某地下車(chē)庫(kù)抗浮失效囊式錨桿加固方案淺析

方 昉 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

0 前言

安徽省廣德縣地處于安徽東南部，整個(gè)區(qū)域普遍降水豐富。設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范要求對(duì)地下室進(jìn)行整體抗浮穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，一般注明地下工程施工時(shí)，地下水位應(yīng)降至工程底部最低高程500mm以下，并需在地下室頂板覆土完成后確保配重完全有效后方可停止降水。有部分施工單位未重視施工過(guò)程中的降水及排水措施，一旦遇到多日連續(xù)降雨，地下水排水不暢，水位上升很快，造成正在施工中的地下室上浮，帶來(lái)不同程度的結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)類(lèi)似情況，本文結(jié)合具體工程實(shí)例對(duì)由于結(jié)構(gòu)抗浮失效需進(jìn)行加固的方案選擇進(jìn)行討論，以期方案更為經(jīng)濟(jì)合理，便于操作。

1 工程概況

本工程地下車(chē)庫(kù)地下一層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積約為12602.52m2，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑物抗震設(shè)防類(lèi)被為丙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為6度，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為乙級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年?；A(chǔ)采用第4層中砂層作為持力層，地基承載力特征值fak=150kPa。地下室筏板厚度為400mm。地下車(chē)庫(kù)梁、板、墻、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)均為C30，頂板板厚為300mm，雙層雙向配置C14@200。

目前該工程的形象進(jìn)度為主體結(jié)構(gòu)完工，周邊已回填土，頂板未覆土。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況及分析

近期由于降雨豐富，發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域底板拱起，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原施工單位描述最大上拱值約為27cm，由于現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采取了外圍降水措施，目前底板最大上拱值約為5cm，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)部分框架柱柱頭及柱底有水平裂縫及局部混凝土壓碎，局部外墻有斜向裂縫，地下室頂梁板有不同程度的裂縫。并委托了有關(guān)檢測(cè)部門(mén)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫進(jìn)行檢測(cè)裂縫分布及特點(diǎn)。

3 抗浮承載力加固

由于現(xiàn)狀地下室已經(jīng)發(fā)生了整體上浮，故考慮原抗浮錨桿已被拔出失效，需對(duì)該地下室上浮區(qū)域進(jìn)行抗浮加固，原有關(guān)單位的處理方法是按原設(shè)計(jì)錨桿數(shù)量及做法補(bǔ)充新錨桿來(lái)替代原失效錨桿，或在地下室頂板面增加覆土層厚度來(lái)提高配重，以平衡水浮力來(lái)代替抗浮錨桿，我單位經(jīng)過(guò)反復(fù)論證發(fā)現(xiàn)該方案存在如下問(wèn)題。

①上浮區(qū)域原設(shè)計(jì)的抗浮錨桿數(shù)量約為380根，如全部按該做法恢復(fù)，基礎(chǔ)底板開(kāi)孔數(shù)量太多對(duì)筏板基礎(chǔ)承載力有一定的影響。

②而且考慮地下室整體上浮后對(duì)底板下一定深度土層的側(cè)摩阻有損傷，同時(shí)開(kāi)孔后水泄壓會(huì)帶松部分土層，按原設(shè)計(jì)的錨桿設(shè)計(jì)，實(shí)際上其承載力達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求。

③按原設(shè)計(jì)的錨桿恢復(fù)，施工周期長(zhǎng)，且造價(jià)高昂，考慮施工現(xiàn)場(chǎng)條件制約，如地下室層高限制了鉆孔設(shè)備的就位，周?chē)呀ê孟拗屏四酀{外運(yùn)等，錨桿的單價(jià)約為380元/m，原設(shè)計(jì)錨桿總長(zhǎng)為380×6=2280m，加固錨桿總造價(jià)為2280×380=86.64萬(wàn)元。

