摘要：城市地下建筑物的抗浮問題是地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要方面之一?？垢″^桿因具有造價低廉、施工方便、受力合理等優(yōu)點，在抗浮措施中得到了廣泛的應(yīng)用。但錨桿的布置方式有很多種，有均勻布置，有在豎向構(gòu)件下集中布置；常規(guī)布置對一般板跨影響較小，但對大跨度底板需要根據(jù)剛度均勻分配布置錨桿，本工程是采用sap2000計算分析后，得到了大跨度底板的錨桿最優(yōu)的布置方式，做到了最經(jīng)濟，錨桿利用最充分。
城市地下建筑物的抗浮問題是地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要方面之一。抗浮錨桿因具有造價低廉、施工方便、受力合理等優(yōu)點，在抗浮措施中得到了廣泛的應(yīng)用。本文以一個商業(yè)建筑的地下室抗浮設(shè)計為例，利用常用的結(jié)構(gòu)計算軟件進行了整體抗浮和抗浮錨桿的設(shè)計，并對抗浮錨桿的合理布置進行了探討和研究。
工程情況
某商業(yè)工程，總建筑面積16000㎡，地上2層，地下3層，設(shè)計高度地上13m，地下11m。地下層主要為基坑及設(shè)備用房，層高分別為4米、3米、3米?；由?1米。
地下室采用片筏基礎(chǔ)形式，因地下室自重不能平衡地下水浮力，在兩個23mx23m的基坑區(qū)域的筏板底設(shè)置抗浮錨桿。
場地地質(zhì)情況
場地為丘陵地貌，場地內(nèi)地勢變化呈北高南低，最大高差28m左右。在鉆探深度范圍內(nèi)揭露土層有粉質(zhì)粘土層，下臥基巖為第三系泥質(zhì)粉砂巖。場地巖土層的組成及分布情況自上而下分布如下：
粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑-硬塑狀，局部分布，層頂標(biāo)高24.27～45.34米，層厚1.20～4.70米。
全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，全場分布，層頂埋深1.20～4.70米，層頂標(biāo)高21.02～43.57米，層厚0.50～3.80米。
強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)。全場分布，層頂埋深3.00～7.60米，層頂標(biāo)高18.78～41.77米，層厚1.50～3.80米。
中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)。全場分布，層頂埋深5.50～10.40米，層頂標(biāo)高16.28～39.27米，未鉆穿，揭露層厚8.60～24.40米。
錨桿抗拔試驗
本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）的規(guī)定，對設(shè)計等級為乙級的基坑工程，錨桿的軸向拉力特征值可按物理參數(shù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)計，現(xiàn)場試驗驗證。
根據(jù)現(xiàn)場的情況，對6根錨桿進行了抗拔試驗。錨桿均為永久性抗浮錨桿，直徑180mm，長度6m。單根抗拔錨桿抗拔承載力特征值預(yù)估228KN，試驗錨桿要求做破壞試驗，但若極限達(dá)到660KN則可不再繼續(xù)加載。
采用RS-JYB靜載荷測試分析系統(tǒng)進行加卸載。每級加、卸載穩(wěn)定后，在觀測時間內(nèi)測讀錨頭位移不少于3次。在每級荷載的觀測時間內(nèi)，當(dāng)錨頭位移增量不大于0.1mm時，施加下一級荷載；否則延長觀測時間，并每隔30min測讀錨頭位移1次，當(dāng)連續(xù)兩次出現(xiàn)1h內(nèi)的錨頭位移增量小于0.1mm時，施加下一級荷載。
錨桿試驗中遇下列情況之一時，終止繼續(xù)加載：
從第二級加載開始，后一級荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨頭位移增量大于前一級荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨桿位移增量的5倍
錨頭位移不收斂
錨桿桿體破壞
根據(jù)現(xiàn)場試驗資料，得出荷載-位移曲線（即Q-s曲線）。由Q-s曲線可確定出每根抗浮錨桿的極限承載力。如表21所示。
表21試驗結(jié)果匯總表
錨桿
編號 軸力標(biāo)準(zhǔn)值
Nk(KN) 抗拔承載力檢測值
(KN) 最大上拔量
(mm) 最大回彈量
(mm) 回彈率
(%)
試樁1# 456 712 9.57 4.50 47.02
試樁2# 456 712 4.49 1.81 40.31
試樁3# 456 712 5.40 1.91 35.37
試樁4# 456 712 9.13 3.86 42.27
試樁5# 456 712 8.86 3.92 44.24
試樁6# 456 712 7.88 3.38 42.89
錨桿的極限抗拔承載力在712KN試驗荷載下未出現(xiàn)上述的終止加載情況，故取終止加載時的荷載值，即均為712KN。參加統(tǒng)計的試驗錨桿，滿足其極差不超過平均值的30%，故取其平均值為錨桿極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，即為712KN。
抗浮設(shè)計
