地下室底板抗浮锚杆设计

摘要：随着城市发展，人口高度集中，城市建筑物在越建越高的同时，建筑物的地下室越建越深。因此，地下室底板抗浮锚杆的设计越来越受到人们的重视。本文就地下室底板抗浮锚杆设计进行了探讨，并结合了具体的工程实例，以期能为地下室底板抗浮锚杆的设计提供参考。

关键词：地下室；底板抗浮锚杆；设计

1 引言

近年来，由于地下室空间的大规模开发，带地下室的建筑越来越多，地下室的深度也逐渐加深，但是一些带有地下室的建筑自重不足以抵抗地下水的浮力，因此，为了地下室抗浮，常常会用到一些抗浮措施。而抗浮锚杆以其经济性、施工周期短等优点，在地下室抗浮设计中得到广泛的应用。本文就地下室底板抗浮锚杆设计进行了探讨，并结合了具体的工程实例，提出了一些有关抗浮锚杆设计的建议看法，以期能为地下室抗浮锚杆可以更好地进行设计提供参考。

2 工程概况

某工程地下室共3层，上部结构主塔楼26层，裙房层数为3层。主塔楼基底面积为2000m2，裙房基底面积为3000m2。地下室底板底标高为-15.90m，抗浮设计水位为-4.80m，立面见图1。

基础型式采用大直径人工挖孔灌注桩，底板厚500mm。底板下岩土层为中风化泥质粉砂岩，局部夹有强风化泥质粉砂岩夹层。根据上述基本情况，

（1）主塔楼地下室承受的水浮力标准值为：

主塔楼结构自重标准值F抗（地上部分楼层梁板折算厚度220mm，地下部分楼层梁板折算厚度260mm，底板厚度为500mm）：

（2）裙房地下室承受的水浮力标准值为：

主塔楼结构自重标准值F抗（地上部分楼层梁板折算厚度220mm，地下部分楼层梁板折算厚度260mm，底板厚度为500mm）：

由以上验算结果可知，裙房部分结构整体抗浮验算不满足要求，需采取抗浮措施。经多方案比较，抗浮锚杆具有经济性较好、施工周期短等优点，该工程采用抗浮锚杆抗浮。

3 抗浮锚杆设计

目前，抗浮锚杆设计尚无统一的规定和计算方法，本文拟根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）及《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）相关条文进行对比分析。

3.1 单根锚杆抗拔承载力特征值的确定

3.1.1 岩土力学参数

根据《工程地质勘查报告》，地下室底板下土层为中风化泥质粉砂岩，局部有强风化泥质粉砂岩夹层，夹层厚度不均匀，厚度范围为0.5～6.5m。锚杆锚固体与中风化泥质粉砂岩粘结强度特征值为140kPa；锚杆锚固体与强风化泥质粉砂岩粘结强度特征值为120kPa。因强风化泥质粉砂岩夹层厚度不均匀，计算时锚杆锚固体与岩土层粘结强度特征值取f=120kPa。

3.1.2 单根锚杆抗拔承载力特征值计算

锚杆孔直径一般取200mm以内，该工程锚杆孔直径取150mm，锚杆锚入中风化泥质粉砂岩（或强风化泥质粉砂岩）内的锚固长度取6.5m。对于锚杆锚固长度的要求，规定了最小的的锚固长度要求，即要求锚固长度大于40d（d为锚杆孔直径），均规定了锚固长度的上下限值，规定岩石锚杆锚固长度不应小于3m，不宜大于45d和6.5m，规定岩石锚杆锚固长度宜采用3～8m，工程锚固长度为6.5m，满足上述要求。

3.2 抗浮锚杆水浮力计算及布置

抗浮锚杆的布置应根据锚杆承担的地下水浮力大小及单根锚杆抗拔承载力特征值确定。

3.2.1 抗浮锚杆承担的水浮力计算

目前抗浮锚杆承担的水浮力主要有以下三种计算方法：

（1）考虑上部结构自重，锚杆承担的水浮力为水浮力减掉上部结构自重；

（2）不考虑上部结构自重（底板自重亦不扣除），锚杆承担全部水浮力；

（3）锚杆承担的水浮力分两个区域计算：柱、墙、梁影响区域扣除上结构自重；非柱、墙、梁影响区域仅扣除底板自重。

上述第（1）种算法对于该工程存在安全隐患，上部结构自重是集中在柱（点）或墙（线）上，采用这种算法，底板必须具有很大的刚度，才有可能将自重均匀分布在底板上。否则将引起柱墙区域外的锚杆破坏，进而造成所有锚杆破坏。

