刘建强 赵传莹 宫立宝

(1.大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021; 2.中国建筑第八工程局有限公司，辽宁 大连 116021)

充分利用上部建筑自重的抗浮锚杆计算方法

刘建强1赵传莹2宫立宝2

(1.大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021; 2.中国建筑第八工程局有限公司，辽宁 大连 116021)

结合工程实例，采用标准柱网进行了抗浮设计计算，在抗浮设计时，将基础底板划分为柱底恒载影响区和纯底板抗浮锚杆影响区，通过合理布置抗浮锚杆，使得在水浮力作用下的柱底支座反力接近柱底恒载，达到了充分利用上部建筑自重进行抗浮的效果。

建筑自重，抗浮锚杆，抗浮设防水位，弹性支撑

当前新建小区为解决停车难的问题，会在塔楼之间建设纯地下车库，有的地下车库层数较多，对于地下水位较高的地区，单建式地下车库必须进行抗浮设计。当地基为岩石时，通常设置抗浮锚杆抵抗水浮力，抗浮锚杆的计算一般采用倒楼盖法[1]，计算时假设基础底板刚度无穷大，锚杆均匀受力，在抗浮锚杆布置时常将抗浮锚杆均匀布置在基础底板下，这样布置会导致柱附近的锚杆未发挥其作用，而板跨中间区域的锚杆又超过其承载力，造成板跨中间的抗浮锚杆首先破坏或失效，然后慢慢延伸至柱附近的抗浮锚杆，最后出现跨中底板隆起、梁柱开裂等破坏。本文采用标准柱网(8.4 m×8.4 m)进行抗浮设计计算，将基础底板划分为柱底恒载影响区和纯底板抗浮锚杆影响区，通过合理布置抗浮锚杆，使得在水浮力作用下的柱底支座反力接近柱底恒载，达到了充分利用上部建筑自重进行抗浮的效果。

1 工程概况

某单建式地下车库，地下共3层，地下2，3层层高为3.8 m，地下1层层高为3.9 m，地下室顶板覆土厚度为2 m。该工程为框架结构，标准柱网为8.4 m×8.4 m，框架柱截面尺寸为700 mm×700 mm，基础持力层为中风化板岩，基础采用柱下独立基础+防水底板，独立基础平面尺寸为3.2 m×3.2 m，基础高度为900 mm，防水底板厚度为500 mm，垫层厚度为150 mm，标准柱网中间跨柱底轴力为4 335 kN。地勘报告提供的抗浮设防水位为-9.95 m，即抗浮水头为4 m，采用抗浮锚杆抵抗水浮力的作用，每个板跨内布置4根抗浮锚杆，单根锚杆抗拔力特征值为350 kN。

在基坑开挖过程中，发现实际地下水位远高于地勘报告提供的抗浮设防水位，经调查，勘察工作是3月份完成的，当时恰为枯水期，勘察报告中将地下水稳定水位确定为抗浮设防水位，未结合场地地形地貌、地下水补给、地表水、排泄条件等因素综合确定合理的抗浮设防水位[2]。随后地勘单位对地下水位进行了实测，实测地下水位为-4.000 m，比原抗浮设防水位-9.95 m高出5.95 m，经论证最终确定抗浮设防水位为-2.250 m，即抗浮水头为11.7 m。

2 抗浮计算

2.1 原有抗浮锚杆下的抗浮验算

水浮力：Nw,k=10 kN/m3×11.7 m=117 kN/m2，防水板及垫层自重(不考虑独立基础超出防水板部分)：0.5 m×25 kN/m3+0.15 m×20 kN/m3=15.5 kN/m2。

每平方米上部结构自重：4 335 kN/(8.4 m×8.4 m)=61 kN/m2。

抗浮锚杆折合每平方米抗拔力为Fk=350 kN×4/(8.4 m×8.4 m)=20 kN/m2。

根据《建筑地基基础设计规范》[3]进行抗浮稳定性验算：

(Gk+Fk)/Nw,k=(15.5 kN/m2+61 kN/m2+20 kN/m2)/117 kN/m2=0.82<1.05,不满足整体抗浮要求。

2.2 抗浮锚杆数量计算

抗浮水头11.7 m作用下，所需锚杆根数为:

(117 kN/m2-15.5 kN/m2-61 kN/m2)×(8.4 m×8.4 m)/350 kN=8.2，即至少需要9根抗浮锚杆。

2.3 净水浮力计算

根据新的抗浮设防水位，重新对抗浮锚杆进行布置，考虑整体抗浮安全系数为1.05，扣除防水板和垫层自重后净水浮力作用为1.05×117 kN/m2-15.5 kN/m2=107 kN/m2。