抗浮設(shè)計包括兩個方面：第一，整體抗浮驗算。第二，局部抗浮驗算。本工程主要是針對底板進行錨桿設(shè)計和布置。
整體抗浮計算
根據(jù)結(jié)構(gòu)自重和水浮力是否平衡進行整體抗浮驗算。提取主體結(jié)構(gòu)PKPM軟件的計算結(jié)果：
地下室平面投影范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)自重（除底板）為68551KN；底板自重為27460.576KN。另外特種設(shè)備基礎(chǔ)重1948.367KN。加和這三項的結(jié)果為結(jié)構(gòu)自重97959.943KN。
±0.00標(biāo)高28.50m，抗浮水位標(biāo)高23.00m，考慮1.05安全系數(shù)進行水浮力計算。水浮力總計93220.567KN。
93220.567KN＜97959.943KN，整體抗浮滿足要求。
局部抗浮驗算
目前大多數(shù)工程采用的局部抗浮驗算方法為：計算單根錨桿的抗拔承載力特征值作為集中荷載，乘以錨桿數(shù)量即為錨桿提供的抗拔力。由上部結(jié)構(gòu)自重減去水浮力即為需要的抗拔力。前者大于后者即可。
采用此種方法計算的需要的抗拔力為4739.376kN。
目前各規(guī)范規(guī)程對于錨桿桿體的橫截面積計算方法不盡相同?，F(xiàn)采用較為保守的一種計算方法對錨桿截面面積進行計算：
式中A—抗拔錨桿鋼筋活預(yù)應(yīng)力鋼絞線橫截面面積
Ntd—荷載效應(yīng)基本組合下的錨桿軸向拉力設(shè)計值
Rt—單根錨桿抗拔承載力特征值
Rk—單根錨桿抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)抗拔試驗確定
K—安全系數(shù)，可取2.0
fy—鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絞線的抗拉強度設(shè)計值
2—錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久錨桿取0.69
每根錨桿采用錨筋3?28（HRB400鋼筋），As=1847mm2。反算Rt2=339KN。單根錨桿抗拔承載力特征值按339KN計算。
如果按照目前常用的計算方法，所需錨桿根數(shù)為4739.376/339=13.9根，取為14根。
但是此方法對于跨度較小的板較為精確。對于跨度較大的板，由于跨中撓度較大，這種計算方法不盡合理。主要原因是該計算方法將板考慮為完全剛性的結(jié)構(gòu)。本工程底板跨度約為20米，底板跨度較大?，F(xiàn)采用SAP2000進行錨桿布置分析：
采用SAP2000殼單元模擬墻、板結(jié)構(gòu)，底板厚度800mm，墻厚650mm（如圖31）。采用剖分功能將殼單元劃分為不大于2mx2m的有限元計算單元，并施加邊束縛保證單元之間變形協(xié)調(diào)。由于整體抗浮滿足設(shè)計要求，墻周邊采用固定支座。采用彈簧模擬錨桿作用。彈簧剛度按照錨桿試驗平均結(jié)果計算：
根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）規(guī)定，地下水浮力屬于可變荷載，結(jié)構(gòu)自重屬于永久荷載，則荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)根據(jù)其最不利荷載組合確定。
采用以下三種錨桿布置形式進行分析：
布置一：
錨桿均勻分布在整塊底板上。橫向間隔4米，豎向間隔6米。單側(cè)布置20根錨桿。以左側(cè)錨桿為例，錨桿受力情況。外圈錨桿受力很小，中心錨桿受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單根錨桿抗拔承載力特征值339kN。
布置二：
相對于布置一較為集中布置。橫向和豎向間隔均為3米。由于角點處錨桿受力很小，去掉四個角點處錨桿。并增加一排錨桿保證x，y兩個方向布置相同。單側(cè)布置21根錨桿。
以左側(cè)錨桿為例，錨桿受力情況。外圈錨桿受力明顯提高，中心錨桿受力明顯下降。錨桿整體受力偏向均勻。但是還有少量錨桿超過單根錨桿抗拔承載力特征值。
布置三：
相對于前兩種布置形式更為集中。橫向和豎向間隔均為2米。采用梅花型交錯布置方式。單側(cè)布置19根錨桿。
以左側(cè)錨桿為例，錨桿受力情況。所有錨桿拉力均小于抗拔承載力特征值且錨桿整體受力非常均勻。
根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，錨桿水平方向間距不宜小于1.5米。但是錨桿布置過于集中將會產(chǎn)生群錨效應(yīng)。
根據(jù)軟件計算結(jié)果，底板內(nèi)計算點最大位移3.4mm。該布置方案不僅降低了板跨中撓度，同時也減小了錨桿數(shù)量。布置三的方案屬于最優(yōu)方案。
結(jié)語
抗浮錨桿作為一種常用的抗浮措施，對其進行合理計算和布置優(yōu)化十分重要。對于無需考慮整體抗浮但是底板跨度較大的結(jié)構(gòu)，錨桿分散布置將會使底板受力不均，導(dǎo)致中心錨桿受力過大。集中布置錨桿能明顯改善錨桿的受力效果。傳統(tǒng)的錨桿計算方法未考慮底板的彈性變形，計算所得錨桿數(shù)量偏少。應(yīng)采用有限元軟件和傳統(tǒng)計算聯(lián)合分析以確定最優(yōu)方案。
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