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　　隨著城市建設用地相對緊張，建筑物朝著高、大、深、重的方向發(fā)展，為了滿足需要，地下車庫、地下室的開發(fā)和利用越來越多。地下室建設不斷增多，基礎抗浮問題也日益突出。因為浮力的存在，會對地下結構及上部結構產生破壞，地下室整體不均勻浮起，導致梁柱節(jié)點處開裂和底板破壞以及建筑物的傾斜等，如不進行抗浮措施，將給地下室結構留下安全隱患。常用的抗浮措施有錨桿抗浮、樁基抗浮和加大自重抗浮等方法。下面，結合某地下室設計項目，詳細介紹地下室底板抗浮和錨桿的設計。

 

 

　　某工程地下室部分為2層，主要功能為地下車庫和設備用房，地下室平面尺寸約為140m×89m，標準柱跨為7.8m×7.8m，建筑面積約18538m2。地下層1層高3.8m，地下層2層高3.7m。地下層1頂板的塔樓以外部分有厚約0.9m的覆土，基礎形式為柱下獨立基礎加防水板。

 

　　2場地工程地質及水文地質情況

 

　　2.1工程地質條件

 

　　場地土層主要由第四系雜填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖組成，各地層的分布從上至下依次為人工填土、粉質黏土層、細砂、卵石(稍密卵石、中密卵石、密實卵石)、泥巖(強風化泥巖、中等風化泥巖)。

 

　　2.2水文地質條件

 

　　場地內地下水主要由以孔隙水形式賦存于人工填土中的上層滯水和以孔隙水形式賦存于砂卵石層中的潛水及賦存于泥巖中的基巖裂隙水組成，場地水文地質條件簡單。

 

　　2.3地下室抗浮評價

 

　　工程地下室埋深低于地下水位，設計時應進行地下室抗浮穩(wěn)定驗算，地質勘察報告建議地下水抗浮設防水位取494.50m(±0.00標高為498.70m)，純地下室如需采取抗浮措施，建議采用抗浮錨桿。同時應進行專項的巖土工程抗浮設計。

 

 

　　3.1抗浮驗算

 

　　抗浮驗算依據(jù)廣東標準第5.2.1條規(guī)定進行。基本設計資料如下：地下層1頂板板厚0.16m，梁柱折算成板厚約為0.11m；地下層2樓板板厚0.11m，梁柱折算成板厚約為0.08m；地下室底板板厚暫取0.35m；頂板覆土0.9m(由于覆土高度各處不一，抗浮設計時予以折減，按0.75m考慮)。算得W=33kN/m2＜F=48.5kN/m2。因此本地下室需進行抗浮設計，根據(jù)地勘建議和造價綜合評估，采用抗浮錨桿。

 

　　3.2錨桿布置

 

　　結合結構整體和局部抗浮，錨桿布置方式主要有以下3種：

 

　　(1)方式一：集中點狀布置(所有錨桿布置在柱下獨立基礎范圍內)，總承載力特征值為F=1100kN。假定柱下布置4根錨桿，則單根錨桿承載力特征值為Nak=1100/4=275kN。此布置方式優(yōu)點是可以充分利用上部結構傳來的豎向力平衡掉一部分水浮力，便于地下室底板下的外防水施工；缺點是所布置錨桿不能充分抵抗水浮力對底板產生的彎矩，地下室底板配筋較大。

 

　　(2)方式二：面狀均勻布置(在地下室底板下均勻布置)，所需單根承載力特征值為(錨桿間距2.6m)Nak=285kN。此布置方式優(yōu)點是錨桿布置均勻，地下室底板配筋較小；缺點是不能充分利用上部結構傳來的豎向力來平衡掉一部分水浮力，錨桿布置相對分散，不利于地下室底板下的外防水施工。

 

　　(3)方式三：簽于以上兩種方式均有各自的優(yōu)缺點，如果有一種布置方式既能利用上部結構傳來的豎向力，又能利用錨桿的布置減少防水底板的彎矩，即為一種較為經濟合理的方式。根據(jù)錨桿布置在跨中更能有效提供抵抗彎矩的原則。這種布置方式的優(yōu)點在于錨桿和柱能共同抵抗浮力作用，在錨桿能保證穩(wěn)定的情況下Nak≥275kN，即能滿足抗浮要求。以柱為支座，以錨桿作為抵抗力的簡化受力模型如圖2所示，在水浮力作用下基礎底板會產生一個向上的變形，如果在錨桿布置處變形較大，則此抗浮錨桿失去作用，若變形很小，則能發(fā)揮抗浮作用，所以可根據(jù)錨桿處底板的變形來考察錨桿是否穩(wěn)定?？梢园磮D3所示受力模型建立一個雙向5跨連續(xù)的無梁樓蓋，計算得此防水底板變形圖。

