地下室底板抗浮锚索设计

陈雁

（贵州省城乡规划设计研究院　贵州　贵阳　550000）

地下室底板抗浮锚索设计

陈雁

（贵州省城乡规划设计研究院贵州贵阳550000）

地下室的抗浮设计原理虽然简单，却是结构设计的重要部分，关乎结构的安全使用，应予以重视。本文拟结合具体工程实例，重点就地下室底板抗浮锚索设计进行了分析。

地下室；底板抗浮；锚索设计

引言

地下室底板抗浮锚索设计人员需充分理解规范，合理选择抗浮设计中需要的设计参数，并根据场地、水文、土层资料等情况选择合理、经济的抗浮措施。

1　工程概况

拟建建筑位于贵州省湄潭县，由A座（酒店，19层），B座（商住，18层），C座（商住，24层）及裙房（4层）组成。地下一层为车库，层高6.0m。酒店采用框架剪力墙结构体系，商住采用部分框支剪力墙结构体系。

2　地下水类型及埋藏条件

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第3.0.2条第6款规定：“建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。”并在条文说明中指出：抗浮设计水位是很重要的设计参数，影响因素众多，不仅与气候、水文地质等自然因素有关，有时还涉及地下水的开采、上下游水量调配、跨流域调水和大量地下工程建设等复杂因素。对情况复杂的重要工程，要在勘察期间预测建筑物使用期间水位可能发生的变化和最高水位有时相当困难。故现行国家标准《岩土勘察规范》（GB50021）规定，对情况复杂的重要工程，需论证使用期间水位变化，提出抗浮设防水位时，应进行专门研究。

拟建场区南西侧13m外为湄江河，场区地下水主要受湄江河河水影响。河水通过场区上覆土层渗入开挖的基坑中，河水水位即为场区地下水水位。勘察期间处于平水期，河水标高755.20m。根据湄江河湄潭县城段历史最高水位，在洪水期时河水标高758.0m，高于地下室底板标高（754.70）3.7m。勘察时本场地基坑已经开挖结束，根据现场观测，基坑内基本无水，说明上覆土层隔水效果较好。但是考虑到长期的渗流达到水动力平衡后，场区水位就会达到河水水位高程，对地下室底板有浮托力作用，须做好抗浮抗拔设计。

在场地地下室开挖到设计标高后，基岩裸露或者浅埋，分布连续，承载力较高，可作本拟建物持力层，其承载力特征值fa= 2400kPa，基础采用柱下独立基础及墙下条基。

该建筑因上部建筑自重不均匀，设计时抗浮力与水浮力平衡计算分区域验算。地下室底板的梁板采用倒置楼盖计算，保证水浮力传至柱、墙上。主楼位置采用“压”的做法，裙房部分基础采用“拉”的做法。

3　计算采用参数

①锚索设计拉力值为1353kN。②锚索锚固体与中风化泥质灰岩的极限摩阻力特征值按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）表7.2.3-1和勘察报告取：泥质灰岩frb=400kPa。③根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）表7.2.4取钢绞线和M35水泥砂浆的粘结强度设计值：fb=2950kPa。

4　锚索轴向拉力验算

锚索为2组6φ15.2mm直径的钢绞线，锚索入射角为90°，锚索设计锚固段为6m，抗拉强度设计值fy=1320N/mm2，总的轴向设计拉力值最大为1353kN：

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）第7.2.2和7.2.3条：

将ξ2=0.69，γ0=1.1，fy=1320N/mm2，Na=676.5kN带入（1）式计算得As=817mm2，单根钢绞线的公称截面面积为139mm2，6φ15.2的截面面积为A=834mm2>As=817mm2，满足设计要求。

将ξ1=1.0，D=130mm，frd=400kPa，Nak=676.5kN带入（2）式计算得：锚索锚固体与地层的锚固长度la=4.14m，锚索锚固体设计锚固段为6m>la=4.14m，满足设计要求。

将ξ3=0.6，γ0=1.1，d=15.2mm，fb=2950kPa，n=6，Na=676.5kN带入（3）式得：锚索钢绞线与锚固砂浆间的锚固长度la=1.47m，锚索钢绞线的锚固段为6m>la=1.49m，满足设计要求。

