某多層地下室底板抗浮方案分析比較

馬帥烈　于月華

【摘 要】常用的抗浮措施進行分析比較，保證工程的抗浮方案安全、經(jīng)濟、合理。

【關(guān)鍵詞】自（配）重抗浮；釋放水浮力抗浮；抗拔樁抗浮；預應力鋼絞線抗浮錨桿

1 工程概述

某綜合性大型公共建筑，地上六層，地下車庫四層，為框架結(jié)構(gòu)形式。基礎采用柱下獨立基礎加防水底板的做法。地下總建筑面積15875.72m2，地下室頂板絕對標高為39.900m，地下室底板頂絕對標高為23.100m。柱網(wǎng)間距大部分為8.4m×8.4m，局部為8.9m×8.7m。工程的部分區(qū)域存在無上部結(jié)構(gòu)的中庭及室外廣場。

根據(jù)巖土工程勘察報告，基礎持力層為第18層微風化花崗巖，地基承載力特征值fak=6000kPa，彈性模量E=30×103MPa，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅱ～Ⅲ級，場區(qū)地下水主要類型為基巖裂隙水，大氣降水補給，抗浮設計水位為37.000m。基礎底板低于抗浮設計水位14.8m，必須做好底板的抗浮、抗?jié)B設計。

本文將結(jié)合此工程實例就常用幾種抗浮設計方案進行分析比較。

2 抗浮方案分析比較

2.1 結(jié)構(gòu)自（配）重抗浮

巖石地基的建（構(gòu)）筑物，抗浮措施最簡便、直接的方法就是增加結(jié)構(gòu)自重。可采用下列公式：■？叟K，K=1.05。防水底板厚度取900mm，水頭：

H=14.8m，S=148kN/m■×4223.24m■=625039.5kN，G=556576.7kN，■=0.89？燮K=1.05

所以結(jié)構(gòu)的整體抗浮不滿足要求。由于自重與水浮力差距較大，采用增加底板厚度或壓重措施成本較高，不建議采用。

2.2 釋放水浮力法

是在基底下方設置靜水壓力釋放層，使基底下的壓力水通過釋放層中的透水系統(tǒng)（過濾層，導水層）匯集到集水系統(tǒng)（濾水管網(wǎng)絡），并導流至出水系統(tǒng)后進入專用水箱或集水井中用水泵抽出，從而釋放部分水浮力。

此方法一般在以下幾種情況下適用：1）抗浮設計水位較淺，利用底板及其上覆土自重可抵抗一部分水浮力，只有當季節(jié)性水位，高于盲井水位時才需要啟用抽水機械。2）地下室在施工階段由于上部結(jié)構(gòu)尚未提供豎向荷載而不滿足抗浮要求，隨上部結(jié)構(gòu)主體自重最終能滿足抗浮要求。

如地下水位長時間處于較高水位時，將一直需要抽水泵運行抽水，為保證安全的地下水位，需要隨時通過設置的檢查井觀察地下水位是否滿足設計標高，需要長期的人力及物力的投入，建設方在建筑物投入使用后很難保證安全有效的管理，且對罕見降水的出現(xiàn)使地下水位的瞬間漲高無法有效的進行控制，因此雖然前期造價低，但綜合經(jīng)濟效益有待思考。因此從長遠來看，并非最佳方案。

2.3 抗拔樁抗浮

抗拔樁抗浮與錨桿抗浮的作用機理相似，即通過一維豎向桿件的下拉力抵消地下水對結(jié)構(gòu)的上浮力，可同時解決局部及整體抗浮。抗拔樁按成樁方式的不同主要有預制樁和現(xiàn)場灌注樁。此種抗浮設計方案優(yōu)點在于抗拔樁安全可靠。但是鑒于本工程的地質(zhì)狀況，巖石地基成樁難度較大，且樁與柱子連接，使抗浮樁的間距較大，需很厚的底板才能抵抗浮力產(chǎn)生的彎矩和剪力，因此造價較高，不適用于本工程。

2.4 預應力鋼絞線抗浮錨桿設計

在本工程的巖石地基條件下，抗浮錨桿比抗拔樁更有優(yōu)勢，根據(jù)施工時錨桿是否施加預應力，可分為預應力和非預應力錨桿。預應力錨桿桿體一般采用鋼絞線，非預應力錨桿桿體一般采用普通螺紋鋼。本工程由于抗浮設計水位較高，桿體承擔的水浮力較大，普通螺紋鋼HRB400難以滿足受力要求，因此錨桿設計選用預應力高強度鋼絞線。

2.4.1 設計內(nèi)容

1）錨桿承載力計算、桿體截面積計算、錨桿數(shù)量計算。

2）錨桿類型：永久性被動抗浮錨桿。

3）設計要求：巖石錨桿的錨固段長度不應小于3m，且不宜大于45D和6.5m；錨桿間距除必須滿足錨桿的受力要求外，尚需大于1.5m；預應力錨桿自由段必須大于5m。

2.4.2 設計依據(jù)

依據(jù)《巖土工程勘察報告》、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）—第8章錨桿、索設計。防水底板厚度900mm，地下室底板覆土500mm。

結(jié)構(gòu)自重：G■=0.9×25+0.5×18=31.5kN/m■

水浮力：F■=14.8×10-31.5=116.5kN/m■

錨桿間距按局部最大間距3.3m×3.3m考慮，

N■=116.5×3.3×3.3=1269kN（采用基本組合，分項系數(shù)均為1.0）

入巖按18層考慮，所以巖土與錨固體粘結(jié)強度標準值qsk=1600kPa

1）錨桿桿體截面面積計算

A■？叟■=■=1364mm■

N■=1269kN K■=2.0

采用預應力鋼絞線，假設每根錨桿采用10根（1×7-15.20-1860GB/T5224-2014），每根鋼絞線公稱直徑d=15.2（fptk=1860），As=1390mm2 D取150mm。

2）錨桿錨固段長度

L■？叟■=■=4.1m

K=2.4（根據(jù)—二級永久性錨桿安全等級取值）

f■=1600kPa（錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強度標準值，根據(jù)地勘報告取值）

L■？叟■=■=3.09m

fb=2.95MPa

La≥4.1+5=9.1m，故錨固長度取9.5m，滿足要求。

3）預應力錨桿的張拉與鎖定

錨桿考慮預應力損失后抗浮力設計值為1269kN，預張拉力為1396kN，鎖定拉力值為1300kN。

4）防水底板設計

錨桿間距3.3m×3.3m，均布活載117.00kN/m2，活載分項系數(shù)1.40，板厚度900mm，混凝土等級C30，縱筋級別HRB400，保護層厚度50mm。

經(jīng)計算，防水底板的裂縫及配筋均比較合理、經(jīng)濟。

3 結(jié)論

根據(jù)錨桿試驗及后期的適用狀況來看，抗浮錨桿安全度高，綜合經(jīng)濟效益良好，可以為高水位多層地下室抗浮設計提供借鑒。

【參考文獻】

[1]GB50007-2011 建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

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[3]楊樺，黃林偉，吳寶杰.基于地下車庫抗浮及剛度不足的預應力錨桿應用實例[J].建筑技術(shù)，2014，9，45（9）：853-855.

[4]吳帥，羅志國.預應力抗浮錨桿在多層地下室工程中的應用[J].山西建筑，2006，7，32（14）：100-101.

[責任編輯：田吉捷]