地下室抗浮设计中锚杆布置方案的比较研究

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　　摘要：在地下室抗浮设计中，抗浮锚杆的布置形式对锚杆拉力和底板弯矩的影响很大。本文结合工程实例，分析比对了几种常见的抗浮锚杆布置方案，并提出了一些设计建议，供工程技术人员参考。
　　关键词：抗浮锚杆;锚杆布置方案;非线性迭代分析
　　引言
　　随着城市化进程的不断发展，地下空间的利用越来越普遍。当建筑物结构自重轻，地下水位较高时，就需要考虑地下室的抗浮设计问题[1]。目前常用的方法有压重法、抗浮锚杆（抗拔桩）等抗力设计方法，也有调整设计标高和阻隔排降地下水等减弱水浮力设计方法[2]。抗浮锚杆以其经济技术收益高，施工简便等优势，广泛地应用于工程建设中。在抗浮锚杆的设计中，工程技术人员往往忽视锚杆布置方案对结构的影响。本文以某工程为例，对抗浮锚杆布置方案进行了比较研究，并提出了一些设计建议。
　　1 工程概况
　　某小区配套辅助用房，地上两层，地下两层。首层为餐厅，二层为宿舍，地下两层为办公及仓储用房。整体结构由相对规则的6×3跨的柱网组成，柱跨均为7.5m×7.5m，首层层高4.0m，二层层高3.2m，地下一层层高4.7m，地下二层层高为4.4m。基础采用平板式筏形基础加下柱墩，筏板厚度为500mm，下柱墩厚度为400mm。筏板板底相对标高为-9.7m，抗浮设计水位相对标高为-1.0m。
　　地质资料：素填土，层厚0.3～3.5m;粉质粘土，层厚3.1～7.7m;中砂，层厚4.8～8.1m，∫ak=240kpa;卵石，层厚1.1～2.5m，∫ak=350kpa。
　　2 整体抗浮稳定设计
　　本工程采用盈建科1.8.3软件进行建模计算，经计算得，结构自重以及压重之和为Gk=82710kN，浮力作用值Nwk=93580kN，Gk<Nwk，需进行地下室抗浮设计。现采用抗浮锚杆进行抗浮设计。假定抗浮锚杆直径为150mm，抗拔承载力特征值取100kN。抗浮稳定安全系数取Kw=1.05[3]，并满足下式：
　　（Gk+nF）/KW≥Nwk
　　其中，n为抗浮锚杆的根数，F为抗浮锚杆的抗拔承载力特征值。经计算得，n=155.49。现取一个柱跨7.5m×7.5m进行设计，计算得，每跨需要锚杆根数为8.6383根，取整为9根。
　　3抗浮锚杆布置方案的比较研究
　　抗浮锚杆的数量一般由整体抗浮稳定性验算得出，本节对一个柱跨进行分析，根据上文中计算得出一个柱跨内需要9根抗浮锚杆，现给出如下六种布置方案：
　　采用盈建科软件进行抗浮计算，本文采用了弹性地基梁板模型，该模型采用的是文克尔假定，考虑了整体弯曲变形的影响，并考虑了上部结构的刚度;采用非线性单元来模拟抗浮锚杆，将抗浮锚杆定义为只受拉的弹簧模型。通过非线性迭代计算，得出锚杆拉力及底板弯矩见图2和图3。
　　根據图2可以看出，方案1是最不利的。其余五个方案中，抗浮锚杆拉力的平均值相差不大。其中，方案2和方案5的抗浮锚杆平均值最小，这说明锚杆的受力更加均匀，每根都发挥了很好的作用。对于同一种布置方案而言，布置在不同的位置，抗浮锚杆的受力也有很大的差异。在中间跨的地方，锚杆的平均拉力普遍比边角跨要大。这是因为在边角跨有剪力墙作为压重，抵消了一部分的水浮力，使得锚杆分担的水浮力变小。
　　从图3可以看出，对于中间跨而言，方案2、4和5的底板跨中弯矩较小，底板的整体变形小，说明底板的整体稳定性更好，抗浮锚杆发挥的作用更大。对于边跨而言，方案1的底板跨中弯矩最小，这是因为一方面锚杆集中布置在跨中，减小了底板跨中的变形，另一方面由于剪力墙作为固定支座，限制了底板的变形，使得底板的弯矩小于其他几种布置方案。
　　综合图2和图3，可以得出方案2是最优的布置形式。在实际工程中，锚杆的抗拔承载力特征值一般都是由现场试验得出，将试验测得的实际刚度和抗拔承载力特征值带入模型中，得出真实的抗浮锚杆拉力和底板内力及变形。当然，抗浮锚杆最终的布置方案不光要考虑结构安全可靠这一个方面，造价和施工的可操作性上也是考量方案优劣的重要因素，对于一个最优的抗浮锚杆布置方案需要综合考虑以上因素得出。
　　结语
　　在进行抗浮锚杆设计时，抗浮锚杆的布置形式对锚杆的拉力和底板的内力及变形影响较大。在设计时，需要对抗浮锚杆的布置进行多方案的比对，在综合考虑结构安全可靠、经济合理、施工简便等方面的前提下，求得最优的布置方案。
　　参考文献
　　[1]卢挺，童庆海.独基加设抗浮锚杆的防水板基础设计分析[J].四川建筑，2014（4）：117-120.[2]党昱敬.地基基础抗浮设计[J].建筑技术，2018（3）：319-322.
　　[3]建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S].
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