地下室基础抗浮岩石锚杆设计研究

地下室基础抗浮岩石锚杆设计研究

林少江

广州天华建筑设计有限公司， 广东广州 51000，

摘要：从地下管道工程到交通工程、地下车库、地下综合体等，地下空间的利用率已经越来越高。地下空间的建设，较好地满足了城市土地资源的局限性，但是，当地下水位上涨，建筑自身的重量以及压重的之和依然无法抵御地下水形成的浮力作用时，建筑的地下室就会出现上浮的情况。因此，地下室的抗浮设计就显得尤其重要。基于此，本文对地下室基础抗浮岩石描杆的设计展开探讨。

关键词：抗浮锚杆；岩石锚杆设计；抗拔承载力

引言：当地下室结构自身无法满足抗浮设计需求的时候，一般会使用回填土深度、抗拔桩以及抗浮锚杆三种技术予以处理。在实际的施工中，通过会根据现场的实际情况，选择适用的、经济的、施工便捷的抗浮策略。本文结合实际案例，针对抗浮锚杆的应用设计进行探讨。

一、抗浮锚杆的原理

抗浮锚杆一头锚固在地下建筑的地基或底部板上，另一头锚固在地基基础土壤层中，当地基因为受力而产生变形时，先由锚固体钢筋和灌浆体两者之间的功效把上拔力传送给锚固浆体，然后借助锚固浆体和周边土壤层相互之间形成的静摩擦力把锚固浆体所承受的力传递到周边的稳固土层中，以此建立相应的抗拔性能，发挥抗浮功效。

二、防浮锚在地下室底板抗浮力设计中的作用

目前许多高层建筑工程为有效利用空间，均设置了多功能地下室，有的设置为地下停车场，有的设为地下商场等。然而，伴随而来的问题必须引起重视，这些地下空间中普遍存在浮力平衡以及地下水的浮力平衡问题，特别是那些带裙楼的高层建筑，通常会采用纯地下构造或整体裙房的方式，地下室埋深较大。因此，受地下水的影响，地下结构的抗浮问题比较严重。如何使地下水的浮力作用最小化，减少安全事故，已成为当前的主要问题。抗浮锚杆正好能充分满足抗浮需求，具有较强的地层适应性，施工面积小，操作方便，设置灵活，锚固成功率高，楼板受力均衡，非常适用于地下室抗浮加固。

三、抗浮岩石锚杆的平面布置原则

抗浮锚杆的空间布局形式具体有以下几种：（1）集中点状布设；（2）集中线状布设；（3）面状匀称布设。集中点状布设通常布设在柱下，这样的布设形式的显著特点是上端构造向下传送的柱下纵向力与锚杆的抗拔力相互反应来抵御水作用力，传力路径直观清晰，锚杆集中布设，有比较好的抗浮作用，适合用在硬实岩层，不可用于软岩和土层构造中。不过，因为部分锚杆设置较密，会导致锚杆工程施工不方便，还有就是集中点状布设会使得地下建筑底部板梁板配筋过大；线状布设通常布设在地基底部板梁下，传力路径没有柱下集中布设直观，适合用在硬实岩与偏硬岩层，但不可以充分运用上端构造传出的纵向力来均衡掉部分水作用力；抗浮锚杆比较适合面状匀称布设，锚杆匀称布设在地下建筑底部板下，适合用在全部的土层和岩体中，且地下建筑底部板载荷匀称，底部板配筋较小。其不足之处是不可以充分运用上端构造传出的纵向力来均衡掉部分水作用力；针对少数锚杆承载能力欠缺的状况，因为能分摊的锚杆较少，此状况抵抗力差；因为锚杆布设相应疏散，针对地下建筑底部板下的外防水工程相对不便。通常情况下，集中点状布设比较适合用在硬实岩中；集中线状布设比较适合用在硬实岩与偏硬岩中；面状匀称布设比较适合用在全部土质状况中。

四、地下室基础抗浮岩石锚杆设计

1、工程概况

本工程项目为河北省某滑冰场工程，上端构造为3层框架结构，地下层为地下车库，使用筏板基础，地基设计方案级别为一级，安全级别为一级，地下车库地基底部板顶建筑标高－5.500m，户外地表建筑标高－0.300m，地下车库底部板板厚400mm。结合工程地质勘察数据，地基持力层属于中风化灰岩，抗浮设计方案中地下水位标高是－2.500m，岩土壤层与抗浮锚固体终极粘结抗拉强度指标值是400kPa。

