随着我国经济建设步伐的加快，城市建设规模不断扩大，大量带有地下室的高层建筑物、地下车库和下沉式广场等地下构筑物数量日益增加。这些不同功能的建筑物由于功能的需要，其地下室往往会连成一个整体，不仅增加了工程项目结构设计的难度，而且也使得地下室抗浮问题日益突出。目前国内抗浮设计采用的方法有很多，主要包括自重平衡法、浮力消除法、综合设计方法和锚杆抗浮法，其中锚杆抗浮法是近年来发展速度较快的一种抗浮措施，具有造价低廉、工艺技术简单、施工周期短等优点，在城市地下室工程建设中得到广泛的应用及推广。本文通过探讨地下室锚杆抗浮设计工作，希望为类似工程设计研究工作提供借鉴依据。

 

　　某工程由办公楼及住宅和两个地下车库组成。其中1#车库I段与1#～6#楼地下室连为一体，之间不设沉降缝，1#车库II段包括一个仅地下1层的下沉式广场，并与7#楼及其裙房、8号楼地下室连为一体，之间不设沉降缝，1#车库I、II段之间用缝分开成为两个独立的结构单元。

 

　　2基础选型和抗浮水位的确定

 

　　对于高层主楼与裙房或地下车库基础之间不设沉降缝而连接成整体，其相互间的差异沉降问题，工程中通常采取的基本措施就是通过设置后浇带，同时尽量严格控制高层主楼的沉降，适当放松对裙房或地下车库的沉降控制。针对本工程特点和地质条件，1#～8#楼均采用了筏板基础，筏板厚700～1200mm，车库采取了柱下条形基础，基础梁截面为600mm×1300mm。由于在主楼与车库基础之间设置了后浇带，并采取了一些针对性措施，沉降观测表明，后浇带两侧沉降平缓无突变，2007年6月车库I段沉降观测显示该区段沉降基本稳定，平均沉降速率小于0.01mm/d，说明本工程基础设计是适当的。

 

　　由于车库两个区段地下室都较深，地下水位较高，均需要考虑抗浮问题。地下结构进行抗浮设计首先应确定抗浮设防水位，其合理性对工程造价和建筑物的稳定、安全有显著的影响，对此国内有关规范虽提出了要求但是尚无明确规定。实际上，抗浮设防水位是一个技术经济指标，其确定是一个十分复杂的问题，既与场地的工程地质、水文地质的背景条件有关，更取决于建筑整个运营期间内的地下水位变化趋势，而后者又受到人为作用和政府的水资源政策控制。

 

 

　　工程实践中，抗浮措施主要有盲沟疏水截排、压重抗浮和抗拔锚桩或锚杆。盲沟疏水截排属于主动抗浮，由于受诸多因素影响，该措施目前应用较少。而后两种措施为被动抗浮，属于抗力平衡型措施，为人们所熟识，被广泛采用。其中压重抗浮措施，即通过在地下车库的基础底板、防水板、地下室楼板或顶板上设置重度较大的混凝土或回填层增加工程自重，从而达到平衡浮力的目的，为首选抗浮措施。但是虽然每1m厚混凝土的压重能够抵抗约2.2m水头的浮力，但是因设回填层增加了工程埋深从而也使浮力增大，因此当作用于地下构筑物的浮力水头比较大时，该措施并不一定经济，此时采用抗拔桩或抗浮锚杆往往比较合适。

 

　　抗拔桩主要是利用桩体自重和桩侧阻力起抗浮作用，其抗浮能力与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关，常用桩型为预制桩、沉管灌注桩和钻孔灌注桩。由于抗拔桩直径较大，桩多与柱子相连，使抗拔桩的间距太大，需要较厚的底板才能抵抗浮力产生的附加弯矩和剪力，因此抗拔桩多结合工程桩基而采用，单纯作为抗拔桩造价往往较高。

 

　　抗浮锚杆则利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力。因其造价低廉、施工方便、布置灵活、锚固效率高，抗拔力易于控制、利于建筑结构的应力与变形协调等优点而在许多工程中得到了应用，在多数条件下这一抗浮措施优于压重和抗浮桩方案。

 

