地下室抗浮设计探讨论文_迟安道

深圳市建筑设计研究总院有限公司 广东 深圳 518031

【摘 要】多层地下室开发可以暂时缓解目前的土地紧张状况,同时也是日后建筑领导的发展方向。在多层地下室开发中,建筑自重无法平衡地下水时,就会产生抗浮问题,沿海地区特别严重。本文根据多年工作实践,对地下室抗浮锚杆的设计方法及注意问题进行论述。

【关键词】地下室;抗浮锚杆;抗浮设计;锚杆布置;抗浮水位

引言

当今时代经济迅速发展,各类建筑物向着以高层为主的趋势发展。高层的基础埋置深度一般根据建筑高度确定,随着建筑高度的增加,基础埋置深度也逐渐增大。很多情况下,地下水位高过基础埋置深度或地下室底板。因此,抗浮设计问题很受业主的重视,目前抗浮锚杆是一种广泛采用的抗浮措施。

一、项目概况

某项目集财物商场、电影院及各类餐饮为一体,建筑高度45m,总建筑面积198543m2,地上六层,地下四层,平面呈长方形,通过两道防震缝将整栋建筑分成三个独立的结构单元。首层建筑平面如图1。

图 1 首层建筑平面图

本项目设计绝对标高值为36.00m,纯地下室标高-20.7m,勘探深度45.00m范围内有四层地下水,除了第一层类型为潜水,其余三层类型为承压水。第一层的稳定水位埋深为11.70~16.00m,标高为22.64~17.53m。第二层水头埋深为18.50~22.10m,标高为17.09~12.18m。第三层水头埋深为26.6031.40m,标高为8.39 ~3.36m。第四层水头埋深为35.00~40.80m,标高为0.58m~-6.64m。建议抗浮验算水位标高按29.60m核算,相当于-6.4m。中庭部分和纯地下室部分需进行抗浮设计。

二、抗浮措施

抗浮锚杆是一种有效的抗浮技术手段,具有良好的地层适应性,易于施工。锚杆布置非常灵活,锚固效率高,由于其单向受力特点,抗拔力及预应力易于控制,有利于建筑结构的应力与变形协调,可减少结构造价,在许多条件下优于压重和抗浮桩方案。

普通抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆,孔径不大于200mm,锚杆间距不小于15mx1.5m。土层锚杆长度4~10m,岩层锚杆长度3~8m。抗浮锚杆长度由计算确定,锚杆主筋锚入底板的长度应符合有关结构规范要求。主筋宜采用单根HRB400类钢筋,方便锚杆防水处理,并设杆体隔离架,使锚杆居中。为防止抗浮锚杆锈蚀,在底板与岩土界面上下一定范围内涂环氧树脂或防锈漆,在杆头底板内设止水板。锚杆端部防水做法如图2。

图2 抗浮锚杆端部防水做法

相对抗浮桩,抗浮锚杆荷载水平较低,布置灵活,数量较多,锚固效率高,有利于底板均匀受力,减少底板厚度。抗浮锚杆为单向受力构造,只承受拉拔力,可避免抗浮桩在低水位期可能承受的反向受压状态,有利于结构的变形协调。抗浮锚杆施工作业面小,具有良好的地层适应性,若工期紧,还可在地下室逆作施工。抗浮锚杆易于施加预应力,可主动制约,减少基础上浮变形。按抗裂要求,抗浮桩的配筋量较大,或需施加预应力。锚杆耐久性要求较高,需采取可靠的锚杆形式,基础节点的防水也非常关键。

三、抗浮锚杆设计

根据现场情况,结合建设单位的意见,本工程抗浮采用抗浮锚杆方案。按结构设计要求,两侧纯地下室部分和中庭部分由于结构自重及基底标高均不同,应别做抗浮设计。不同设计区域的分区如图3所示。

图3 设计分区示意

两侧纯地下室部分抗浮水头14.3m,中庭部分抗浮水头15.1m。两侧纯地下室部分结构自重140kN/m2,中庭部分结构自重90kN/m2。根据《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS 22:2005),有以下锚杆设计公式:

经计算,可以得到以下抗浮锚杆布置方式。两侧纯地下室部分抗浮锚杆直径150mm,锚杆锚固段长度10m,杆体采用1根Φ28mm,HRB400级钢筋,在8.5m x 8.5m板格内布置13根。中庭部分抗浮锚杆直径200mm锚杆锚固段长度l0m,杆体采用1根Φ40mm,HRB400级钢筋,以1.5mx 1.5m间距布置。锚杆如图4所示,其中锚杆A为中庭部分锚杆,锚杆B为两侧纯地下室部分锚杆。

抗浮锚杆的布置方式有三种,集中点状布置、集中线状布置和面状均匀布置。集中点状布置一般布置于柱下,可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡部分水浮力,有很强的抵抗力,施工方便,但是基础梁板配筋较大,不适用于软岩与土体;集中线状布置一般布置于基础梁下,有较强的抵抗力,方便基础底板的外防水施工,但不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡部分水浮力,而且基础底板配筋较大;面状均匀布置是在基础底板下均匀布置,适用于所有土体和岩体,而且基础梁板配筋较小,但是抵抗力差,不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡部分水浮力。若沿底板均匀布置,由于底板上附加应力较小并均匀,可减少底板厚度,降低工程造价。本工程由于抗浮锚杆较多采用面状均匀布置的方式,图5为锚杆A的布置方式。

四、抗浮锚杆设计注意事项

(一)抗浮设计水位的确定应合理可靠,一般应由地质勘测单位提供,比较可靠和有说服力,应设置水位观测井,对于超出抗浮设计水位的情况应有应对措施。

(二)锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载,未考虑锚杆间距影响,特别是锚杆间距较为密集时的情况;当单根锚杆影响范围内的土体自重大于锚杆拉力时,可以不考虑锚杆间距影响。

(三)由于锚杆钢筋会穿过底板外防水,锚杆钢筋应有防水措施。

(四)锚杆锚固体与土层的锚固长度应取有效锚固长度,由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动,特别是采用爆破开挖的基坑,一般要300~500mm。

五、总结

通过地下室锚杆抗浮设计的探讨,可以得出以下几点结论:

①抗浮锚杆是最重要的地下建筑抗浮手段之一,经过多年的工程实践,技术日趋成熟。

②随着地下工程埋置深度的加大,合理确定抗浮设计水位是确保地下室工程质量安全的重要举措。

③土层抗浮锚杆的平面布置方式、施工工艺、材料选择方式很多,需要根据具体的工程要求和岩土工程条件进行设计计算和施工组织,才能取得良好的工程效果。

④工程抗浮已经成为地下空间开发利用的一项关键技术,有于地下工程条件的特异性,工程抗浮的需要更进一步的研究完善。

参考文献:

[1]黄静.谈地下室的抗浮措施[J].山西建筑,2013,39(4): 62-63.

[2]刘光明.地下室抗浮设计措施[J].山西建筑,2010, 36(25):96-97.

[3]吴迪.基础抗浮的方式及计算方法[[J].中国科技博览,2012(24):111

[4] CECS22:2005岩土锚杆(索)技术规程[S].

[5]林忠伟,刘新义,林达明.土层抗浮锚杆设计和工程实践[J].岩土工程技术,2013, 27(3):141-146.

论文作者:迟安道

论文发表刊物:《低碳地产》2015年第1期

论文发表时间:2016/8/17

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