地下室建筑工程的抗浮设计与施工措施

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摘 要：本文主要阐述了针对地下室建筑的抗浮问题而进行的地下室建筑抗浮工程的设计与施工技术分析，以供同行参考。

关键词：地下室;抗浮锚杆;抗拔试验;荷载

地下建筑物包括地下车库、商场、水池等，通称地下室，其所受地下水浮力的大小等于地下室排开的地下水的重量。在地下室结构荷载不大、地下水位较高的情况下，地下室所受浮力将大于地下室自重及作用其上的固定荷载之和，此时，由于结构荷载或暴雨形成的地下水分布不均匀，地下室将产生不均匀上浮，从而导致地下室结构破坏。过去几年中很多地区出现了多起因地下水浮力而导致地下室破坏的事故。在这些事故中，有的地下室底板隆起，导致底板破坏；有的地下建筑物整体浮起，导致梁柱节点处开裂及底板破坏。由于类似事故屡有发生，地下建筑的抗浮问题引起了关注。根据文献［1］的规定，地下室需进行抗浮稳定性验算，且应满足下式要求:

W+G≥1.05F(1)

式中:W―地下室自重；G―作用在地下室上的固定荷载；F―地下水浮力，按抗浮设防水位计算。

当不满足式(1)时，地下室需采取抗浮措施，包括增大地下室结构荷重、顶板堆载、抗拔桩、抗浮锚杆、降水或利用基坑侧壁支护结构抗浮等。地下室抗浮应根据其基础形式、使用要求以及场地岩土工程条件、周围环境条件等，按照施工可行、经济合理的原则进行设计。

1 工程概况

某建筑工程，地下3层，考虑到这一地区在历史最高水位时建筑物及地面回填土重力不能平衡地下水浮力的因素，需设抗浮结构。

在过去主要采用抗浮桩来解决抗浮问题，抗浮桩多采用人工挖孔灌注桩或机械钻孔灌注桩。其缺点在于灌注桩的造价高；由于灌注桩与柱子连接，使抗浮桩的间距太大，需很厚的底板才能抵抗浮力产生的弯矩和剪力，因而底板的厚度也较大。鉴于此，若改用抗浮锚杆，由于锚杆的间距小，地下室底板可做得较薄，锚杆的造价也较低，因而可大大节省抗浮结构的工程造价。

本工程采用小口径抗浮桩即抗浮锚杆作为永久性抗浮桩。抗浮锚杆杆体为螺纹钢，不施加预应力，采用一定构造措施后将抗浮锚杆顶部预留部分直接浇入混凝土底板。由于施工工期紧，采用非预应力锚杆施工简单、周期短。抗浮锚杆构造如图1所示。

2 抗浮锚杆的试验

2.1 地质情况

本场区上层地质为第四系，依次为回填土、粉质粘土、碎石层等，各层的厚度分布不均匀；下层为中风化板岩。地下室坐落在中风化板岩上，抗浮锚杆锚固在中风化板岩中。中风化板岩灰褐色，局部呈黄褐色，岩芯呈碎片状、饼状。

根据地质勘察报告，场区内地下水埋深在3.9 m左右，主要的含水层为碎石、强风化板岩及中风化板岩。地下水的成因类型为孔隙水和基岩裂隙潜水，局部具有微承压性质。地下水受大气降水的补给影响，水位受补给的强度和季节性的影响较明显。

2.2 抗浮锚杆抗拔试验

根据场区的岩土情况进行了2组试验，每组4根锚杆，分布在场区不同位置。锚杆的承载力取决于锚杆杆体材料强度、锚杆与砂浆体的握裹力和砂浆体与岩土体间的抗剪强度。本试验的目的主要是测试砂浆体与岩土体间的抗剪强度。锚孔直径130mm，孔深6 m。注浆采用水泥砂浆，掺入10%膨胀剂和2%的超早强剂。加载采用单调加载，每级读数3次，每级读数稳定后方可进行下一级加载。根据现场试验得出的荷载-位移曲线即Q-s曲线(图2)确定每根抗浮锚杆的抗拔力，汇总如表1。根据试验所确定的锚杆的平均抗拔力作为抗浮锚杆的设计依据。

3 抗浮锚杆的设计和施工

3.1 抗浮锚杆的设计

3.1.1 抗浮锚杆承受的荷载qf

根据地质勘察报告，地下室底板的水头为10.1 m，则水的浮力为101 kPa；根据结构图，地下室自重及地面回填土重力为55.6 kPa。

3.1.2 锚杆单位长度抗拔力Qs

根据抗浮锚杆的抗拔试验，锚杆单位长度抗拔力为87.5 kN/m。在本设计中对确定抗浮锚杆截面积采用的抗力分项系数取K1=1.5，而对确定抗浮锚杆锚固长度采用的抗力分项系数取K2=2.0。这主要是考虑岩体锚固力随岩体不同的分布情况变化，离散性大，因而取较大抗力分项系数；而钢筋强度则离散性较小，因而抗力分项系数取小值。关于锚杆抗力分项系数问题，已在文献［2-3］中进行了探讨。

抗浮锚杆面积和长度分别由(1)、(2)式确定。

K1 Nt≤Ag fyk (1)

K2 Nt≤La Qs (2)

式中K1、K2―――抗力分项系数，分别取K1=1.5，K2=2.0；

Nt―――抗浮锚杆轴向拉力值；

Ag、fyk―――抗浮锚杆截面积和强度标准值；

La、Qs―――抗浮锚杆锚固段长度和单位长度抗拔力。

抗浮锚杆拟采用2@25 mm螺纹钢，fyk =335MPa，根据前面得出的作用在锚杆上的荷载qf，锚杆单位长度抗拔力Qs，代入式(1)和式(2)得出:锚杆间距为2.2 m×2.2 m，la=5.1 m，考虑到孔口处岩体的扰动等因素，孔深取5.5 m。

3.2 抗浮锚杆的施工

整个地下工程的抗浮锚杆约2 600根，锚孔深度5.5 m，由于工期紧，共使用8台履带式潜孔钻机钻孔，钻孔后用高压空气喷净残渣。锚杆设4道定位支架，以使锚杆居中。在锚杆距孔口400mm处设置2块各为100 mm×100 mm的止水板。考虑到地下水位高，采用先注浆后插锚杆的施工方法，注浆管插入孔底注浆，以便将孔中地下水排出，砂浆回缩后不断补浆直至孔中无回缩为止。

底板与基础岩层界面处在浮力的作用下，易形成微小的裂隙，此处的锚杆由于长期受到地下水的侵蚀而产生锈蚀。因此在该界面上下各250 mm范围内涂环氧树脂以解决锚杆的锈蚀问题。抗浮锚杆止水板和防锈蚀的作法见图1。

(a)1号、2号锚杆；(b)3号、4号锚杆；(c)5号、6号锚杆；(d)7号、8号锚杆。

4 结束语

抗浮锚杆的抗拔试验可为抗浮工程的设计提供依据，本工程采用的抗浮锚杆施工方便、造价低廉，是一种可行的抗浮方法，工程完工至今已3年，工作状态良好，但抗浮锚杆的防锈问题应引起注意。

参考文献

［1］陈如桂，等.建筑地基基础设计规范(DBJ15-31-2003)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［2］贾金青,复杂地层深基坑支护的方法与实践［J］.岩土锚固工程，2000,(2).

［3］贾金青,软岩抗浮锚杆试验、设计及施工［M］.北京:人民交通出版社，2000.