孙占伟

（河北 秦皇岛066000）

城镇化的推进和建筑技术的创新，为地下空间开发创造了良好环境。附建式地下室的使用功能和空间结构更加复杂、多样，对设计方案、施工质量均提出了严格要求。在地下空间开发时，随着深度的增加，遇到的浮力越大，这种现象在地下水丰富、透水性强的地基中表现的尤其明显。因此，在附建式地下室的设计中，必须基于前期的地质勘测、水文调查，计算地下水浮力，在此基础上开展抗浮稳定性设计。近年来，建筑行业内关于抗浮稳定的理论研究日益丰富，抗浮桩、抗浮锚杆等也得到了推广使用，对提高附建式地下室施工质量与使用安全提供了帮助。

1 工程概况

某商务写字楼长86.6 米，宽53.7 米，总高度60.1 米，共16层。其中，地下2 层，分别为下沉式庭院和地下车库；地上14 层，1-3 层为综合超市，4-14 层为商务办公区。土质类型从地表往下依次有素填土、粉质黏土、残积性黏土、风化泥岩。附建式地下室采用整体浇筑成型的方式，设有后浇带。

2 地下室抗浮锚杆布置方式的选择

2.1 地下车库抗浮锚杆布置

在该工程中，地下室抗浮设计采用的是“独立基础+抗浮板”的组合方案。其中，如何布置抗浮锚杆是需要重点考虑的问题。工程实践表明，跨中集中布置抗浮锚杆，虽然能够通过减少锚杆使用数量达到控制成本的效果，但是会影响抗浮性能。而本次工程属于高层建筑，地下车库所受浮力较大，出于建筑安全性考虑，对于抗浮锚杆采用了均匀布置的方式，如图1 所示。在设计时需要注意，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）相关规定，抗浮锚杆最小间距不得低于孔径的5 倍。所用抗浮锚杆共计12 根，单根锚杆的直径不低于180mm，锚杆长度有两种规格，横向为2.4m，纵向为5.0m。

2.2 下沉式庭院抗浮锚杆布置

在本工程中，以车库南北方向上的中轴线为界，东西方向上对称设置2 处下沉式庭院。由于横向跨度偏小，在综合考虑经济性和稳定性的基础上，对于下沉式庭院的抗浮锚杆布置，选择了集中布置方案，如图2 所示。

图1 锚杆布置方案

图2 下沉式庭院锚杆的布置

3 附建式地下室局部整体抗浮稳定性优化设计

在地下水位较高、地质条件复杂的施工环境下，地下室施工有较大概率出现上浮失效问题。具体可以分为两种情况，一种是整体上浮失效，另一种是局部上浮失效。后一种较为常见，本文主要选择这种情况提出相应的优化设计建议。

3.1 局部位置抗浮锚杆布置的优化设计

结合前期调查资料，附建式地下室的不同位置，所受浮力存在较为明显的差异。其中，地下室边缘位置采用地下连续墙形式予以加固，对于这些位置允许适当增加抗浮锚杆的间隔距离。在不影响地下室抗浮稳定性能的前提下，提高了设计方案的性价比。需要注意的是，锚杆间距增加，意味着锚杆数量减少，在地下室底板上会出现弯矩增加的情况，此时应选择更大直径的配筋。图3（a）和（b）分别代表了抗浮锚杆设计优化前后的弯矩变化。对比可以发现，优化后的设计方案中，抗浮锚杆边跨弯矩的绝对值增加，对降低抗浮锚杆的内应力和变形值均有积极影响。另外，本次工程中，最初设计方案使用抗浮锚杆114 根，优化设计后所用锚杆降低至76 根，减少38 根，经济效益明显。

图3 优化前后主楼边跨弯矩标准值（kN·m/m）

3.2 抗浮锚杆的优化设计

3.2.1 稳定性验算

岩土的抗剪强度会影响抗浮锚杆的稳定性。尤其是当锚杆设计密度较大、间隔距离较小时，很容易因为抗剪强度达不到设计要求而出现锚杆被拔出的现象。以图4 为例，由于锚杆间距偏小，楔入锚杆之后对中间的岩土产生挤压力，在两侧挤压力重叠区域会形成一个破坏区。两侧锚杆受到浮力作用后，从岩土中挤出。另外，根据抗浮锚杆数量的不同，也会对稳定性产生差异化的影响。理论上来说，单根锚杆所受的挤压力较小，因此在岩土破坏区相对稳定；相反，如果是多根锚杆共同受力，则更容易发生锚杆脱出，这种现象称为群锚效应。

图4 抗拔锚杆被整体拔出的破坏形态

因此，在进行抗浮锚杆的稳定性设计时，必须要关注群锚效应产生的影响。当单根锚杆被挤出后，在原来的位置会留下一个近似于圆锥的空间。同时，在抗浮锚杆间隔距离较近的情况下，这些圆锥空间还会产生相互重叠，在重叠区域抗浮稳定性更差，如图5 所示。

图5 群锚破坏圆锥体相互干扰

在群锚效应的影响下，锚杆在岩土中整体拔出的计算见图如图6 所示。同时，参考本次工程的锚杆布置方案，综合考虑锚杆间隔距离、锚杆埋设深度，以及岩土密度等基本参数，可以计算出单根锚杆拔出后岩土体积（V），以及上部岩土的重量（m）。同时，在特定水位下，可得单根抗浮锚杆所受浮力标准值（N），将上述数据代入公式：

K=（岩土自重+结构自重）/浮力标准值

得到抗浮安全系数K。只要K 值大于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中规定的1.05，即表明该设计满足要求。

图6 抗浮锚杆被整体拔出的计算简图

3.2.2 抗浮锚杆构造

本次工程中地下结构采用整体浇筑成型的施工方式。抗浮锚杆一部分插入岩土中，另一部分被混凝土包裹。后期受到地下水侵蚀和浮力作用，很容易出现锈蚀问题，并且在底板与垫层的相接位置，出现不同程度的裂缝，后期地下室容易出现渗漏问题。因此，为了提高抗浮锚杆的稳定性，需要对其构造进行改良。一种便捷、有效的方法，是在抗浮锚杆的表面涂刷一层环氧树脂漆，具有耐抗、防锈等作用。还有一种措施则是在锚杆与孔口之间，增设橡胶止水塞或者是止水钢板，可以起到更为理想的加固效果。除了采取外部防腐措施外，还可以从锚杆本身出发，例如选择和安装锚杆时，应提前检查锚杆与锚头连接是否牢固，锚杆本身有无划伤、弯曲等问题。

4 结论

在现代建筑中，附建式地下室逐渐成为一种标准配置，在增加建筑使用面积、拓展建筑实用功能的同时，如何保证地下室结构稳定也成为设计人员和施工部门必须要考虑的问题。抗浮锚杆的使用对解决地下室上浮失效问题有明显作用，通过合理调节锚杆间距、进行稳定性验算和结构改良设计，有助于提升其稳定性。除此之外，还要针对不同的建筑形式，如地下车库、下沉式庭院等，分别制定差异化的设计方案，才能切实保障地下室的抗浮效果，以及维护整体建筑安全。