抗浮锚杆设计探讨

摘要：山地建筑原本在抗浮的方案选取方面较为麻烦一些， 本文根据工程实例，对工程抗浮锚杆的设计进行论述，并试验锚杆成孔所遇问题提出措施。

关键词:抗浮锚杆；设计

中图分类号：U455.7+1文献标识码： A 文章编号：

一、工程概述

某建筑工程3栋，楼层数28层，设两层地下室，鉴于场地地处沟谷内，周边地下水位较高且向该低洼处渗流补给，抗浮设防水位统一取27．0m，地下水水头差为9．7m，则地下水浮力为97kPa。根据结构自重不同，将场地需采取抗浮措施的区域分为I、Ⅱ两个区，为便于抗浮设计，根据中风化岩体埋深又分为若干个小区，见图l所示。其中场地西北部消防车回车场为I区，结构自重为39kPa，地下水净浮力为58kPa；其余区域为Ⅱ区，结构自重为53．45kPa，地下水净浮力为43．55kPa。因此，需考虑抗浮措施。

图1 地下室抗浮锚杆设计分区图

二、抗浮技术措施的选取及设计

（一）抗浮技术措施选取

抗浮技术措施一般采用降排截水、压重、抗浮桩、抗浮锚杆(索)以及联合措施。该工程抗浮技术措施的选取经历了曲折过程，曾经先后论证了设置排水盲沟+压重方案、人工挖孔桩方案、抗浮锚杆方案，以及人工挖孔桩与抗浮锚杆联合方案。

排水盲沟+压重方案：在地下室周边及底部设置排水盲沟，将地下水向西南角低洼处的市政雨水井中自溢，使地下水位稳定地控制在高程24．0m，然后在纯地下室的顶板上(即广场区)覆土来抗浮。排水盲沟方案在星河丹堤E区F区等项目中有成功采用。但考虑到本工程若采用覆土又需加深地下室埋深，造价将增高，因此该方案被放弃。

人工挖孔桩方案：该地块内的3栋高层建筑物采用人工挖孔桩基础，因此抗浮措施也可采用人工挖孔桩方案。挖孔桩作为抗拔桩，入岩需有一定深度才能保证提供足够的抗拔力，但鉴于本场地基岩埋深起伏大挖孔桩施工需采取爆破措施，经爆破松动的桩周岩体难以提供较高的摩阻力，而且地下水量较大，因此该方案被放弃。

人工挖孔桩+抗浮锚杆联合方案：基本设想是在场地西北部基岩埋深大的区域采用挖孔桩抗浮，其余区域采用抗浮锚杆抗浮。这种联合方案的作用效果很难理论上分析清楚，因此这个方案也被放弃。

经过多次专家论证，最终采取较成熟的抗浮锚杆方案。

（二）抗浮锚杆设计

(1)土层锚杆的加固机理

土层锚杆是一种新型的受拉构件，它把来自外部的荷载，通过拉杆的拉结作用传递到锚固体，再由锚固体将荷载分散到周围稳定土体中去。它一端与结构物或挡土桩联结，另一端锚固在地基的土层中，以承受结构的抗拔水浮力。当它垂直于地面方向，通过锚固体对其周围土的摩擦力，将锚杆所受的抗拔力传递到周围稳定土体中去，便起到土层锚杆的抗浮作用。

(2)抗浮锚杆设计与计算

场地内中风化岩体埋深(从地下室底板底起算)，除场地西北角外一般小于12．0m，特别是场地东南角中风化岩体已出露，因此采用岩石抗浮锚杆，要求锚杆均进入中～微风化岩体中，以利于变形协调。按地区经验，锚固体直径不小于150mm，锚杆抗拔力特征值不小于 400kN，配筋为3根HRB400型直径28mm钢筋点焊成束。纯地下室柱网间距一般为7．9mX7．9m，各柱网内锚杆问距2．0m X 2．0m，两柱间地梁下布设2根锚杆。I区面积11 l1m2，布设222根锚杆；Ⅱ区面积5397m2，布设904根锚杆。

