部設(shè)置加勒；而抗浮錨桿法應(yīng)進(jìn)行抗浮錨桿的專項(xiàng)設(shè)計(jì)，并應(yīng)對(duì)抗浮錨桿的各種構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

（3）施工方面，基板延伸法更為快捷、簡便，施工工序基本與原有設(shè)計(jì)一致，施工工期短；抗浮錨桿法施工則較為復(fù)雜，工序繁雜，施工工期較長，施工質(zhì)量難以有效保障。

（4）經(jīng)濟(jì)方面，相較于抗浮錨桿法，在抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)相同的情況下，基板延伸法工程造價(jià)更低，更為經(jīng)濟(jì)。