地下室抗浮錨桿設計探討

一、工程概況

　　某項目由2棟塔樓和地下室（無上蓋）組成，其中裙樓占地面積為10800m2為一層地下室，地下室底板標高為-5.1m，室外地面標高為-1.3m，地下室底板厚度為400mm。

　　工程場地屬珠江三角洲沖積平原，巖土層按成因類型自上而下依次為：沖積土層（淤泥、粘土、砂土）、殘積土層（粉質粘土）、白堊系（K）泥質粉砂巖帶（全風化巖平均厚2.5米、強風化巖平均厚3.8米、中風化巖平均厚2.8米、微風化巖），基巖層埋深較淺，基礎底位于全風化巖層。微風化巖天然濕度單軸抗壓強度為25Mpa。地下水位為室外地面標高下1.0米。

　　根據本工程場地巖土工程地質條件，結合地下室的埋深情況（埋深約4m，無上蓋建筑物），需選擇合理的抗浮措施，防止地下室上浮。鑒于巖層較淺，通過多種方案的比較，認為采用錨桿抗浮方案較適合本工程。該方法施工簡便，抗浮效果好，造價低。

　　二、地下室抗浮設計

　　（一）抗浮錨桿類型的選擇

　　錨桿在材料選擇上有：鋼絞線、高強綱絲和鋼筋（螺紋鋼筋），如選擇鋼絞線或高強鋼絲時，錨頭應采用專門的錨座和錨具。對錨具和鎖錨技術的要求較高；采用鋼筋時，施工較簡便，錨頭處理較簡單，易于施工，效果較好，所以，選擇鋼筋桿較合適。下面列出幾種鋼筋錨桿的力學參數供分析選用【1】【2】：

　　鋼筋

　　直徑

　　（mm） 設計

　　強度

　　（kN） 鋼筋與漿體

　　粘結力

　　（kN/m） 漿體與巖體

　　粘結力

　　（kN/m） Z錨桿孔徑

　　（mm） 備注

　　Ⅱ級鋼20 94.26 141.30 103.60 110

　　Ⅱ級鋼22 114.03 155.00 122.10 130

　　Ⅱ級鋼25 147.27 176.60 141.30 150

　　Ⅱ級鋼28 184.59 197.80 158.30 168

　　Ⅱ級鋼32 241.29 226.00 207.30 220

　　Ⅱ級鋼36 305.37 254.30 235.60 250

　　（二）地下室浮托力計算

　　根據場地水文地質條件，地下水位標高為-2.3，地下室底板標高為-5.5 m，考慮洪水時地下水位升至室外地面，產生浮力的壓力為：5.5 -1.3=4.2m，即為42kN/m2，荷載分項系數取1.2，地下浮力平均設計值為42×1.2=50.4 kN/m2，地下室結構自重平均17.5 kN/m2，需錨桿的抗浮力平均值為50.4-17.5=32.9 kN/m2。

　　（三）錨桿布置方案分析

　　抗浮錨桿的平面布置方案的優劣直接影響地下室抗浮設計方案的安全性和經濟性。一般來說，錨桿抗拔力設計值越大，錨桿孔數就越少，越經濟，但是作為地下室抗浮錨桿安裝在地下室底板上，如果錨桿間距太大，則需要較厚的底板，這樣又造成造價增高。因此，應選取一個較合理的間距和適中的錨桿抗拔力設計值，才能設計出既安全又經濟的方案。

　　本工程地下室底板厚度為400mm，混凝土強度等級按C25考慮，錨桿受力按點荷載考慮，可計算得底板的抗沖切承載力為：aftumh。

　　=0.6×1.3×1784×350=487032N（487KN），取重要性系性1.1【1】，則487÷1.1=442kN，因此，在錨桿布置時，錨桿的抗拔力設計值宜取小于442kN作用在底板上的凈浮力為50.4-0.4×2.5=40.4 kN/m2，單錨控制面積宜小于442÷40.4=10.9m2，錨桿間距宜小于 m =3.3m。由以上計算分析，采用均勻分布抗浮錨桿的布置方案較適宜。

