浅议地下室抗浮及锚杆桩布置的优缺点问题

浅议地下室抗浮及锚杆桩布置的优缺点问题

陈英琴

湖北省缘达化工工程有限公司，湖北 武汉 430074

摘要：在历史最高地下水位情况下，结构自重有时不足以抵抗地下水的浮力，导致地下结构出现上浮，因此地下建筑物的抗浮问题对结构设计来说至关重要。本文阐述了地下建筑物抗浮采取的多项措施，并详细介绍了如何采用锚杆桩比较经济合理地解决地下室抗浮问题。

关键词：地下室抗浮措施；抗浮锚杆桩；经济性；优缺点；

引言

随着社会的发展，以及城市用地空间的紧张，地下空间的开发和利用越来越受到重视，地下空间的应用也越来越广泛，地下室层数及埋深也越来越大。由于地下水位在暴雨天气接近地表，因此近年来有关抗浮设计的工程质量事故时有发生。作为结构设计人员在设计地下室时，特别是对于多层地下室，因水头较高，水浮力较大，常常需要必要的抗浮措施。

1 抗浮的原理

抗浮的基本原理一般可以理解为，结构自重和水浮力之间的大小关系。根据阿基米德原理，水对物体的浮力等于物体排开同体积水的重量{即基底单位面积所受的水浮力为γh的（γ为水的重度，h为建筑物基底以上的水深）}。当水浮力大于地下建筑物单位面积的重量时，建筑物即可浮起，当水位不断升高时，建筑物将不断上浮，所以，建筑物浮起是一个渐进过程。水量的大小只是控制着建筑物上浮速度和上浮量，而水位高低则是控制建筑物上浮的基本要素。

2 常用的抗浮处理措施

为了解决地下室抗浮问题，现阶段一般应用的抗浮技术主要有：1、增加配重抗浮，一般通过加大底板厚度，或者是顶板覆土厚度，或者是地下室外墙外挑一段距离来增加自重。此法简单有效，也是一种常用的方法。缺点是浮力完全靠底板的钢筋来承担，会加大底板的构造配筋，总体经济性不是很好。2、泄水减压。这个方法的核心内容就是通过修建排水盲沟及预留排水设备，定期向外排水，从而降低地下水水位来达到减小水浮力的效果。此法有其适用的局限性，当坑底附近土体隔水较好或止水帷幕可以有效隔断透水层时，在低渗水量条件下，通过排水设备可以实现降低水位的目标。3、锚杆抗拔法。此法主要是设置锚杆桩，通过锚杆桩的抗拔力来抵抗水浮力。当建筑物采用天然地基且地基下地质情况较好的情况下，特别是地基下较浅深度就是基岩的情况下，采用锚杆桩抗浮是比较合适的选择。

3 抗浮锚杆桩的受力原理及实例分析

抗浮锚杆桩的受力原理是基底在水浮力的作用下，锚杆抗拔桩承受向上的拉力，拉力自桩顶向桩底传递，拉力的大小和水位的高低有着直接的关系，因此当地下水压力较大，而土层所能提供的拉力很有限，或者是地质情况较差，土层偏软且厚，锚杆长度就会较长，此时采用锚杆桩抗拔需谨慎考虑，以防因抗拔锚杆的位移较大而影响抗浮效果，并且锚杆长度偏长其永久防腐蚀措施要求就较高，工程费用也会显著增加。

基于现阶段抗浮锚杆桩的普遍应用，本文结合工程实例，浅要分析下锚杆布置时的基本要点。某住宅小区，地下室层高3.6m。

综合考虑以上因素后，决定采用抗浮锚杆桩进行地下室抗浮。根据锚杆间间距要求，一般可以分为正方形和梅花形布置。布置抗浮锚杆时，一般有以下两种布置方式：1、锚杆布置在独立基础下部，如图一所示；2、锚杆布置在底板间，如图二所示。

图一（锚杆布置在独立基础下）   图二（锚杆布置在筏板下）

对于第一种方式，锚杆布置在独立基础下方，从整体方面来说，整体抗浮没有问题，每个柱下的抗浮也很可靠。水浮力直接作用在地下室底板上，各块底板的受力变形也很明确。但这样布置锚杆有个缺点就是，由于水浮力直接作用在底板上，四周的柱子由于有上部荷载和抗拔锚杆的作用，可以视为底板的反向支座，底板的变形为锅底形，板中间的位移变形相对端部来说，相对位移较大，位移大，变形就大，从而配筋也大，有时候由于配筋较大，还需要适当加大底板厚度，从经济性的角度来说，此种布置锚杆的方式，锚杆的作用只用来了保证整体地下室抗浮的稳定性，对单个单元来说，特别是梁板的配筋，几乎没有什么帮助作用。对于塔楼周边相邻的地下室独基下的锚杆，由于塔楼一般都较高，上部结构传给塔楼基础的荷载较大，若塔楼采用桩基础，可以简单地假设为，塔楼部分的沉降变形是可以忽略不计的。此时在水浮力作用下，塔楼相邻跨独基底部的变形会很小，或者几乎没有。布置在独基下的锚杆有可能没有参与抗浮，或者锚杆的抗浮能力还有较大富余。所以笔者认为，沿塔楼周边柱下独基下可以选择少布置锚杆，或者不布置锚杆。

对于第二种方式，将锚杆布置在底板正下方，最明显的好处就是大大降低了底板的受力，底板的配筋会减少许多，基础梁的配筋也会变小很多。但这里有个潜在的因素在里面，从整体上来看，整体抗浮是没有问题的，抗浮的锚杆数是足够的，但对局部来说，有可能出现，局部抗浮不够的情况，部分锚杆的实际承担的抗拔力也许会超过设计值。根据底板上浮的变形曲线分析，抗拔锚杆最先发生上拔破坏的是分布在板跨中间的锚杆。所以，在板底布置锚杆时，可以适当将周围布置稀疏点，板跨中间适当加密点，从而使各个锚杆受力均匀些。

4 结语

综上所述，布置锚杆时应结合实际情况选择合适的布置方式，从考虑锚杆的长期耐久性和锚杆的可靠性，采用第一种布置方式较为合适；若对经济性有迫切的要求，节省钢筋含量，在保证施工质量的前提下，可以优先选择第二种布置方式。因此，根据实际情况，合理地选择合适的锚杆布置方式，对工程设计来说有着重要的指导意义。

参考文献:

［1］GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

［2］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

［3］GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].

［4］CECS 22:2005，岩土锚杆（索）技术规程[S].