　　本工程地下车库I段为纯地下车库，地下2层，车库顶由于绿化要求设置1.6m的覆土，车库柱网8m×8m，采用了带柱帽的无梁楼盖的结构形式，作用于车库基础底面浮力水头为7.4m（浮力74kPa，考虑分项系数1.0），而结构自重为71kPa（考虑分项系数0.9），因此抗浮验算不能满足要求，需采取抗浮措施。结合本工程车库的基础特点，采取了如图1所示的防水板和基础梁的构造措施，并在防水板上回填0.4m厚的毛石混凝土抗浮验算得以满足，增加的压重为7.9kN/m2（考虑分项系数0.9），这样在不改变原基础设计方案、不增加埋深的情况下既满足了抗浮要求，同时也未影响车库基础由于防水板的下降而影响其承载力对侧限的要求，取得了良好效果。

 

　　本工程地下车库Ⅱ段下沉广场只有一层地下室，且取消了车库顶的覆土，同时因功能要求车库建筑地面标高与I段相比降低了1.25m，这样如果采用与车库I段相同的基础做法和结构措施，本区段将比前述区段增加浮力12.5kPa，达到86.5kPa，而本区段结构自重（包括建筑面层和防水板上0.4m的压重）仅为46.8kPa（考虑分项系数0.9），所以净浮力约为38kPa。这样大的浮力显然只能采用抗拔桩或抗浮锚杆，如果本区段车库采用桩基础，虽然可以发挥桩基础的抗拔优势，但是由于车库与主楼地下室连成一体，主楼与车库之间差异沉降将非常显著，计算分析表明在现有条件下其差异沉降将无法满足规范要求，鉴于此本工程最终采用了抗浮锚杆方案。

 

 

　　目前对抗浮锚杆的设计和施工还没有专门针对的规范可循，主要还是参照《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）进行设计。本工程地质土层从上到下可分为人工堆积层、一般第四纪沉积层。而抗浮锚杆需从标高-12.15m位置开始设起，故锚杆穿越的土层为一般第四纪沉积层，依次为层④粉质粘土、层④1砂质粉土-粘质粉土、层④2粉细砂、层⑤中粗砂、层⑤1粉细砂、层⑤2圆砾、层⑤3粘质粉土、层⑤4砾砂、层⑥粘质粉土-粉质粘土、层⑥1砂质粉土、层⑥2粘土、层⑦中细砂、层⑦1圆砾、层⑦2中粗砂、层⑦3粉砂，虽各层厚薄不一，但主要锚固层为粉细砂、粘质粉土-粉质粘土、中细砂及圆砾层，总厚度超过20m。重新调整抗水板标高（取消抗水板上混凝土压重），综合考虑抗水板和基底浮力后，净浮力约为36kPa，根据《岩土锚杆（索）技术规程》及本工程特点，拟采用全长粘结型锚杆，若每根抗浮锚杆平均承受4m2的地下水浮力，则单根锚杆抗拔力设计值为1.25×36×4=180kN。

 

　　由于所采用锚杆为永久性锚杆，且拟不采用预应力，因此需考虑锚杆钢筋的锈蚀问题。关于钢材在土中的锈蚀问题比较复杂，我国有关规范主要从限定最小保护层厚度以及规定混凝土中水泥用量、添加剂方面定性地加以考虑。

 

　　综合上述计算分析，本工程最终选用了全长粘结型锚杆，锚杆长度10m，直径127mm，锚杆主筋采用C40的钢筋。

 

 

　　本工程共设工程抗浮锚杆927根。为检测锚杆的施工质量及抗拔承载力是否满足设计要求，为竣工验收提供依据，本工程进行了锚杆验收检测试验，验收检测数量依据为《岩土锚杆（索）技术规程》，为锚杆总数的5%，即48根。检验方法依据规程，采用现场拉拔试验，拉拔力为锚杆轴向拉力设计值1.5倍，即270kN。试验在全部工程锚杆施工完成后锚杆锚固体达到设计强度后进行。根据受检工程锚杆所有承载体的试验荷载与位移关系可看出，受检抗浮工程锚杆加载至270kN时，所有承载体均未拔出，且各承载体均未显示出破坏迹象，荷载位移曲线几乎都呈线性变化，从最大试验荷载卸荷至0.1Nt全部受检锚杆均产生大幅度回弹，平均回弹率达到75.6%，同时各受检锚杆锚头的位移增量均比较稳定，在最大试验荷载下亦未出现突变迹象。可见，受检工程锚杆锚体的抗拔承载力均满足规范及设计要求。

 

 

　　通探讨地下室锚杆抗浮设计工作，可以得出以下几点结论：①随着地下工程埋置深度的加大，合理确定抗浮设计水位是确保地下室工程质量安全的重要举措；②选择合理的抗浮设计措施，可以满足地下室工程设计的要求，取得较好的经济效益；③岩土锚杆技术具有较多的优点，是一项行之有效的技术措施，具有较好的应用前景。