摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)用地也相對(duì)緊張，因此，地下室的建設(shè)也非常廣泛。在地下室的設(shè)計(jì)中最常見的就是抗浮設(shè)計(jì)，抗浮設(shè)計(jì)的好壞直接影響到建筑的安全性。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)地介紹了地下室底板通過布置錨桿來(lái)抗浮的設(shè)計(jì)方法，對(duì)地下室工程抗浮設(shè)計(jì)有一定參考意義。
隨著城市建設(shè)用地相對(duì)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(kù)、地下室的開發(fā)和利用越來(lái)越多。地下室建設(shè)不斷增多，基礎(chǔ)抗浮問題也日益突出。因?yàn)楦×Φ拇嬖?，?huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，地下室整體不均勻浮起，導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)處開裂和底板破壞以及建筑物的傾斜等，如不進(jìn)行抗浮措施，將給地下室結(jié)構(gòu)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(jié)合某地下室設(shè)計(jì)項(xiàng)目，詳細(xì)介紹地下室底板抗浮和錨桿的設(shè)計(jì)。
1工程概況
某工程地下室部分為2層，主要功能為地下車庫(kù)和設(shè)備用房，地下室平面尺寸約為140m×89m，標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板。
2場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況
2.1工程地質(zhì)條件
場(chǎng)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(zhì)黏土層、細(xì)砂、卵石(稍密卵石、中密卵石、密實(shí)卵石)、泥巖(強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化泥巖)。
2.2水文地質(zhì)條件
場(chǎng)地內(nèi)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(chǎng)地水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。
2.3地下室抗浮評(píng)價(jià)
工程地下室埋深低于地下水位，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行地下室抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算，地質(zhì)勘察報(bào)告建議地下水抗浮設(shè)防水位取494.50m(±0.00標(biāo)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(shí)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)的巖土工程抗浮設(shè)計(jì)。
3抗浮設(shè)計(jì)
3.1抗浮驗(yàn)算
抗浮驗(yàn)算依據(jù)廣東標(biāo)準(zhǔn)第5.2.1條規(guī)定進(jìn)行?；驹O(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，根據(jù)地勘建議和造價(jià)綜合評(píng)估，采用抗浮錨桿。
3.2錨桿布置
結(jié)合結(jié)構(gòu)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(diǎn)狀布置(所有錨桿布置在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)范圍內(nèi))，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(diǎn)是可以充分利用上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)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(diǎn)是所布置錨桿不能充分抵抗水浮力對(duì)底板產(chǎn)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(diǎn)是錨桿布置均勻，地下室底板配筋較??；缺點(diǎn)是不能充分利用上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的豎向力來(lái)平衡掉一部分水浮力，錨桿布置相對(duì)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(diǎn)，如果有一種布置方式既能利用上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)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(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(jiǎn)化受力模型如圖2所示，在水浮力作用下基礎(chǔ)底板會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(lái)考察錨桿是否穩(wěn)定?？梢园磮D3所示受力模型建立一個(gè)雙向5跨連續(xù)的無(wú)梁樓蓋，計(jì)算得此防水底板變形圖。
錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)q-s曲線可以看出：中間跨錨桿處最大變形為2mm，錨桿實(shí)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(shí)，錨桿實(shí)際受力為376kN，稍大于錨桿承載力設(shè)計(jì)值1.3Nak=357.5kN。此時(shí)，如果以錨桿實(shí)際受力376kN作為設(shè)計(jì)值，得出錨桿承載力特征值376/1.3=289kN。依此值進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)該是安全的。通過以上分析可知，按照布置方式三設(shè)計(jì)是安全的。
4經(jīng)濟(jì)性分析
采用SAFE8.0.1軟件根據(jù)受力模型進(jìn)行計(jì)算。
4.1按照錨桿布置方式一計(jì)算
取防水板厚450mm，獨(dú)立基礎(chǔ)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(jì)算
由以上分析可知板內(nèi)力很小，為方便錨桿錨固，可取防水板厚400mm，獨(dú)立基礎(chǔ)厚由柱底內(nèi)力計(jì)算取為700mm。配筋取雙層雙向。
4.3按照錨桿布置方式三計(jì)算
取防水板厚400mm，獨(dú)立基礎(chǔ)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(jié)果并結(jié)合混凝土、鋼筋、錨桿的造價(jià)可得3種布置方式的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表1。由表1可以看出，布置方式三綜合造價(jià)最低，采用此布置方式最經(jīng)濟(jì)。
注：?jiǎn)蝺r(jià)混凝土為350元/m3；鋼筋為6元/kg；錨桿為220元/m。
5錨桿設(shè)計(jì)
5.1錨桿錨固體與地層錨固長(zhǎng)度計(jì)算
根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2002)(簡(jiǎn)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(jié)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(jié)強(qiáng)度特征值，根據(jù)地勘報(bào)告確定(地勘報(bào)告結(jié)果：稍密卵石取60～80，中密卵石取80～100，密實(shí)卵石取110～130)；Lai為各土層錨固段長(zhǎng)度。
5.2錨桿鋼筋截面面積計(jì)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(shè)計(jì)值，Na=γQNak，γQ=1.30；fy為錨筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。需特別注意《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)規(guī)定：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于300N/mm2時(shí)，應(yīng)按300N/mm2取用。
5.3錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度計(jì)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(zhǎng)度；ξ3為鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)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(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本工程采用M30純水泥漿。
5.4節(jié)點(diǎn)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(lái)保證抗浮錨桿的耐久性。
6結(jié)語(yǔ)
總而言之，地下室的抗浮是建筑工程設(shè)計(jì)過程非常重要的一部分，是影響結(jié)構(gòu)的正常使用與安全的關(guān)鍵因素。本文詳細(xì)地介紹了地下室通過布置錨桿來(lái)抗浮的設(shè)計(jì)方法，通過比較不同錨桿布置方式的綜合造價(jià)，提出一種較為合理、經(jīng)濟(jì)的布置方式，并充分論述了其可行性，對(duì)今后地下室底板抗浮設(shè)計(jì)工作有一定指導(dǎo)價(jià)值。
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