地下室抗浮設(shè)計中錨桿布置方案的比較研究

引言
　　隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，地下空間的利用越來越普遍。當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)自重輕，地下水位較高時，就需要考慮地下室的抗浮設(shè)計問題[1]。目前常用的方法有壓重法、抗浮錨桿（抗拔樁）等抗力設(shè)計方法，也有調(diào)整設(shè)計標(biāo)高和阻隔排降地下水等減弱水浮力設(shè)計方法[2]?？垢″^桿以其經(jīng)濟(jì)技術(shù)收益高，施工簡便等優(yōu)勢，廣泛地應(yīng)用于工程建設(shè)中。在抗浮錨桿的設(shè)計中，工程技術(shù)人員往往忽視錨桿布置方案對結(jié)構(gòu)的影響。本文以某工程為例，對抗浮錨桿布置方案進(jìn)行了比較研究，并提出了一些設(shè)計建議。
　　1 工程概況
　　某小區(qū)配套輔助用房，地上兩層，地下兩層。首層為餐廳，二層為宿舍，地下兩層為辦公及倉儲用房。整體結(jié)構(gòu)由相對規(guī)則的6×3跨的柱網(wǎng)組成，柱跨均為7.5m×7.5m，首層層高4.0m，二層層高3.2m，地下一層層高4.7m，地下二層層高為4.4m?；A(chǔ)采用平板式筏形基礎(chǔ)加下柱墩，筏板厚度為500mm，下柱墩厚度為400mm。筏板板底相對標(biāo)高為-9.7m，抗浮設(shè)計水位相對標(biāo)高為-1.0m。
　　地質(zhì)資料：素填土，層厚0.3～3.5m;粉質(zhì)粘土，層厚3.1～7.7m;中砂，層厚4.8～8.1m，∫ak=240kpa;卵石，層厚1.1～2.5m，∫ak=350kpa。
　　2 整體抗浮穩(wěn)定設(shè)計
　　本工程采用盈建科1.8.3軟件進(jìn)行建模計算，經(jīng)計算得，結(jié)構(gòu)自重以及壓重之和為Gk=82710kN，浮力作用值Nwk=93580kN，Gk<Nwk，需進(jìn)行地下室抗浮設(shè)計?，F(xiàn)采用抗浮錨桿進(jìn)行抗浮設(shè)計。假定抗浮錨桿直徑為150mm，抗拔承載力特征值取100kN。抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)取Kw=1.05[3]，并滿足下式：
　　（Gk+nF）/KW≥Nwk
　　其中，n為抗浮錨桿的根數(shù)，F(xiàn)為抗浮錨桿的抗拔承載力特征值。經(jīng)計算得，n=155.49?，F(xiàn)取一個柱跨7.5m×7.5m進(jìn)行設(shè)計，計算得，每跨需要錨桿根數(shù)為8.6383根，取整為9根。
　　3抗浮錨桿布置方案的比較研究
　　抗浮錨桿的數(shù)量一般由整體抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算得出，本節(jié)對一個柱跨進(jìn)行分析，根據(jù)上文中計算得出一個柱跨內(nèi)需要9根抗浮錨桿，現(xiàn)給出如下六種布置方案：
　　采用盈建科軟件進(jìn)行抗浮計算，本文采用了彈性地基梁板模型，該模型采用的是文克爾假定，考慮了整體彎曲變形的影響，并考慮了上部結(jié)構(gòu)的剛度;采用非線性單元來模擬抗浮錨桿，將抗浮錨桿定義為只受拉的彈簧模型。通過非線性迭代計算，得出錨桿拉力及底板彎矩見圖2和圖3。
　　根據(jù)圖2可以看出，方案1是最不利的。其余五個方案中，抗浮錨桿拉力的平均值相差不大。其中，方案2和方案5的抗浮錨桿平均值最小，這說明錨桿的受力更加均勻，每根都發(fā)揮了很好的作用。對于同一種布置方案而言，布置在不同的位置，抗浮錨桿的受力也有很大的差異。在中間跨的地方，錨桿的平均拉力普遍比邊角跨要大。這是因?yàn)樵谶吔强缬屑袅ψ鳛閴褐?，抵消了一部分的水浮力，使得錨桿分擔(dān)的水浮力變小。
　　從圖3可以看出，對于中間跨而言，方案2、4和5的底板跨中彎矩較小，底板的整體變形小，說明底板的整體穩(wěn)定性更好，抗浮錨桿發(fā)揮的作用更大。對于邊跨而言，方案1的底板跨中彎矩最小，這是因?yàn)橐环矫驽^桿集中布置在跨中，減小了底板跨中的變形，另一方面由于剪力墻作為固定支座，限制了底板的變形，使得底板的彎矩小于其他幾種布置方案。
　　綜合圖2和圖3，可以得出方案2是最優(yōu)的布置形式。在實(shí)際工程中，錨桿的抗拔承載力特征值一般都是由現(xiàn)場試驗(yàn)得出，將試驗(yàn)測得的實(shí)際剛度和抗拔承載力特征值帶入模型中，得出真實(shí)的抗浮錨桿拉力和底板內(nèi)力及變形。當(dāng)然，抗浮錨桿最終的布置方案不光要考慮結(jié)構(gòu)安全可靠這一個方面，造價和施工的可操作性上也是考量方案優(yōu)劣的重要因素，對于一個最優(yōu)的抗浮錨桿布置方案需要綜合考慮以上因素得出。
　　結(jié)語
　　在進(jìn)行抗浮錨桿設(shè)計時，抗浮錨桿的布置形式對錨桿的拉力和底板的內(nèi)力及變形影響較大。在設(shè)計時，需要對抗浮錨桿的布置進(jìn)行多方案的比對，在綜合考慮結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工簡便等方面的前提下，求得最優(yōu)的布置方案。