2.4 抗浮锚杆初步布置

初步考虑在每个板跨范围内布置9根抗浮锚杆，抗浮锚杆初步布置如图1所示。

利用midas gen建立有限元模型，锚杆采用节点弹性支承的只抗拉模型进行模拟[4]，根据抗浮锚杆拉拔试验，抗浮锚杆刚度k=200 kN/mm，柱底设置为固定支座，将净水浮力通过压力荷载作用到基础底板上，计算得到方案一、二的柱底固定支座反力及抗浮锚杆反力见图2。

由图2可知，抗浮锚杆初步布置方案一的柱底固定支座反力4 252 kN未超过柱底恒载4 335 kN，但板跨中部的5根锚杆在水浮力作用下拉力都大于其承载力350 kN；抗浮锚杆初步布置方案二的柱底固定支座反力4 437 kN大于柱底恒载4 335 kN，板跨中心的锚杆在水浮力下拉力408 kN大于其承载力350 kN。抗浮锚杆在水浮力作用下并不是均匀受力的，故不能同时充分发挥其承载力，若按照所有抗浮锚杆均布受力且充分利用其承载力进行抗浮锚杆布置，会导致柱附近的锚杆未发挥其作用，而板跨中间区域的锚杆又超过其承载力，造成板跨中间的抗浮锚杆首先破坏或失效，然后慢慢延伸至柱附近的抗浮锚杆，最后出现跨中底板隆起、梁柱开裂等破坏，故在抗浮设计时不能考虑全部抗浮锚杆充分发挥其承载力，应适当增加抗浮锚杆的数量。

2.5 抗浮锚杆合理布置

考虑净水浮力由柱底恒载和抗浮锚杆共同承担，将基础底板划分为柱底恒载影响区和纯底板抗浮锚杆影响区，柱底恒载影响区面积为4 335 kN/107 kN/m2=40 m2，影响半径为3.5 m；每根锚杆影响面积为350 kN/107 kN/m2=3.27 m2，影响半径为1 m，考虑到基础底板跨中抗浮锚杆受力较大，将跨中抗浮锚杆适当加密，

由此可以得到抗浮锚杆的布置及影响区如图3所示，每个柱跨内布置12根抗浮锚杆。

利用midas gen建立有限元模型，锚杆采用节点弹性支承的只抗拉模型进行模拟，抗浮锚杆刚度k=200 kN/mm，柱底设置为固定支座，将净水浮力通过压力荷载作用到基础底板上，计算得到柱底固定支座反力及抗浮锚杆反力见图4。

由图4可知，柱底固定支座竖向反力为4 300 kN，接近柱底恒载4 335 kN，即充分利用了上部建筑自重进行抗浮；板跨中部抗浮锚杆拉力最大为298 kN，远离板跨中部(靠近柱下独立基础)抗浮锚杆拉力较小，因此设计时注意控制板中间区域的抗浮锚杆不得超过抗浮锚杆的抗拔力特征值。

3 结语

本工程由于抗浮设防水位变化，重新对抗浮锚杆进行了设计，可以通过对基础底板划分为柱底恒载影响区和纯底板抗浮锚杆影响区，合理布置抗浮锚杆，使得在水浮力作用下的柱底支座反力接近柱底恒载，达到充分利用上部建筑自重进行抗浮的效果。

[1] 朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2009：318-326.

[2] JGJ 72—2004，高层建筑岩土工程勘察规程[S].

[3] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[4] 吴 铮，文善平.地下室底板抗浮锚杆合理布置与工程应用[J].建筑结构,2005,45(11)：96-99.

The method of calculating anti-floating anchor bolt by utilizing the weight of upper

Liu Jianqiang1Zhao Chuanying2Gong Libao2

(1.DalianArchitecturalDesign&ResearchCo.,Ltd,Dalian116021,China; 2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivision.Corp.Ltd,Dalian116021,China)

Combining with the engineering example, using the standard column net made the anti floating design calculation, in the anti-floating design, the base plate is divided into the influence area of the dead load and the influence area of the anti-floating anchor. Through the rational arrangement of anti-floating anchor, making the bearing under the action of water buoyant force near the bottom of the column dead load, full use of the upper building weight for anti-floating.

building weight, anti-floating anchor, anti-floating water level, elastic support

1009-6825(2017)02-0088-02

2016-11-03

刘建强(1983- )，男，工程师; 赵传莹(1984- )，男，工程师; 宫立宝(1969- )，男，高级工程师

TU470

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