地下室抗浮錨桿設(shè)計(jì)探討

一、工程概況

　　某項(xiàng)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(biāo)高為-5.1m，室外地面標(biāo)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(zhì)粘土）、白堊系（K）泥質(zhì)粉砂巖帶（全風(fēng)化巖平均厚2.5米、強(qiáng)風(fēng)化巖平均厚3.8米、中風(fēng)化巖平均厚2.8米、微風(fēng)化巖），基巖層埋深較淺，基礎(chǔ)底位于全風(fēng)化巖層。微風(fēng)化巖天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為25Mpa。地下水位為室外地面標(biāo)高下1.0米。

　　根據(jù)本工程場地巖土工程地質(zhì)條件，結(jié)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(rèn)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(jià)低。

　　二、地下室抗浮設(shè)計(jì)

　?。ㄒ唬┛垢″^桿類型的選擇

　　錨桿在材料選擇上有：鋼絞線、高強(qiáng)綱絲和鋼筋（螺紋鋼筋），如選擇鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲時(shí)，錨頭應(yīng)采用專門的錨座和錨具。對錨具和鎖錨技術(shù)的要求較高；采用鋼筋時(shí)，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(xué)參數(shù)供分析選用【1】【2】：

　　鋼筋

　　直徑

　?。╩m） 設(shè)計(jì)

　　強(qiáng)度

　　（kN） 鋼筋與漿體

　　粘結(jié)力

　?。╧N/m） 漿體與巖體

　　粘結(jié)力

　?。╧N/m） Z錨桿孔徑

　?。╩m） 備注

　?、蚣変?0 94.26 141.30 103.60 110

　?、蚣変?2 114.03 155.00 122.10 130

　　Ⅱ級鋼25 147.27 176.60 141.30 150

　?、蚣変?8 184.59 197.80 158.30 168

　?、蚣変?2 241.29 226.00 207.30 220

　?、蚣変?6 305.37 254.30 235.60 250

　　（二）地下室浮托力計(jì)算

　　根據(jù)場地水文地質(zhì)條件，地下水位標(biāo)高為-2.3，地下室底板標(biāo)高為-5.5 m，考慮洪水時(shí)地下水位升至室外地面，產(chǎn)生浮力的壓力為：5.5 -1.3=4.2m，即為42kN/m2，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，地下浮力平均設(shè)計(jì)值為42×1.2=50.4 kN/m2，地下室結(jié)構(gòu)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(yōu)劣直接影響地下室抗浮設(shè)計(jì)方案的安全性和經(jīng)濟(jì)性。一般來說，錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值越大，錨桿孔數(shù)就越少，越經(jīng)濟(jì)，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(jià)增高。因此，應(yīng)選取一個(gè)較合理的間距和適中的錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的方案。

　　本工程地下室底板厚度為400mm，混凝土強(qiáng)度等級按C25考慮，錨桿受力按點(diǎn)荷載考慮，可計(jì)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(shí)，錨桿的抗拔力設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)合并作為一點(diǎn)荷載作用在底板上。

　　算列一：7500×8100柱網(wǎng)

　　單錨力設(shè)計(jì)值為（8.1×7.5×40.4-620）÷5=367kN

　　算列二：6600×8100柱網(wǎng)

　　單錨力設(shè)計(jì)值為（8.1×6.6×40.4-574）÷5=317kN

　　算列三：6000×7500柱網(wǎng)

　　單錨力設(shè)計(jì)值為（7.5×6.0×40.4-521）÷5=259kN

　　算列四：6000×7500柱網(wǎng)

　　單錨力設(shè)計(jì)值為（2）（7.5×6.0×40.4-521）÷4=324kN

　　?-抗拔錨孔

　　（四）錨桿設(shè)計(jì)

　　1、錨桿鋼筋截面面積計(jì)算（抗力分項(xiàng)系數(shù)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(jì)算

　　a、僅錨入可～硬土層時(shí)：

　　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(shí)

　　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(jìn)行了土層錨桿及巖層錨桿的錨固長度計(jì)算，由于本工程地下室抗浮錨桿為永久性的結(jié)構(gòu)，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(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的目的，建議在正式施工前進(jìn)行錨桿實(shí)驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定錨固力參數(shù)。

　　三、錨桿施工要求

　　由上述設(shè)計(jì)計(jì)算分析結(jié)果，不同的抗拔力選用不同的鋼筋組合：

　　錨桿抗拔力

　?。↘N） 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

　?。ㄒ唬╁^桿應(yīng)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(jī)成孔，為確保鋼筋保護(hù)層厚度，成孔直徑應(yīng)≥168。

　?。ǘ╁^桿加工時(shí)，鋼筋采用對焊或采用直螺紋接頭，確保接頭質(zhì)量；每隔2m應(yīng)設(shè)對中架，確保鋼筋對中。

　?。ㄈ┳{前必須清干凈孔內(nèi)殘?jiān)?，采?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(gè)鉆孔。

　?。ㄋ模榱舜_保錨桿鋼筋的防銹效果，建議加設(shè)波紋套管保護(hù)（費(fèi)用稍高）

　?。ㄎ澹┮箦^桿鋼筋伸入地下室底內(nèi)≥45d（d為鋼筋直徑）。

　　錨桿的平面布置形式及鋼筋組合構(gòu)造詳見附圖、附表。

　?。┙ㄗh正式施工前，進(jìn)行錨桿認(rèn)準(zhǔn)確定抗浮錨桿的力學(xué)參數(shù)，以便選擇經(jīng)濟(jì)合理

　　的方案。

　　結(jié)束語

　　在地下水位較高區(qū)域，結(jié)構(gòu)荷載不可以抵抗地下水浮力時(shí)，地下構(gòu)筑物的抗浮難題接著而到來。通過對地下室浮力的計(jì)算，對錨桿材料選擇、錨桿布置的選擇、錨桿設(shè)計(jì)分析，認(rèn)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(jià)相對低廉。當(dāng)然，規(guī)范還沒有對該拉錨抗浮法做明確規(guī)定，且因?yàn)橥恋牧W(xué)性能、參數(shù)離散性較大，施工時(shí)依然是應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場錨桿基本試驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)基本參數(shù)。