程晋涛&&& 广东.深圳&& 518000
【摘 要】：随着城市发展，人口高度集中，城市建筑物在越建越高的同时，建筑物的地下室越建越深。而在设计过程中，设计人员常常会遇到部分地下室上部结构为多层群楼，其自重不足以抵抗地下水浮力的情况。 本文通过某高层地下室的设计实例与大家共同探讨抗浮设计的过程及应用。
【关键词】抗浮；锚杆；设计&
&&&&&&& 当建筑物存在地下室时，且地下水位较高时，建筑物底板应考虑水浮力的作用。当水浮力大于建筑物的抗浮重量时，尚应对建筑物进行抗浮设计。建筑物的抗浮措施有增加自重、抗拔桩、抗浮锚杆等，每种措施均有其优点及适用条件。
&&&&&&& 下文通过某高层地下室的设计实例与大家共同探讨抗浮设计的过程及应用。
&&&&&&& （一）工程概况
&&&&&&& 本工程地下二层为地下车库，地下一层至地上六层为大型商场，七层至二十五层为非住宅类居住建筑，地下室范围较主楼（包括裙楼）大三到四跨。由于有两层地下室，地下水位相对较高，在纯地下室部分地下水的浮力大于建筑自重，为了增加基础的抗浮能力，拟用抗浮锚杆，在满足抗浮的同时也起到了减少底板配筋和厚度的作用。&
&&&&&&& （二）工程地质条件
&&&&&&& 基坑深约11.5m，室外地面以下地层依次为：1、素填土层，结构较松散，基本挖除；2、粉质粘土层，软~可塑，厚度0.70～4.10m；3、粘土层，可塑，层厚0.90～3.50m；4、粉土层，中密~密实，厚度2.00～5.00m；5、粘土层，可塑~硬塑，厚度0.70～2.80m；6、粉土层，中密~密实，厚度0.80～3.90m；7、粘土层，可塑，厚度0.50～2.40m；8、粉土层，中密~密实，厚度0.40～3.10m；9、粉质粘土层，可塑，厚度0.50～1.90m；10、粉土层，中密~密实，厚度0.70～3.60m；11、粘土层，软~可塑，厚度0.60～5.00m；12、粉土层，密实，厚度1.40～4.80m；13、粉砂层，密实，厚度10.80～13.80m；场地地下水类型为第四季孔隙潜水，水位埋深 2.80～3.50m，水位随季节变化，年变幅1.0~1.5m，抗浮设计水位取-0.80m。&
&&&&&&& （三）地基基础设计
&&&&&&& 主楼与裙房及外扩地下室之间考虑建筑使用要求，不设置沉降缝，结构设计中采用沉降后浇带，待主体封顶且沉降稳定后再封闭后浇带。
&&&&&&& 由于主楼及裙房基底压力较大，将引起地基的压缩变形，而外扩地下室的基底压力小于地下水的浮力，则会引起建筑物的上浮变形。同一建筑的两种相反方向的变形，势必造成不均匀沉降。设计中如何解决不均匀沉降，是地基及基础设计的关键。
&&&&&&& 抗浮设计中对压载抗浮、桩基抗浮和土层锚杆抗浮三种方案进行了比较。由于基坑较深，水浮力大，当采用压载抗浮时，势必增大基础埋深，且效果不明显，同时增加了基坑支护的难度。采用桩基抗浮虽然能够满足设计要求，但需设置基础梁，且底板配筋较大，从经济方面比较，土层锚杆的造价远远低于桩基，受力均匀，在地基承载力满足的前提下，土层锚杆仅用于平衡水浮力。
&&&&&&& 根据地基规范及统计资料，对于砂土，主楼封顶时已完成最终沉降量的 80%以上，所以，后浇带合拢时，剩余沉降量已经很小，沉降计算满足相关规范要求。
&&&&&&& （四）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。
&&&&&&& （五）抗浮锚杆设计与计算
&&&&&&& 1、抗浮锚杆布置方案：由于非主楼地下室部份的自重已不能完全平衡水浮力，因此采用抗浮锚杆均匀布置于抗浮底板的中部较为合理，抗浮锚杆呈矩形网格状布置，承担所有净浮力。网格间距经计算确定，并按永久性锚杆考虑。&
&&&&&&& 2、荷载计算：需要考虑的不利荷载为水压力，有利荷载包括结构自重及覆土重
&&&&&&& 抗浮水头：H=11.5-0.8=10.7（m）&
&&&&&&& 每平米底板水压力标准值：PWk=10&10.7＝107kN／m2
