浅谈地下室底板抗浮锚杆结构设计

浅谈地下室底板抗浮锚杆结构设计

周勇

广东中京国际建筑设计研究院有限公司 519000

摘要：近年来，随着我国经济建设的快速发展，建筑工程施工技术也在不断提高。在工程建设中，许多建筑物都设计有地下室，常见的有两层至三层，目的是让建筑物更好地实现其使用功能。地下室的存在会使得建筑基础工程的埋置深度更深、体积更大，因此地下工程设计应考虑在水浮力作用下引起的上浮力的计算及措施。本文主要分析浅谈地下室底板抗浮锚杆结构设计

关键词：地下室工程；抗浮锚杆结构；锚杆设计

引言

地下水位的埋深，既会影响建筑整体抗浮的安全性，也会影响到地下室底板的稳定性。由此可见，地下水浮力会对地下室底板产生直接作用，从而导致地下室结构出现整体损坏、变形，严重者甚至可能导致建筑整体坍塌。因此，只有科学合理的设计地下室基础、底板才能保证地下室结构能够稳定、安全的承受水浮力的作用。抗浮锚杆结构可在基础底板下土层内形成有效直径与有效长度，作为锚杆结构，在其有效长度内设置承载体，顶端与基础底板锁定，可以有效防止地下水回升而导致建筑物上浮，从而达到永久抗浮的目的。

1、地下室抗浮锚杆结构设置原则

抗浮锚杆穿过地下室底部防水层时，为了避免出现群锚效应会形成很多薄弱环节，直接影响到地下室的防水效果，因此在建筑结构设计时要合理设置锚杆距离。相关基础规范文件中对锚杆的最小间距做出了明确规定，即锚杆间距不得小于6倍锚杆直径；锚杆间距至少在1.5m以上，并要满足锚杆的受力需求。如果锚杆间距较小需将锚杆位置错开；充分考虑锚杆的拉拔能力，避免间距过大。根据锚固系统计算锚杆长度，通常在3～8m，如果锚杆长度大于该值则会影响到锚杆的抗拉力。此外，还要合理设计锚杆加固与锚杆之间的锚固长度，根据国家现有的设计规范及标准确定。

然而，在地下室底板抗浮锚杆结构设计过程中，抗浮锚杆并没有一个完善的设计规范，只能通过对锚杆的抗拔力验算，来对地下水抗浮问题进行控制。此工作开展背景下，地下室底板抗浮锚杆结构的设计合理性就会受到影响，进而对后续的建设运用带来一系列问题。因而，研究人员应对以往工程地下室底板进行抗拔锚杆结构设计的情况进行分析，即在明确地下室底板抗浮锚杆结构设计现状的基础上，对其作用稳定效果进行优化控制。

2. 地下室底板抗浮锚杆结构的设计现状

以XX地区某建筑物改造工程为例，其建设的地下室仅有1层，采用了2跨连续槽型箱梁。由于钢筋混凝土是独立基础，因此，构造应控制为刚性底板。该工程初步设计采用了抗拔桩设计，其具有工程量大、工期长以及施工难度大等特点局限。此外，工程项目的建设工期较为紧张，再加上，相关人员对基底岩性与抗浮水平的作用情况分析结果不理想，最终将基础抗拔桩改为抗浮锚杆。经对该工程地下室的水文地质情况进行勘察分析，发现基底持力层大部分为微风化与中风化花岗岩。地下水的类型为第四系基岩裂隙潜水与土壤环境潜水。此外，由于地下水的补给为大气降水，因此，第四系土壤环境潜水易受排污管道内部的渗水问题影响。此抗浮锚杆结构作用环境下，设计人员为避免出现群锚效应问题，需控制好锚杆间距以及按照现有的规定进行控制。如，对于锚杆间距小于既定规范时，可对锚杆钻孔进行错开布置。