①整体稳定性验算

整体稳定性验算按下式计算：

(1)

式中w——结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和(kN)；

N——锚杆数量

n——锚杆数量；

Nth——单锚抗拔力标准值(kN)；

F——地下水浮力。

对于I区，结构自重总和W为43329kN，地下水浮力F为107767kN，抗浮锚杆提供的总抗拔力为71040kN，则整体稳定性系数为1．06，满足要求。

对于Ⅱ区，结构自重总和W为288469．65kN，地下水浮力F为523509kN，抗浮锚杆提供的总抗拔力为289280kN，则整体稳定性系数为1．10，满足要求。

②裂缝控制验算

关于抗浮锚杆裂缝控制的验算，国标或行标中暂未明确要求。在地方规范中有提及：广东省标准中要求，对锚固杆件应有可靠的防腐措施；对抗拔桩应验算桩身裂缝宽度，其最大裂缝宽度不应超过0．2mm；上海市标准中规定，土锚锚固体根据所处地下介质腐蚀情况，可分别按轴心受拉构件验算其强度及裂缝开展宽度，在一般情况下，永久性锚杆锚固体轴心受拉最大裂缝宽度不超过0．2mm。

因此，按上海市标准计算锚固体最大裂缝宽度为0．1 1mm，满足规定要求。另外，若按“混凝土结构设计规范”，最大裂缝宽度计算值为0．26mm，两者的区别在于计算公式及参数取值略有不同。

③设计原则及设计参数

根据水质分析、土的易溶盐分析报告，场地地层对永久性锚杆无腐蚀性，采用Ⅱ级简单防腐措施。锚杆为全长粘结型砂浆锚杆，灌注 M30水泥砂浆；锚侧土层(含砂粘性土、砾质粘性土、全风化及强风化花岗岩)综合摩阻力特征值大于25kN／m，中～微风化岩体综合摩阻力特征值大于90kN／m，微风化岩体综合摩阻力特征值大于l 50kN／m。锚杆非锚固段长度取2．5m，考虑到基岩裂隙发育且锚侧岩土层厚度变化大，锚杆须锚人中～微风化岩体中。

根据结构设计要求，抗浮锚杆在设计荷载作用下位移量应小于l5mm。锚筋伸入底板中35d(d为锚筋直径)取1．0m。在锚头与底板接合处，待砂浆体凝固后凿一深l50mm槽，填充S 的防水砂浆。

④抗浮锚杆长度分区

场地西北部I1区，含砂粘性土残留厚度0．21～0．26m，砾质粘性土厚4．6～5．3m，全风化岩体厚1．5～2．5 m，强风化岩体厚 1．8～2．2m，中风化岩体厚0．0～0．4m。中风化岩体埋深8．16～10．21m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于3．0m，锚杆长度为12．0m。

场地西北部I2区，含砂粘性土和含粘性 土砾砂的厚度0．87～1．5m，砾质粘性土厚2．0～7．4m，全风化岩体厚2．8～6．7m，强风化岩体厚4．1～8．0m(其中zk18钻孔为钻穿强风化岩体)，中风化岩体埋深大于l5．8m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于1．5m，锚杆长度20．0m．

场地东南部Ⅱ1区，全风化岩体以上岩土层均已挖除，强风化岩体残留厚度仅0．0～3．96m，平均厚度为1．37m}中风化岩体厚度0．0～1．9m，平均厚度为0．82m。中风化岩体埋深0．0～3．96m，其中在zk28、zk29、zk32、zk34等钻孔附近，已出露中风化岩体。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于3．0m，锚杆长度为8．0m。

场地中部Ⅱ2a区和场地东北角Ⅱ2b区，仅个别钻孔残留有含砂粘性土，厚度为0．19～0．59m(在zk21钻孔中分布有厚0．7m的 含粘性土砾砂)，砾质粘性土厚0．0～5．3m，全风化岩体厚0．0～1．5m，强风化岩体厚1．3～8．66m；中风化岩体厚0．4～1．5m，平均厚度1．1m。中风化岩体埋深4．93～8．66m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于3．0m，锚杆长度为12．0m。