大型地库抗浮锚杆设计

大型地库抗浮锚杆设计

刘强

上海中建建筑设计研究院有限公司 200122

摘要：城市用地日益紧张，地下空间应用越来越广泛，地下结构物建筑面积大，结构自重不足以抵杭地下水的上浮力，杭浮问题日益突出。在地下水位较高的场地，一般采用增设杭浮锚杆的方式来解决地下室杭浮问题。论文结合工程实例就某大型商业地下车库抗浮锚杆的设计，进行了一些探讨，供同行参考。

关键词：大型地库；抗浮锚杆；设计；防水板；受力性能

1、引言

当前人们对地下空间提出的使用需求不断增加，因此地下建筑、车库等建筑工程量也同步提升。由于上述工程实施所处于的区域水位较高，且浮力较大，如果单纯依赖于建筑物自身及回填土的重量，难以与水的浮力保持平衡，此时抗浮设计便成为地下工程实施的必要内容。当前国际和国内普遍应用的抗浮技术主要分为下述类型：一是抗力平衡方法，也就是说能够通过设置抗拔桩等减小或者彻底消除水浮力所形成的影响。二是自重平衡方法，即采取增加配重的方法来与水浮力进行平衡。三是浮力消除方法。即运用排水等措施来降低地下存水量，从而降低或者彻底消除水浮力的影响。四是综合设计方法。即使用上述两种以上的方法来平衡浮力作用。

如果地下水位上升，建筑物长时间受到地下水浮力的影响，则可使用抗力平衡方法进行处理。入股基础持力层为岩石，则可广泛使用抗浮锚杆来达到平衡浮力的目的。抗浮锚杆主要由锚杆和砂浆构成，可作为新型的抗浮力手段，且其自身的受力功能也较为理想。抗浮锚杆不但不会对地下室的净高度产生影响，同时由于锚杆间距较小，因此地下室的底板厚度可不用过大，从而能够压缩项目的成本投入。本文便依据工程的实际案例，对基础持力层为岩石的抗浮锚杆设计工作进行研究，希望能够为后续的工程设计提供有益的参考。

2、工程概况

山东省日照市黄海明珠广场项目东临青岛路，南临学林路。基地呈长方形，东西长约148米，南北长约235米，建设用地总面积约为37440.80㎡，基地西北地势较高，东南地势较低，场地最大高差约4m,地块的东、南、西、北侧紧邻道路。在设计中，充分利用以上高差进行建筑体量及功能的合理布置。本工程共由8个单体建筑组成，分别为1#楼（住宅）、2#楼（住宅）、3#楼（住宅）、4#楼（住宅）、5#楼(小商业)、6#楼（超高层办公）、7#楼（公寓）、垃圾收集站。总建筑面积：218822.75㎡。其中地上：152907.03㎡；地下：65915.72㎡。容积率3.994。

本项目所在大地构造上位于苏北—胶南断块区内，跨越华北地台和扬子地台。场区地貌单元属黄海陆域低山丘陵，地貌成因类型为构造剥蚀低级夷平面，地貌类型为剥蚀堆积缓坡。后经人工改造。在勘察期间，钻孔勘探深度内未发现采空区、洞室等影响地基稳定的人为因素，未发现滑坡、泥石流、断裂带等不良物理地质作用。场地不存在岩溶发育条件，不存在地震液化土层。场区内见填土、风化岩特殊性岩土。钻探期间钻孔内稳定稳定水位埋深在1.50~4.90m之间，测得黄海高程在14.05~18.33m之间。主要以基岩裂隙水为主。高层建筑所需承载的负荷较大，同时具有的抗浮能力也较高，可依据勘察报告的推进水位完成设计工作。多层建筑等不符恩的抗浮能力较差，这便可能由于上浮的不均匀而导致建筑物产生裂缝，因此需采取抗浮锚杆进行科学处理。

3. 场地条件及地基基础设计

3.1场地各土层性质

结合地质勘察报告内容进行分析，场地土层的性质可划分为：

第①层素填土，褐色，松散，稍湿，层厚1.60~9.80m间，平均厚度3.22m。

第②层强风化花岗岩闪长岩，黄褐色，密实，层厚1.80~12.60m间，平均厚度7.35m。

第③层中风化花岗岩闪长岩，黄白色，密实，层厚0.70~4.80m间，平均厚度2.72m。

第④层微风化花岗岩闪长岩，灰白色，密实，层厚未钻穿。

各岩石层饱和单轴抗压强度试验表:

