某地下室抗浮加固方案的研究

龍海芳

貴州民族大學(xué)人文科技學(xué)院

1 引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，土地資源緊張，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用極其重要，現(xiàn)今地下室已廣泛存在于各類(lèi)建（構(gòu)）筑物中。由于地下水文情況較為復(fù)雜，地下室修建應(yīng)充分考慮地下水作用，當(dāng)結(jié)構(gòu)自重不足以抵抗地下水浮力作用時(shí)，需考慮抗浮設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際工程情況的不同，采用抵抗浮力的方法也不同。現(xiàn)今對(duì)于新建建筑的抗浮設(shè)計(jì)方法主要有配重法、降排水法、抗拔樁及抗浮錨桿等[1]。抗浮錨桿由于工期短、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好、受力合理等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。但是國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于抗浮錨桿的設(shè)計(jì)沒(méi)有明確統(tǒng)一的意見(jiàn)。針對(duì)抗浮錨桿的分析，于岷紅[2]等研究了錨桿的設(shè)計(jì)方法，并提出了錨桿的三種布置方式，但是并沒(méi)有詳細(xì)介紹各種方式的適用情況。馬竹青[3]介紹了基礎(chǔ)抗浮錨桿設(shè)計(jì)可選用的3本規(guī)范，但是沒(méi)有指出計(jì)算時(shí)最適合的規(guī)范。對(duì)于既有建筑的抗浮加固[7-8]，也不是很多。本文以某大廈為例，提出不同于文獻(xiàn)[2]錨桿布置方式的第四種布置方式，在板跨度的1/3處布置從而減小地下室底板的梁、板的彎矩，應(yīng)用ETBAS和MIDAS分別對(duì)該地下室底板進(jìn)行局部抗浮和整體抗浮分析，并指出在計(jì)算錨桿時(shí)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）和《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22 2005）三本規(guī)范的不同。

2 工程概況

某大廈為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，地下4層，地上32層，±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高1333.30m，地下4層為車(chē)庫(kù)，1至3層為商場(chǎng)，4層為轉(zhuǎn)換層，5層以上為住宅；基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)基、墻下條基及人工挖孔樁，結(jié)構(gòu)嵌固端為地下室頂板。設(shè)計(jì)單位取抗浮水頭為3.3米進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，最大抗浮水位為1323.30m。由于實(shí)際地下水位高于設(shè)計(jì)取用抗浮水位，導(dǎo)致在上部結(jié)構(gòu)修建過(guò)程中，地下室部分柱、梁和底板發(fā)生破壞。該場(chǎng)地的地下水是由地下溶洞不斷涌出產(chǎn)生，考慮工期和經(jīng)濟(jì)等因素，不能采用降排水的方法，因此考慮采用抗浮錨桿的加固方法。

3 加固方案

根據(jù)地勘報(bào)告，取最大抗浮水位為場(chǎng)地地下水歷史最高水位，即1328.50m，非消防水池取抗浮水頭為8.85m，消防水池取抗浮水頭為10.2m。根據(jù)提供的設(shè)計(jì)資料，針對(duì)本地下室底板局部抗浮不足的情況，可先釋放地下水對(duì)底板的浮力作用，然后在底板布置錨桿，以便減小底板梁、板的彎矩。

于岷紅[2]對(duì)某地下室的抗浮中介紹了三種錨桿的布置方式，（1）集中點(diǎn)狀布置，將錨桿布置在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)范圍內(nèi)；（2）跨中布置，將錨桿布置在地下室底板四周的梁的跨中；（3）面狀均勻布置，將錨桿均勻布置在地下室底板；對(duì)比三種錨桿的布置方式，第一種適合整體抗浮，第二種對(duì)于減小梁的彎矩比較明顯，第三種方法比較是符合本工程局部抗浮的要求。本文在上述三種錨桿的基礎(chǔ)上提出第四種錨桿的布置方法，將錨桿布置在板跨度的1/3處。

圖1 錨桿均勻布置圖圖

圖2 錨桿板跨1/3處布置圖

運(yùn)用MIDAS對(duì)地下室底板進(jìn)行局部建模分析，圖1為錨桿均勻布置，稱(chēng)為模型1，圖2為錨桿布置在板跨的1/3處，稱(chēng)為模型2，計(jì)算結(jié)果顯示，工況為1.0恒載+1.0浮力，底板彎矩：

工況為1.0恒載+1.0錨桿+1.2浮力，模型1的板底彎矩：

模型2的底板彎矩：

工況為1.0恒載+1.0浮力,梁彎矩：

工況為1.0恒載+1.0錨桿+1.2浮力，模型1的梁彎矩

模型2的梁彎矩：

通過(guò)對(duì)比分析表明，兩種錨桿的布置方式，底板的彎矩都明顯減小。但是錨桿布置在板跨1/3處時(shí)，梁的彎矩減小程度要比均勻布置的時(shí)候大。由于本工程地下室底板梁的底部