第（2）种算法过于保守，底板自重是均匀的，是完全可以扣除的。

第（3）种算法考虑柱、墙下锚杆承担的水浮力可扣除上部结构自重是合理的，但考虑与柱、墙相连的梁两侧一定范围内水浮力扣除上部结构自重，柱、墙荷载分配在梁上的大小及范围的存在不确定性，可能引起安全隐患。

该工程在计算柱、墙荷载扩散范围外锚杆承担的水浮力时，扣除了底板自重，柱、墙下荷载扩散范围内锚杆承担的水浮力扣除了墙、柱传递的上部结构自重（图2）。柱墙荷载扩散范围按下式计算，并取两者的小值，笔者认为这样是安全且合理的。EG/F浮

式中B――柱墙荷载扩散范围；

ΣG――柱墙传下的上部结构自重；

F浮――水浮力面荷载；

h――底板厚度。

3.2.2 锚杆布置

单根锚杆抗浮面积为：

式中A――单根锚杆承受的水浮力面积；

Rt――锚杆抗拔承载力特征值；

F浮――水浮力面荷载；

F抗――底板自重面荷载。

抗浮锚杆间距采用1.5m×1.5m，均匀分布于底板下。

3.3 锚杆钢筋截面面积计算

相关规范给出了锚杆钢筋截面面积计算公式。规范提出了锚筋抗拉工作条件系数，钢筋强度按受拉强度设计值进行计算；规范提出了锚杆杆体抗拉安全系数，钢筋强度按受拉强度标准值进行计算。两者的计算公式存在差异，但均相当于为锚杆杆体设置了1.6倍的安全系数。该工程锚杆杆体采用HRB400钢筋，按规范要求均进行了计算，见表1。

表1中，规范计算公式中ζ2为锚筋抗拉工作条件系数，对永久性锚杆取0.69；C0为边坡重要性系数，该工程取1.0；Na为锚杆轴向拉力设计值，fy为锚筋抗拉强度设计值。在计算公式中Kt为锚杆杆体抗拉安全系数，对永久性锚杆取1.6；Nt为锚杆轴向拉力设计值；fyk为锚筋抗拉强度标准值。

3.4 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算

相关规范均给出了锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算公式，规范提出了钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，粘结强度按粘结强度设计值进行计算。规范提出了锚杆锚固体的抗拔安全系数，粘结强度按粘结强度标准值进行计算。两者的计算公式存在差异，规范相当于设置了约1.7倍的安全系数；相当于设置了约2.0倍的安全系数。

该工程按两个公式均进行了计算，锚固长度6.5m均满足要求。此处不再列出计算过程。图3为该工程锚杆大样。

3.5 注浆设计

该工程锚杆注浆设计采用二次注浆，要求如下：

（1）第一次注浆时，采用M30水泥砂浆，内掺抗裂膨胀剂6%，水灰比小于0.45，采用0.6～0.4MPa低压注浆。

（2）第二次注浆时，采用M30纯水泥浆，内掺抗裂膨胀剂6%，水灰比小于0.45，注浆压力大于2MPa。第二次注浆应在第一次注浆形成的水泥结石体强度达到5MPa后进行。

3.6 锚杆验收试验

该工程按规范提出了验收试验要求，验收数量为锚杆总数的5%，加载方式采用循环加载，与水浮力作用的特性相似。验收试验加载的最大荷载为2倍锚杆抗拔承载力特征值，与规定的1.5倍锚杆轴向受拉力设计值基本一致。试验结果显示，全部验收锚杆未出现破环现象，均满足设计要求。

4 结语

综上所述，用抗浮锚杆来解决建筑物或构筑物抗浮的问题，因其具有造价低、施工方便等优点，已被广泛地应用于实际工程中。虽然抗浮锚杆是近几年的新工艺，特别是在防水方面还没有统一的规定。因此，要确保抗浮锚杆的安全和耐用，不仅要求施工单位要有高的施工技术，还需要设计、建设、监理三方的配合，并借鉴成功的施工经验。

参考文献：

[1] 黄山.抗浮锚杆与地下室底板共同作用分析[J].工程建设与设计.2012（01）.

[2] 曾嘉、唐旭雄.考虑与底板共同作用的抗浮锚杆设计[J].广州建筑.2005（04）.