　　由于每一柱位下有三根管樁，其每根樁抗浮力按80KN考慮，且考慮柱荷載對底板的壓力的抗浮作用，二項合并作為一點荷載作用在底板上。

　　算列一：7500×8100柱網

　　單錨力設計值為（8.1×7.5×40.4-620）÷5=367kN

　　算列二：6600×8100柱網

　　單錨力設計值為（8.1×6.6×40.4-574）÷5=317kN

　　算列三：6000×7500柱網

　　單錨力設計值為（7.5×6.0×40.4-521）÷5=259kN

　　算列四：6000×7500柱網

　　單錨力設計值為（2）（7.5×6.0×40.4-521）÷4=324kN

　　?-抗拔錨孔

　　（四）錨桿設計

　　1、錨桿鋼筋截面面積計算（抗力分項系數取K=1.4）

　　A≥

　　A ≥ mm 選328（1847 mm ）

　　A ≥ mm 選422（1520 mm ）

　　A ≥ mm 選420（1256 mm ）

　　A ≥ mm 選422（1520mm ）

　　2、錨固長度計算

　　a、僅錨入可～硬土層時：

　　150孔

　　L ≥ = =21.8m

　　L ≥ = =18.8m

　　L ≥ = =15.4m 　　L ≥ = =19.3m

　　168孔

　　L ≥ = =19.5m

　　L ≥ = =16.8m

　　L ≥ = =15.4m

　　L ≥ = =19.3m

　　b、僅考慮入巖錨固力時

　　150孔

　　L ≥ = =3.63m

　　L ≥ = =3.14m

　　L ≥ = =2.56m

　　L ≥ = =3.21m

　　168孔

　　L ≥ = =3.24m

　　L ≥ = =2.80m

　　L ≥ = =2.29m

　　L ≥ = =2.86m

　　上述進行了土層錨桿及巖層錨桿的錨固長度計算，由于本工程地下室抗浮錨桿為永久性的結構，而土層錨桿在長期荷載作用下蠕變量較大，所以建議采用巖層錨桿，為了使抗浮錨桿工程達到既經濟又安全的目的，建議在正式施工前進行錨桿實驗，以準確確定錨固力參數。

　　三、錨桿施工要求

　　由上述設計計算分析結果，不同的抗拔力選用不同的鋼筋組合：

　　錨桿抗拔力

　　（KN） 367 324 317 259

　　鋼筋組合 328 422 422 420

　　成孔直徑（mm） 150或168 150或168 150或168 150或168

　　入巖深度（m） 3.7或3.3 3.3或2.9 3.2或2.8 2.6或2.3

　　（一）錨桿應在樁基施工完成，地下室挖完畢且澆搗墊層后施工，采用巖芯鉆機成孔，為確保鋼筋保護層厚度，成孔直徑應≥168。

　　（二）錨桿加工時，鋼筋采用對焊或采用直螺紋接頭，確保接頭質量；每隔2m應設對中架，確保鋼筋對中。

　　（三）注漿前必須清干凈孔內殘渣，采用#525普通硅酸鹽水泥配制純水泥漿，水灰比為0.45，注漿壓力為1.0～1.5Mpa，漿液充滿整個鉆孔。

　　（四）為了確保錨桿鋼筋的防銹效果，建議加設波紋套管保護（費用稍高）

　　（五）要求錨桿鋼筋伸入地下室底內≥45d（d為鋼筋直徑）。

　　錨桿的平面布置形式及鋼筋組合構造詳見附圖、附表。

　　（六）建議正式施工前，進行錨桿認準確定抗浮錨桿的力學參數，以便選擇經濟合理

　　的方案。

　　結束語

　　在地下水位較高區域，結構荷載不可以抵抗地下水浮力時，地下構筑物的抗浮難題接著而到來。通過對地下室浮力的計算，對錨桿材料選擇、錨桿布置的選擇、錨桿設計分析，認為采用巖石錨作為抗浮對策，既可滿足安全必要，施工也方便、造價相對低廉。當然，規范還沒有對該拉錨抗浮法做明確規定，且因為土的力學性能、參數離散性較大，施工時依然是應進行現場錨桿基本試驗來確定設計基本參數。