据勘察成果及区域地质资料分析，拟建场区为对建筑抗震一般地段。工程实施区域具有季节性的冻土，标准深度为0.32m。地基基础设计等级为甲级。

3.2地下水水位及场地抗浮设计

本场地在钻孔控制深度内见地下水。勘察期间钻孔稳定水位埋深在1.50~4.90m之间，黄海高程在14.05~18.33m之间。地下水位可能会依据降雨量的变化产生相应的变动，枯水期与丰水期所产生的水位变化在1.0~2.0m范围内。

结合所勘测的最高水位以及地形特征、地下水补给及排泄条件，以A-A’轴线为界（见工程概况图），建议各建筑物及范围内车库抗浮水位黄海高程如下：A-A`轴线以北抗浮水位取18.400m，A-A’轴线以南B-B’以西抗浮水位取17.00m，A-A’轴线以南B-B’以东抗浮水位取16.20m。

3. 整体抗浮设计

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011和《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013

及地勘抗浮水位建议值，通过计算A-A’轴线以南抗浮锚杆需1569根，A-A`轴线以北抗浮锚杆需1260根。

4.1基础形式：

筏板基础，持力层为④层微风化岩。地下车库抗浮采用抗浮锚杆。抗浮水位：A-A`轴线以北抗浮水位取18.400m，A-A’轴线以南B-B’以西抗浮水位取17.00m，A-A’轴线以南B-B’以东抗浮水位取16.20m。

4.2底板设计：

基础底板顶标高-9.90m，采用筏板基础，筏板厚度1.80m，地下车库筏板厚度为0.50m，框架局部冲切不足处，加下柱墩。

4.3地下室结构：

根据本工程特点，地下室的顶板可设置为混凝土梁板结构，地下室的长度已经超过规范要求的最大间距，为降低工程实施期间的温度应力及混凝土收缩应力作用，可适当考虑在适合的位置运用添加抗裂外加剂等。

3. 局部抗浮设计

裙房及地下车库局部抗浮不够的区域设抗浮锚杆进行抗浮设计。锚杆锚固部分的注浆体以及地层极限粘结强度标准设计参数如下。

裙房下锚杆布置图如上图所示，锚杆直径200mm，锚杆入岩长度5.0m，锚杆主筋328,锚杆材料M30P.O42.5水泥浆，单锚抗拔力设计值为300kN。

6、结束语

当前抗浮设计的应用频率逐渐增加，部分由于设计或施工环节的影响，形成地下室上浮和楼板出现裂缝等情况，对工程的质量产生了较为严重的负面影响。对此施工方需采取防、抗等抗浮手段，对工程实施进行科学设计，保证工程质量达到要求。实施大型车库项目时，其抗浮能力需达到承载力和耐久性的需求，抗浮等级为甲、乙及有特殊要求的结构类型，需达到相应的变形标准。地下结构工程的使用过程中不能随意变化设计条件，如果环境或者使用条件出现变化，导致浮力出现变化时，则需对工程的抗浮稳定性参数进行评估，如果其抗浮的稳定性未能达到要求，则需进行加固处理。实施抗浮加固的方法主要为排水减压、注浆加固、泄水降压等，或者针对已经出现渗漏的部分进行处理。本文便针对地下车库工程研究抗浮锚杆的设计工作，希望能够为后续相似的工程提供经验参考。受到篇幅限制，本文提出下述研究方向，作为后续的主要研究目标：

第一，如果条件允许，可运用有限元软件参与数据分析，针对结构受力的特征和趋势进行判断，但该种计算方式所获得的结果多数依据计算参数的准确性。

第二，由于地下水的浮力水平会受到明显的季节影响，因此抗浮锚杆所需承受的外力并不是一成不变的。受到周期性的外力作用，抗浮锚杆也会发生破损，而发生损坏的锚杆荷载力要低于抗拔力的标准值。

第三，地震动力对锚杆的稳定性也会产生一定的影响，技术人员需加大重视，在设计期间需采取适合的措施进行避免。

参考文献：

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