配筋均比較小且不能加固，可以考慮通過(guò)板面增大截面的方法能夠抵抗板的負(fù)彎矩，同時(shí)可以采用錨桿布置在板跨的1/3處來(lái)減小梁的彎矩。

4 局部抗浮

將錨桿布置在板跨的1/3處，采用MIDAS和ETBAS對(duì)地下室底板進(jìn)行建模分析，從表1看出，MIDAS和ETBAS的計(jì)算結(jié)果比較接近，梁和板的彎矩均小于原結(jié)構(gòu)本身所能抵抗的彎矩，證明將錨桿布置在板跨的1/3處的可行性。同時(shí)從使用安全、軟件運(yùn)用和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等方面考慮，采用MIDAS軟件作為抗浮錨桿加固設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件是比較合適的。

5 整體抗浮

與局部抗浮模型相同，用MIDAS和ETBAS同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體抗浮計(jì)算，整體模型重點(diǎn)在于考慮主體結(jié)構(gòu)地下室與純地下室相交處，梁和板的內(nèi)力變化，以及純地下室部分柱子是否會(huì)被浮力作用頂起，主體結(jié)構(gòu)地下室的柱子，由于上部主體結(jié)構(gòu)樓層較高，不會(huì)被頂起，所以模型僅建出部分主體樓層。

綜合對(duì)比表1的結(jié)果表明，整體模型與局部模型的計(jì)算結(jié)果比較接近，再次驗(yàn)證，采用MIDAS軟件作為抗浮錨桿加固設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件是比較合適的。

主體結(jié)構(gòu)地下室與純地下室相交范圍處梁和板的內(nèi)力以及主體結(jié)構(gòu)地下室與純地下室部分柱子的內(nèi)力。主體結(jié)構(gòu)地下室與純地下室相交的范圍，浮力作用下受力比較復(fù)雜，需考

慮相交范圍內(nèi)梁和板是否會(huì)破壞，MIDAS計(jì)算結(jié)果顯示，在錨桿作用下，地下室相交范圍內(nèi)梁、板的彎矩均小于原地下室底板梁、板所能承受的彎矩。整體模型在1.0恒載+1.0活載作用下，純地下室部分柱子軸力：

主體結(jié)構(gòu)部分柱子軸力：

在1.0恒載+1.0活載+1.05錨桿作用下，純地下室部分柱子軸力：

主體結(jié)構(gòu)部分柱子軸力：

說(shuō)明錨桿很好的抵消了浮力產(chǎn)生的向上的反力，證明將錨桿布置在板跨1/3處位置的方法的可行性。

表1 局部抗浮與整體抗浮計(jì)算內(nèi)力

6 錨桿計(jì)算

分別按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）和《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22 2005）三本規(guī)范計(jì)算，后文分別簡(jiǎn)稱(chēng)為第一本規(guī)范、第二本規(guī)范和第三本規(guī)范，計(jì)算內(nèi)容為單根錨桿的承載力特征值、錨桿鋼筋截面面積和錨桿錨固體入巖長(zhǎng)度、底板的抗沖切計(jì)算和局部抗壓。此工程選取消防水池底板進(jìn)行計(jì)算，錨桿承載力特征值：

錨桿鋼筋截面面積和錨桿錨固體入巖長(zhǎng)度，第一本規(guī)范計(jì)算結(jié)果：

錨桿筋體等效直徑為；第二本規(guī)范計(jì)算結(jié)果：

第三本規(guī)范計(jì)算結(jié)果：

對(duì)比上述三本規(guī)范計(jì)算結(jié)果，錨桿鋼筋截面積按第二本規(guī)范比第三本規(guī)范的計(jì)算結(jié)果大，綜合考慮計(jì)算筋體截面面積時(shí)可按第二本規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。錨桿錨固體入巖深度按第二本規(guī)范和第三本規(guī)范計(jì)算的結(jié)果是一樣的，但是按構(gòu)造要求來(lái)看第三本規(guī)范構(gòu)造要求更為保守，所以當(dāng)計(jì)算錨桿錨固體入巖深度時(shí)，可采用第三本規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)該地下室進(jìn)行抗浮加固設(shè)計(jì)分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）將抗浮錨桿布置在板跨的1/3處，可以減小板和梁的彎矩。（2）抗浮錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，錨桿的具體數(shù)值按三本規(guī)范計(jì)算結(jié)果取大值，本工程錨桿體筋體截面可按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）進(jìn)行計(jì)算，錨桿錨固體入巖深度時(shí)，可按《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22 2005）進(jìn)行計(jì)算。（3）抗浮錨桿加固建模計(jì)算，MIDAS和ETABS對(duì)比顯示，采用MIDAS軟件能很好地模擬地下室的實(shí)際情況。