佛山南方建筑设计院有限公司 广东佛山 528000
摘要:随着经济的发展，建筑用地日益紧张，城市地下空间的开发规模不断扩大，抗拔桩的用量急剧增加。本文主要从水浮力荷载的特性出发，研究了其在不同工况下的安全系数，对抗浮计算采用用合理的设计方法。
关键词:安全系数；设计方法；抗拔桩（锚杆）
前言
在地下室工程建设中，做好地下室基础设计是工程的重点任务，当地下水位低时，地下室采取抗压桩，地下水位较高时，地下室则需设计抗拔桩。下文以工程为实例，通过计算分析，对极限状态下的抗浮力需求与设防标准状态下的抗浮力需求进行对比，建议对于抗拔桩（锚杆）的设计应采用极限水浮力工况对应桩（锚杆）抗拔设计承载力设计值。。
1.抗浮设防水位和浮力的计算
水浮力的本质就是作用在地下结构顶面与底面水压力之差，这个水压力根据实际情况这个水压力可能是孔隙水压力或者是静水压力，在渗流情况下还需要对地下水进行渗流分析[1]。目前常规做法是：（1）在勘察阶段查明场地水文地质条件和地下水赋存特征，提供有足够安全度、经济合理的抗浮设防水位，且抗浮最低水位不低于室外整平场地下0.5m；（2）在设计阶段以抗浮设防水位为起始点计算浮力，进行相应抗浮验算。
2.抗拔桩（锚杆）设计的标准问题
现行设计方法为：当采用抗浮抗拔桩（锚杆）设计时，需满足式（1）：
Gk/Kw+nRua≥Sk（1）
式（1）中：Sk为水浮力作用标准值；Gk为结构自重及配重之和；Rua为单桩（锚杆）抗拔承载力特征值，n为桩（锚杆）数量；
抗拔桩（抗拔锚杆）承载力是由岩土抗力（抗拔出）与构件材料强度（抗拉断）双控的。前者采用安全系数法确定抗拔承载力特征值，是抗拔构件入土长度的决定因素，通常安全系数取2.0。
对于桩（锚杆），设计值一般可取桩（锚杆）特征值的1.35，则有R=1.35Rua，对于竖向承重时：一般满足nRa≥Sk（2）
nR≥S（3）
式中：Sk为标准值荷载，S为设计荷载，Ra为单桩抗压承载力特征值，R单桩抗压承载力设计值，荷载综合系数一般取1.35，故对于上部结构承载而言，式（1）、式（2）基本等价；
对于地下室抗浮时，同理需满足：
Sk-Gk/Kw≤nRua（4）
S-Gk/Kw<1.35xnRua（5）
式中：Sk为设防水位下地下室水浮力，S为极限水位下地下室水浮力，Rua为单桩抗拔承载力特征值，Kw为抗浮安全系数，一般取1.05；
根据水浮力的基本原理，浸入静止流体中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量，方向垂直向上并通过所排开流体的形心。也即是说，对于地下室抗浮设计而言，只要水位淹没地下室顶，而不论水位淹没多高，地下室受到的整体水浮力都是保持不变的。故水浮力荷载的特性不同于普通荷载，简单的荷载分项系数设计方法对于水浮力状态的下的结构设计是否安全合理有待商榷[2]。
2.1案例分析（表1）
在某地区，抗浮设防水位一般不低于整平地面下0.5m时,由于城市排水设施水平普遍不高，雨水淹没小区道路情况时有发生，根据前述分析，极限淹没水位取室外地面1m高，地下室水位示意如图1所示。
表1抗浮设计案例
针对上述4个案例，有利的恒载包括：水位下覆土的有效重量、水位上覆土的重量及地下室结构的重量。通过计算分析，对极限状态下的抗浮力需求与设防标准状态下的抗浮力需求进行对比，对比情况如表2。
表2抗浮设计案例对比情况
2.2结语
从表1~表2可以看出，桩基抗浮设计采用标准值设计时与按设计值设计时安全标准不一，极限状态下需求系数比设防状态下需求系数为1.09~1.61,随着地下室埋深的增加，需求系数越来越低，故从此表中可明显看出，采用标准值设计对于浅埋单层地下室而言不够安全，对于两层深基坑，采用标准值设计又过于保守，故建议对于抗拔桩（锚杆）的设计应采用极限水浮力工况对应桩（锚杆）抗拔设计承载力设计值[3]。
3.抗浮设计中上部荷载的取值问题
在抗浮设计中，上部结构的有效重量均为有利荷载，上部结构的荷载主要为覆土重量、结构梁板柱自重、粉刷面层的取值，墙体的取值等等，此做法各设计院取值不一，建议按表3取值。
表3抗浮设计中上部荷载的取值
4.结语
抗浮桩的工程造价占比工程桩造价比例较高，合理设计抗拔桩可以有效的节约工程造价、缩短施工周期并提高安全系数，具有较大的经济效益和安全富裕度。在实际工程中，抗浮桩（锚杆）应根据实际情况进行安全而合理的设计，否则也将造成安全与浪费之间的摇摆。
参考文献：
[1]汪多元. 地下室抗浮中预应力混凝土管桩的应用难点探析[J]. 中华民居旬刊, 2012(6).
[2]吴快快, 梁银英. 地下室桩基设计——抗拔桩设计[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2012(13).
[3]王斌. 抗拔桩设计[J]. 中华民居(下旬刊), 2014(8).
论文作者:钟志立
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/11
标签：浮力论文; 地下室论文; 荷载论文; 水位论文; 承载力论文; 锚杆论文; 特征值论文; 《防护工程》2018年第26期论文;