综上，锚索设计满足规范要求。

5　抗浮锚索现场试验

依据上述设计施工后，对其进行现场试验，验证抗浮锚索的稳定性。通常抗浮锚索的破坏形态有：①注浆体与岩土体之间发生剪切破坏；②锚索杆体由于抗拉强度不足造成破坏；③锚索杆体与注浆体界面之间发生破坏；④锚索埋入稳定地层时，受力使得地层呈锥体拔出；⑤锚索群整体发生破坏。如果发生以上现象则说明抗浮锚索的承载力不足需要重新进行设计施工。依据规范要求本次试验分别选择MG1和MG2两个锚索作基本试验。工程抽取两个抗浮锚索进行现场测试，抗浮锚索参数如表1所示。⑥试验前对试验所需的仪器进行标定校正核对。⑦安装试验装置，图1为张拉设备安装示意图，分别对加载和压力表读数，对百分表读数，进行记录。

依据规范规定的加荷等级以及观测时间对抗浮锚索进行六个等级的分级循环加荷试验。在对抗浮锚索作基本试验时注意：①第五循环前加荷速率为100km/min，第六循环的加荷速率为50km/min；②在每一级加荷等级观测时间内，测读位移不应少于3次。③在每级加荷等级观测时间内，锚头位移增量小于0.1mm时可施加下一荷载，否则应当延长观测时间，直至锚头位移增量在2h内小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。

分别对MG1和MG2进行六个等级的循环张拉试验后，依据张拉荷载的大小以及对应的位移，绘制出抗浮锚索的基本试验曲线。图2为抗浮锚索MG1基本试验曲线图、图3为抗浮锚索MG2基本试验曲线图。由图2、图3分析得出：在整个张拉过程中，抗浮锚索的位移变化幅度不大，施加前一级荷载使得抗浮锚索产生的位移量小于施加后一级荷载使得锚索产生的位移的0.5倍。抗浮锚索MG1和MG2的锚头位移稳定，都没有发生位移不收敛的线性，说明抗浮锚索稳定。

在抗浮锚索张拉的过程中，所产生的位移主要包括弹性位移和塑性位移，其中弹性位移是可以恢复的，其主要取决于抗浮锚索杆体自身材料。而塑性位移是不可恢复的，主要是由锚固体与岩土体之间由于锚索受拉而引起的位移。图4、图5反映了MG1和MG2抗浮锚索弹塑位移变化情况：从中可以看出锚索在整个张拉过程中，弹塑性位移变化平稳，没有发生剧烈的变化，而且抗浮锚索均未发生破坏。塑性位移较大主要是由于锚固体所在的岩土体的性质决定的，岩土体所提供的侧向摩阻力较小，因而影响抗浮锚索的承载力，使得锚固体与岩土体之间产生的位移较大。

通过现场试验可以看出，工程抗浮锚索在试验过程中均没有出现位移不收敛的现象，当极限荷载的作用下，没有破坏和不稳定的现象发生。说明抗浮锚索都是稳定安全的，在该工程的设计并没有出现过度浪费以及不稳定的现象，说明设计基本合理。由于抗浮锚索缺少明确可以依据的标准指导其在实践工程中的应用，本工程的设计方法以及最终验证安全可以为抗浮锚索的应用提供参考。

表1　抗浮锚索基本试验参数表

图1　抗浮锚索张拉试验示意图

图2　MG1基本试验荷载Q-位移S曲线

图3　基本试验荷载Q-位移S曲线

图4　MG1荷载Q-弹塑性位移S曲线

图5　MG2荷载Q-弹塑性位移S曲线

6　结束语

综上所述，由于地下环境具有诸多不确定的因素，所以在地下室抗浮锚索设计中需要我们对场地条件、周围环境和土层情况进行细致调查，抗浮锚索设计水位取值和抗浮计算必须准确，可运用的抗浮方式很多，但必须根据各个工程的具体情况加以灵活应用，才能达到经济可靠的目的。

[1]王子安，关群.某办公楼工程地下室上浮事故实例分析及处理[J].地基与基础，2009，23（6）：848～850.

[2]《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）[S].中国建筑工业出版社，2005.

[3]刘东柏，王璇.地下室抗浮设计中的几个问题讨论[J].中外建筑，2010（2）：42～44.

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2015-7-21