&&&&&&& 底板及填土自重标准值：Gk=25&0.6＋19&0.9＝32.1kN／m2
&&&&&&& 3、锚杆计算
&&&&&&& 单根锚杆按承受一个网格内平面荷载考虑，根据柱网尺寸，取锚杆间距2.1~2.6m，经计算锚杆轴向拉力设计值不大于200kN
&&&&&&& 4、锚杆构造及施工&
&&&&&&& 经计算，锚杆间距取2.2~2.6m不等，锚杆锚固体直径220mm，钢筋取2根直径25mm的HRB400级钢筋每孔，锚杆长度为9.5m。
&&&&&&& 施工前应检查原材料和施工设备的主要技术性能是否符合设计要求。
&&&&&&& （1）钻孔成孔：锚杆钻孔不得扰动周围地层；锚杆水平、垂直方向的孔距误差不应大于100mm，钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm；钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的2%；钻孔深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度的500mm
&&&&&&& （2）清孔：钻进至设计标高时，应进行清孔，要求沉渣厚度小于200mm
&&&&&&& （3）锚杆制作及安放：应保证钢筋锚杆杆体的加工质量；杆体安放时，插入孔内的深度不应小于锚杆长度的95%，杆体安放后，不得随意敲击，不得悬挂重物
&&&&&&& （4）注浆：注浆管的出浆口应插入距孔底300-500mm处，浆液应自下而上连续灌注，且确保从孔内顺利排水排气；注浆设备应有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管应能在1小时内完成单根锚杆的连续注浆，注浆后不得随意敲击杆体；注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完，严防石块、杂物混入浆液
&&&&&&& 5、试验与验收&
&&&&&&& （1）水泥结石体强度检验用的试块每30根锚杆不应少于一组，每组不应少于6个试块
&&&&&&& （2）锚杆施工前应进行极限抗拔试验，试验锚杆的地层条件、杆体材料、锚杆参数及施工工艺应与工程锚杆相同，数量不应少于3根，做破坏性试验，位置现场确定，试验锚杆处的水位控制应尽量符合实际工况
锚杆极限抗拔试验应采用分级循环加荷，锚杆极限承载力应取破坏荷载的前一级荷载
&&&&&&& （3）锚杆应进行蠕变试验，数量不少于3根
&&&&&&& （4）验收试验：验收试验的锚杆数量不得少于锚杆总数的5%，且不得少于3根，最大试验荷载应取锚杆轴向拉力设计值得1.5倍，验收试验应分级加荷
&&&&&&& （六）结束语
&&&&&&& 1、土层锚杆荷载水平较低，布置非常灵活，造价低，施工快捷，施工机械及设备的作业空间不大，是一种很好的抗浮措施，同时数量较多，锚固效率高，有利于底板均匀受力，减小底板厚度及配筋。
&&&&&&& 2、土层抗剪强度，灌浆压力，锚杆形式都直接影响锚杆的抗拔力，施工前应做试桩，以验证设计所估算的锚固长度是否安全，并可检验所采用的土质参数是否合理。
&&&&&&& 3、锚固于砂质土、硬粘土层并要求较高承载力的锚杆，可采用端部扩大头型锚固体；锚固于淤泥质土层并要求较高承载能力的锚杆，可采用连续球体型锚固体。在一次注浆完成后，水泥结合体强度达到 5MPa 后，进行二次高压注浆，可更好地提高锚杆的抗拔能力。
[ 1 ]建筑地基基础设计规范 (G B50007 - 2002)
[ 2 ]建筑边坡工程技术规范 (G B50330 - 2002)
[ 3 ] :锚杆喷射混凝土支护技术规范 (50086 - 2001)
[ 4 ] :土层锚杆设计与施工规范 (CECS22: 90)
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