地下室底板抗浮锚杆设计

地下室底板抗浮锚杆设计

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。因此，地下室底板抗浮锚杆的设计越来越受到人们的重视。本文就地下室底板抗浮锚杆设计进行了探讨，并结合了具体的工程实例，以期能为地下室底板抗浮锚杆的设计提供参考。

关键词：地下室；底板抗浮锚杆；设计

1 引言

近年来，由于地下室空间的大规模开发，带地下室的建筑越来越多，地下室的深度也逐渐加深，但是一些带有地下室的建筑自重不足以抵抗地下水的浮力，因此，为了地下室抗浮，常常会用到一些抗浮措施。而抗浮锚杆以其经济性、施工周期短等优点，在地下室抗浮设计中得到广泛的应用。本文就地下室底板抗浮锚杆设计进行了探讨，并结合了具体的工程实例，提出了一些有关抗浮锚杆设计的建议看法，以期能为地下室抗浮锚杆可以更好地进行设计提供参考。

2 工程概况

某工程地下室共3层，上部结构主塔楼26层，裙房层数为3层。主塔楼基底面积为2000m2，裙房基底面积为3000m2。地下室底板底标高为-15.90m，抗浮设计水位为-4.80m，立面见图1。

基础型式采用大直径人工挖孔灌注桩，底板厚500mm。底板下岩土层为中风化泥质粉砂岩，局部夹有强风化泥质粉砂岩夹层。根据

上述基本情况，

（1）主塔楼地下室承受的水浮力标准值为：

主塔楼结构自重标准值f抗（地上部分楼层梁板折算厚度220mm，地下部分楼层梁板折算厚度260mm，底板厚度为500mm）：

（2）裙房地下室承受的水浮力标准值为：

主塔楼结构自重标准值f抗（地上部分楼层梁板折算厚度220mm，地下部分楼层梁板折算厚度260mm，底板厚度为500mm）：

由以上验算结果可知，裙房部分结构整体抗浮验算不满足要求，需采取抗浮措施。经多方案比较，抗浮锚杆具有经济性较好、施工周期短等优点，该工程采用抗浮锚杆抗浮。

3 抗浮锚杆设计

目前，抗浮锚杆设计尚无统一的规定和计算方法，本文拟根据《建筑地基基础设计规范》（gb50007-2011）、《建筑边坡工程技术规范》（gb50330-2002）及《岩土锚杆（索）技术规程》（cecs22：2005）相关条文进行对比分析。

3.1 单根锚杆抗拔承载力特征值的确定

3.1.1 岩土力学参数

根据《工程地质勘查报告》，地下室底板下土层为中风化泥质粉砂岩，局部有强风化泥质粉砂岩夹层，夹层厚度不均匀，厚度范围为0.5～6.5m。锚杆锚固体与中风化泥质粉砂岩粘结强度特征值为140kpa；锚杆锚固体与强风化泥质粉砂岩粘结强度特征值为

120kpa。因强风化泥质粉砂岩夹层厚度不均匀，计算时锚杆锚固体

与岩土层粘结强度特征值取f=120kpa。

3.1.2 单根锚杆抗拔承载力特征值计算

锚杆孔直径一般取200mm以内，该工程锚杆孔直径取150mm，锚杆锚入中风化泥质粉砂岩（或强风化泥质粉砂岩）内的锚固长度取6.5m。对于锚杆锚固长度的要求，规定了最小的的锚固长度要求，即要求锚固长度大于40d（d为锚杆孔直径），均规定了锚固长度的上下限值，规定岩石锚杆锚固长度不应小于3m，不宜大于45d和6.5m，规定岩石锚杆锚固长度宜采用3～8m，工程锚固长度为6.5m，满足上述要求。

3.2 抗浮锚杆水浮力计算及布置

抗浮锚杆的布置应根据锚杆承担的地下水浮力大小及单根锚杆

抗拔承载力特征值确定。

3.2.1 抗浮锚杆承担的水浮力计算

目前抗浮锚杆承担的水浮力主要有以下三种计算方法：

（1）考虑上部结构自重，锚杆承担的水浮力为水浮力减掉上部结构自重；

（2）不考虑上部结构自重（底板自重亦不扣除），锚杆承担全部水浮力；

（3）锚杆承担的水浮力分两个区域计算：柱、墙、梁影响区域扣除上结构自重；非柱、墙、梁影响区域仅扣除底板自重。

上述第（1）种算法对于该工程存在安全隐患，上部结构自重是集中在柱（点）或墙（线）上，采用这种算法，底板必须具有很大

的刚度，才有可能将自重均匀分布在底板上。否则将引起柱墙区域外的锚杆破坏，进而造成所有锚杆破坏。

第（2）种算法过于保守，底板自重是均匀的，是完全可以扣除的。

第（3）种算法考虑柱、墙下锚杆承担的水浮力可扣除上部结构自重是合理的，但考虑与柱、墙相连的梁两侧一定范围内水浮力扣除上部结构自重，柱、墙荷载分配在梁上的大小及范围的存在不确定性，可能引起安全隐患。

该工程在计算柱、墙荷载扩散范围外锚杆承担的水浮力时，扣除了底板自重，柱、墙下荷载扩散范围内锚杆承担的水浮力扣除了墙、柱传递的上部结构自重（图2）。柱墙荷载扩散范围按下式计算，并取两者的小值，笔者认为这样是安全且合理的。eg/f浮

式中b——柱墙荷载扩散范围；

σg——柱墙传下的上部结构自重；

f浮——水浮力面荷载；

h——底板厚度。

3.2.2 锚杆布置

单根锚杆抗浮面积为：

式中a——单根锚杆承受的水浮力面积；

rt——锚杆抗拔承载力特征值；

f浮——水浮力面荷载；

f抗——底板自重面荷载。

抗浮锚杆间距采用1.5m×1.5m，均匀分布于底板下。

3.3 锚杆钢筋截面面积计算

相关规范给出了锚杆钢筋截面面积计算公式。规范提出了锚筋抗拉工作条件系数，钢筋强度按受拉强度设计值进行计算；规范提出了锚杆杆体抗拉安全系数，钢筋强度按受拉强度标准值进行计算。两者的计算公式存在差异，但均相当于为锚杆杆体设置了1.6倍的安全系数。该工程锚杆杆体采用hrb400钢筋，按规范要求均进行了计算，见表1。

表1中，规范计算公式中ζ2为锚筋抗拉工作条件系数，对永久性锚杆取0.69；c0为边坡重要性系数，该工程取1.0；na为锚杆轴向拉力设计值，fy为锚筋抗拉强度设计值。在计算公式中kt为锚杆杆体抗拉安全系数，对永久性锚杆取1.6；nt为锚杆轴向拉力设计值；fyk为锚筋抗拉强度标准值。

3.4 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算

相关规范均给出了锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算公式，规范提出了钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，粘结强度按粘结强度设计值进行计算。规范提出了锚杆锚固体的抗拔安全系数，粘结强度按粘结强度标准值进行计算。两者的计算公式存在差异，规范相当于设置了约1.7倍的安全系数；相当于设置了约2.0倍的安全系数。

该工程按两个公式均进行了计算，锚固长度6.5m均满足要求。此处不再列出计算过程。图3为该工程锚杆大样。