引言

 

　　由于设置有车库、人防等原因，现在大型公用建筑工程中往往设有大面积的纯地下室，地下室抗浮是每个此类工程均会遇到的问题。地下室抗浮一般可采用抗拔桩、抗拔锚杆、覆土压重、底板加厚等方法。工程师需要在这些方法或组合中寻找一个经济合理的组合来进行地下室的抗浮设计。若全部采用抗拔桩，将会造成底板较厚，桩身入岩深度较大等缺点，且造价较高。覆土压重会造成地下室埋深加深、底板加厚等都会较大幅度增加造价。因此抗拔锚杆和抗拔桩的组合成了众多工程师的首选。但抗拔桩与抗拔锚杆之间内力分配也同时成为抗浮设计的难点所在。

 

　　锚杆-底板-抗拔桩之间的相互作用复杂，广州大学的黄山，简要分析了抗浮锚杆的布置方式对底板弯矩的影响[1]，华南理工大学的叶国认认为锚杆全部集中布置较均匀布置受力更为合理[2]；而且角部锚杆受力大，中间锚杆受力较小。国内关于锚杆与抗拔桩之间内力分配规律的问题也鲜见报道。本文以实际工程，采用有限元方法来模拟，简要分析了锚杆-底板-抗拔桩三者的共同作用、受力机理及内力分配等。

 

　　工程概况

 

　　广州某高档办公楼，主楼26层，地下3层；地下室底板面相对标高-14.2m，板厚800mm；典型柱距9mX9m，采用板柱结构，无基础梁；基础形式为端承型冲孔灌注桩，纯地下室部位的桩均采用抗拔桩；地下室抗浮采用锚杆与抗拔桩的组合。锚杆体直径为180mm，锚筋采用3根直径32mm的HRB400级钢筋。平面模型如图1.1所示。

 

　　由勘察报告：部分钻孔呈多层分布，层面标高为-33.18～-7.07m，层面埋深16.3～42.8m。钻孔柱状图中所标明的水位为稳定水位的埋深。地下水的埋深介于0.60～2.30m之间，地下水位变化幅度不大，设计水位至室外地面。地下岩面起伏较大，部分基础直接落于中风化岩层上（此部分采用独立基础），部分基础底板底面距中风化岩面达20多米。锚杆长度变化大，因此其刚度变化大，有必要考虑其刚度对锚杆内的影响。

 

　　有限元分析

 

　　计算模型

 

　　本文分析软件采用ansys11.0。并采用如下假定：

 

　　（a）假定桩身混凝土和钢筋共同承担上部向下的柱底力；

 

　　（b）假定桩身在受拉时，混凝土开裂，钢筋承担所有拉力；

 

　　（c）计算均假定桩身与锚杆均嵌固于岩面；

 

　　（d）受拉时，桩身及锚杆的混凝土均不参与受力；

 

　　（e）负三层柱顶约束水平位移，但不约束竖向位移（可考虑水压足够大后，整体上浮）；

 

　　（f）钢筋采用双折线模型，屈服应力为400MPa。模型中考虑有负三层柱、底板、桩等。共建有4X4跨底板，底板四周设置环梁。中柱柱底力按原PKPM模型恒载反力，近似按6000KN输入，边柱3000KN，角柱1500KN。本工程水压标准值为150KPa，但为考虑钢筋屈服后的内力变化，本文计算中水压一直增加至所有钢筋屈服（300kPa），但柱底内力不随水压变化。计算中考虑有所有构件的自重。 

 

　　不同位置锚杆的内力分布

 

　　本节分析模型主要参数为，锚杆长度5m，底板厚度800mm。其它参数见3.1节。

 

　　A锚杆较Ｂ锚杆内力稍大，但钢筋屈服后二者的内力趋于一致。这是因为变形决定了内力的大小，中间锚杆变形相对较大，所以内力较大。二者相对误差见，在受拉阶段，随着水压力的增加，二者相对内力差逐渐变小，到整体上浮后，内力趋于一致（极限受拉承载力）。

 

　　底板厚度对锚杆和抗拔桩内力的影响

 

　　本节先固定锚杆自由段长度为5m，分析了底板厚400mm、600mm、800mm、1000mm的四种不同工况，其中锚杆A和桩身抗拉钢筋内力变化。

 

　　底板厚度由400mm增加到1000mm时，屈服前锚杆的内力会减小。而如图3.5所示，随底板厚度的增加，抗拔桩所受的拔力却在增加，这是因为随着板厚增加，板的刚度增大，因此板在水压力变形减小，锚杆的内力变小，锚杆的内力转移到抗拔桩，故抗拔桩的内力会变大。因此较薄的底板相对更能发挥锚杆的作用，而较厚的底板则更能发挥抗拔桩的作用。

 

　　不同长度锚杆对其和抗拔桩内力的影响

 

　　本节主要考虑不同长度锚杆对其内力的影响。假定底板厚度800mm，锚杆长度分别为5m、3m、1m，计算结果。
 

　　长度越短的锚杆，其受到拉力越大，这是因为长度短，因此相同的变形下，应变大，在弹模相同的前提下，内力越大。由图3.7可知，锚杆越短，抗拔桩受到拉力越小。这是因为内力分配的原因，锚杆内力大，必然抗拔桩内力小。现阶段设计经常将锚杆所能承受的拔力折算成反向水压力，以此降低底板的配筋，因此较短的锚杆更能降低底板的水压，从而得到更为经济的板厚。

 

　　结论

 

　　经过对抗拔锚、抗拔桩及底板的共同作用分析，考虑到规范要求钢筋一般处于弹性工作阶段，我们可以得出以下结论：

 

　　在钢筋屈服前，板跨中心的锚杆受力较边缘的大。

 

　　较薄的底板相对更能发挥锚杆的抗拔作用，而较厚的底板则更能发挥抗拔桩的作用。

 

　　越短的锚杆，越能发挥其抗拉作用，对降低底板厚度较为有利。