地下层建筑物的抗浮通常使用压重法、抗浮桩或抗浮锚杆来处理。压重法是利用添加混凝土结构墙体板或底部板板厚，并且添加飞边范围等措施来均衡水作用力，这种方法在成本上较为昂贵，不是很合理；抗浮桩多使用灌注桩或预应力管桩。抗浮桩的不足之处是成本高，并且抗浮桩与墙柱相连接，使抗浮桩间隔过大，底部板增厚才可以抵御作用力形成的弯矩和剪应力；抗浮锚杆的间隔较小，地下层建筑物的底部板可做得较薄，并且锚杆成本较低，可以大幅度降低成本。

此次设计中根据对抗浮措施的经济性、项目构造本身和工程施工进度等要素开展整体考量，决定使用抗浮锚杆措施。

2、抗浮锚杆的设计

项目实践中前期设计时可先按照工程地质勘察数据和标准规范有关要求，推算出一根锚杆的抗拔承载能力特征值，在真正进行施工前开展锚杆抗拔测试，最后以锚杆的抗拔测试结论为标准。

抗浮岩石锚杆的设计，包括如下各项内容：

1.明确锚杆的抗拔安全系数；

2.按照工程地质勘察数据明确岩土层与抗浮锚固体极限粘结强度指标值及锚固段注浆体与筋体间粘结强度设计值；

3.明确锚杆的尺寸和钢筋锚固长度；

4.明确锚筋尺寸和总量；

5.单根锚杆抗拔承载能力特征值；

6.明确锚杆的总量。

3、抗浮锚杆的抗拔承载能力特征值

该项目锚杆孔尺寸值是150mm，是永久性锚杆，锚入中风化层灰岩的钢筋锚固长度为3m，锚杆使用M40水泥混凝土砂浆开展注浆。按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）相关表达式分别计算岩石锚杆的抗拔承载能力特征值为235KN。

4、抗浮锚杆的锚筋横截面面积

本项目抗浮锚杆的单杆抗拔承载能力特征值取为235KN，锚筋使用热轧钢HRB400钢筋，fy=360MPa。锚杆钢筋的横截面面积按下面公式进行计算：

As=1.3·Nb/fy

其中：

As代表单锚锚杆钢筋横截面面积（mm2）；

Nb代表单锚抗拔承载能力设计值（KN）；

Fy代表钢筋抗拉强度设计值（N/mm2）。

该项目安全级别为二级，使用永久性抗浮锚杆，式中抗浮锚杆杆体抗拉安全系数Kb=0.2，使用Ⅲ级钢3根25mm，As=1471mm2。

五、抗浮锚杆设计特别注意

1.在应用集中点状布设时，抗浮锚杆与岩石锚杆基础配合为优，要特别注意柱底弯矩对抗浮锚杆拉力的作用，尤其是柱底弯矩相对较大的情况下；

2.抗浮设计水位线的明确应科学合理，通常应由工程地质勘察部门出示，相对来说较为可靠并具有说服力。应布置水位线监测井，针对高于抗浮设计水位线的状况应该有相应的预备方案；

3.锚杆抗拔承载能力特征值实地测试时因为通常为一根抗浮锚杆加载，没有加入抗浮锚杆间隔产生的作用，尤其是针对抗浮锚杆间隔比较聚集时的状况，当一根抗浮锚杆作用区域内的土体自重大于抗浮锚杆拉力时，可以不考量抗浮锚杆间隔作用；

4.因为锚杆钢筋会通过底部板外防水，因此锚杆钢筋应该有相应的防水具体措施；

5.抗浮锚杆锚固体和岩体或土体的钢筋锚固长度应取有效锚固长度，因为基础施工会对底部板下土体有一些振荡，尤其是使用工程爆破挖开的基坑，通常需要增加300-500MM。

结论：针对建筑物或者构筑物存在的抗浮问题，可以借助抗浮锚杆来予双解决，其具有工程造价低、施工简便等优势，在实际的工程施工过程中获得了越来越多的认可和广泛地运用。不过，由于防浮描杆应用在抗浮方面是近年才出现的新工艺，特别是其在防水性以及耐久性方面目前国内还没有形成系统的、全面的规范，也没有相关的国家标准图集给予参考。为了可以确保防浮锚杆的安全性，除了需要施工企业具备相应较高的专业技术能力以外，还需要在施工过程中，严格按照相应的工序要求实施作业，此外，也需要设计方、建设方以及监理方三方共同努力、加强沟通，将可能出现的问题消灭在萌芽状态中。另外，也可以针对该项技术借鉴同行的成功经验，做到取长补短，促进行业的共同发展。

参考文献：

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[2]孙伟武,黄林伟.抗浮锚杆布置方式的数值分析[J].结构工程师,2014,30(1):53-57.

[3]杨淑娟,张同波,于德湖,等.抗浮锚杆布置形式的数值模拟及对比析[J].施工技术,2014,43(17):36-38.