3. 地下室底板抗浮锚杆结构设计

3.1锚杆类型选择

在选择锚杆种类的过程中，需要结合抗浮锚杆设置区域中的岩层类型、施工工艺、锚杆的长度和材料、锚杆承载力、工程特征等内容来决定，其中特别需要重视非预应力锚杆和预应力锚杆的设计工作。在水浮力的影响下，抗浮锚杆会受到水位上浮力影响，抗浮锚杆会出现变形问题，从而导致地下室底板发生竖向位移。随着水浮力的不断增大，地下室底板变形也会逐渐变大，甚至会出现裂缝，引起渗漏，严重的情况下，还会导致整个部分裙房和地下室“浮起”，最终失稳。在设计抗浮锚杆的过程中，应该从底板裂缝和底板位移的问题出发，进行科学设计，针对抗浮锚杆中的弹性变形问题，需要通过相应的抗浮锚杆实验来进行检验。正常条件下，对于那些水浮作用力不大，同时对于位移方面的要求较低的建设工作来说，可以在地下室设置非预应力抗浮锚杆；针对水浮作用力较大，同时对渗漏和位移处理标准要求较高的建筑，需要设置预应力抗浮锚杆。通常会在民用建筑地基较深的地下室中设置预应力锚杆，从而对地下室底板变形结构进行全面控制，同时应注意预防其产生渗漏问题。地下室的漏水程度主要由混凝土、水头压力及裂缝程度所决定，在水头压力处于15～20m，而裂缝的宽度处于0.1～0.2mm时，混凝土裂缝可以在相应的化学反应下，实现自愈消除漏水问题。《工程结构裂缝处理》中提到，高质量的地下混凝土防水裂缝宽度应该＜0.1mm。我国出台的《地下室防水施工质量检测标准》中提到的混凝土施工要求，裂缝不贯通的整体宽度应该＜0.2mm，在设计抗浮锚杆时，要注意合理控制底板裂缝宽度。在预应力锚杆中，可以根据锚固力50%～80%设计预应力，同时还要注意扣除预应力损失（预应力损失约为10%～20%）。

3.2锚杆体设计

锚杆体设计主要包括下面几种内容：（1）抗浮锚杆设计值确定与选择轴向拉力基准值；（2）明确抗浮锚杆的钢筋截面面积；（3）确定地层中的锚固长度和抗浮锚杆锚固体；（4）合理选择锚固砂浆与锚固钢筋之间的锚固长度。在设计锚杆体过程中，可以参考《土层锚杆设计规范》，设计永久性的抗浮锚杆时，应该避免在以下地层中设置锚固段：（1）相对密度＜0.3的土层；（2）液限＞50%的土层；（3）淤泥土质和有机土质。

对于岩石锚杆，锚杆孔直径一般取锚杆筋体直径的3倍，且不小于锚杆筋直径加50mm；锚杆筋体插入混凝土底板的长度不小于筋体的锚固长度；筋体宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30MPa，如采用细石混凝土，则强度不应低于C30；锚杆进入岩体的深度不小于40倍筋体直径，且不应大于13倍锚固体直径。

3.3明确布置方案

抗浮锚杆与桩基础不同，锚杆主要作用是承担拔力。在进行地下室底板抗浮设计时，要综合评估锚杆数量与单锚杆抗拔承载力的平衡关系（锚杆间距越大，单根锚杆的抗拔力则越大，相应锚杆配筋及锚固体越大；间距小时则锚杆数量多），故应从结构安全及造价经济性综合考虑。一般锚杆间距控制在2～3米较为合适，如锚固段岩土较差且较深，间距取大值。

3.4锚杆与底板冲切控制

普通地下室底板厚度一般不小于300mm，并应采用抗渗混凝土，当地下室底板抗浮锚杆处于水头较大且底板较薄的情况时，应通过对锚杆与底板间进行抗冲切验算，确保不会发生冲切破坏。

结束语

随着社会发展和科学技术的进步，城镇规划和基础设施建设突飞猛进。目前，设置地下室的建筑占据了很大比例，而且也出现了很多类型，这对整个城市建设产生了巨大影响。一些地上层数较少的建筑物，不能以自身的结构重力抵抗地下水的浮力，可通过锚杆解决上浮问题，并可保证建筑工程的整体抗浮安全。虽然建筑设计中锚杆的运用有很多局限性，但也可从中吸取经验，不断改进，使锚杆技术迅速发展，只有将地下室工程项目与实际情况相结合，才能充分发挥底板抗浮锚杆结构作用的稳定性。

参考文献：

1. JGJ476-2019建筑工程抗浮技术标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2019.

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3. 朱炳寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析[M[.第二版.北京:中国建筑工业出版社：2013.

4. 吴骏李，申波，王磊，等.上部大跨度空腹夹层板结构的地下室抗浮方案的研究［J］.贵州大学学报：自然科学版，2017，34（2）：120-124.

[5]王犟.复杂地质条件下地下室基础抗浮锚杆后置施工技术应用分析[J].智能城市,2016,2(5):100.