 

　　錨桿驗收試驗q-s曲線可以看出：中間跨錨桿處最大變形為2mm，錨桿實際受力為268kN，略小于所輸入荷載275kN，說明錨桿能保證穩(wěn)定。端跨錨桿處變形為3.529mm時，錨桿實際受力為376kN，稍大于錨桿承載力設計值1.3Nak=357.5kN。此時，如果以錨桿實際受力376kN作為設計值，得出錨桿承載力特征值376/1.3=289kN。依此值進行設計應該是安全的。通過以上分析可知，按照布置方式三設計是安全的。

 

 

　　采用SAFE8.0.1軟件根據(jù)受力模型進行計算。

 

　　4.1按照錨桿布置方式一計算

 

　　取防水板厚450mm，獨立基礎厚950mm，配筋可取雙層雙向，不足的地方采用附加配筋。

 

　　4.2按照錨桿布置方式二計算

 

　　由以上分析可知板內力很小，為方便錨桿錨固，可取防水板厚400mm，獨立基礎厚由柱底內力計算取為700mm。配筋取雙層雙向。

 

　　4.3按照錨桿布置方式三計算

 

　　取防水板厚400mm，獨立基礎厚950mm，配筋可取14@150雙層雙向，不足的地方采用附加配筋。

 

　　由以上結果并結合混凝土、鋼筋、錨桿的造價可得3種布置方式的經濟指標比較見表1。由表1可以看出，布置方式三綜合造價最低，采用此布置方式最經濟。

 

　　注：單價混凝土為350元/m3；鋼筋為6元/kg；錨桿為220元/m。

 

 

　　5.1錨桿錨固體與地層錨固長度計算

 

　　根據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB50330—2002)(簡稱邊坡規(guī)范)第7.2.3條：

 

　　式中：Nak為錨桿承載力特征值；ζ1為錨固體與地層粘結工作條件系數(shù)，永久錨桿取1.0；D為錨固體直徑；frb為地層與錨固體粘結強度特征值，根據(jù)地勘報告確定(地勘報告結果：稍密卵石取60～80，中密卵石取80～100，密實卵石取110～130)；Lai為各土層錨固段長度。

 

　　5.2錨桿鋼筋截面面積計算

 

　　根據(jù)邊坡規(guī)范第7.2.2條：

 

　　選用，AS=1846mm2＞1821mm2。

 

　　式中：AS為錨桿鋼筋截面面積；γ0為工程重要性系數(shù)，取1.0；ζ2為錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69；Na為錨桿軸向拉力設計值，Na=γQNak，γQ=1.30；fy為錨筋抗拉強度設計值。需特別注意《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010—2010)規(guī)定：在鋼筋混凝土結構中，軸心受拉和小偏心受拉構件的鋼筋抗拉強度設計值大于300N/mm2時，應按300N/mm2取用。

 

　　5.3錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度計算根據(jù)邊坡規(guī)范第7.2.4條：

 

　　式中：la為錨桿鋼筋與砂漿間的錨固長度；ξ3為鋼筋與砂漿粘結強度工作系數(shù)，本工程為永久性錨桿取0.60；n，d分別為鋼筋根數(shù)和鋼筋直徑；fb為鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度設計值，本工程采用M30純水泥漿。

 

　　5.4節(jié)點詳圖

 

　　抗浮錨桿做法。為防止錨頭銹蝕，在抗浮錨桿與底板交接處涂環(huán)氧樹脂，來保證抗浮錨桿的耐久性。

 

 

　　總而言之，地下室的抗浮是建筑工程設計過程非常重要的一部分，是影響結構的正常使用與安全的關鍵因素。本文詳細地介紹了地下室通過布置錨桿來抗浮的設計方法，通過比較不同錨桿布置方式的綜合造價，提出一種較為合理、經濟的布置方式，并充分論述了其可行性，對今后地下室底板抗浮設計工作有一定指導價值。