④采取在地下室頂板增加原有覆土厚度的方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算需在原有覆土厚度的基礎(chǔ)上再增加30cm的覆土作為配重加固抗浮承載力，相當(dāng)于在原地下室頂板上增加了5.4kN/m2的荷載，經(jīng)過(guò)對(duì)原地下室頂梁板結(jié)構(gòu)及柱基礎(chǔ)重新計(jì)算復(fù)核，梁板承載力及柱墩沖切厚度均不滿足要求，加固工程量及費(fèi)用巨大，遠(yuǎn)超增設(shè)普通錨桿的86.64萬(wàn)元，更不適用。

4 方案改進(jìn)優(yōu)化分析

針對(duì)該項(xiàng)目的情況，我單位經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算及比較，考慮采用增設(shè)囊式承壓型擴(kuò)體抗浮錨桿來(lái)加固地下室抗浮承載力，此加固方案改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)如下。

①此錨桿單根錨桿的抗拔力特征值為400kN/根，為原設(shè)計(jì)普通錨桿的2.5倍，大量減少了在原筏板基礎(chǔ)上開(kāi)孔的數(shù)量，有效避免了筏板基礎(chǔ)的損傷。

②此錨桿僅考慮擴(kuò)體段的抗拔力，非擴(kuò)體段的抗拉力以及擴(kuò)體段頂部的端阻力作為錨桿承載力的安全儲(chǔ)備，有效的解決了原土層摩阻力的不確定性，從而有效的保證了加固效果及安全保障。

③按此錨桿加固，施工周期快，約比普通錨桿施工節(jié)約了一半工期。

④此錨桿的抗拔承載力高，節(jié)約了錨桿的數(shù)量，同時(shí)顯著降低了造價(jià)。采用囊式承壓型擴(kuò)體抗浮錨桿總的需要152根，單根7m長(zhǎng)，總長(zhǎng)為1064m，單價(jià)為500元/m，總的造價(jià)為1064×500=53.2萬(wàn)元，節(jié)約了33.44萬(wàn)元。

5 地下車(chē)庫(kù)增設(shè)抗浮錨

5.1 囊式擴(kuò)體錨桿圖（見(jiàn)圖1、圖2）

圖1 囊式擴(kuò)體錨桿

圖2 囊式擴(kuò)體錨桿

5.2 地下車(chē)庫(kù)增設(shè)抗浮錨桿計(jì)算書(shū)

本工程地下室為1層框架結(jié)構(gòu)，近期由于降雨豐富，造成相應(yīng)區(qū)域地下室整體上浮，原設(shè)計(jì)在柱墩處設(shè)置了抗浮錨桿，由于地下室上浮造成原錨桿損壞已不能起到抗浮的作用，故需對(duì)地下室進(jìn)行抗浮加固處理。

結(jié)構(gòu)整體抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)取1.05，即按下式核算：G+Ra≥1.05Fw；永久性抗浮構(gòu)件的安全系數(shù)取2.0。

場(chǎng)地地層分布及土質(zhì)特征：根據(jù)勘察報(bào)告，底板以下自上往下依次是：

⑤層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖；

⑥層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，該層是本場(chǎng)地中較好的端壓型擴(kuò)體錨固段持力層。

目標(biāo)錨固地層分析：根據(jù)本場(chǎng)地的地質(zhì)條件和巖土層基本參數(shù)，綜合考慮地下結(jié)構(gòu)的埋深和抗浮錨固分項(xiàng)的造價(jià)最優(yōu)化，地下結(jié)構(gòu)部分將擴(kuò)體錨固段埋置于第⑥層中風(fēng)化巖層中。根據(jù)勘察報(bào)告，該層是本場(chǎng)地中較好的端壓型擴(kuò)體錨固段持力層。

5.2.1 單錨抗拔力計(jì)算

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5007-2011)、《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS：22 2005)，本項(xiàng)目采用壓力型擴(kuò)體錨桿進(jìn)行抗浮加固：錨桿設(shè)計(jì)全長(zhǎng)7.0m，錨固段（既擴(kuò)體段，下同）直徑0.3m，長(zhǎng)度3.5m，錨固段中囊體直徑為0.25m，非擴(kuò)體段直徑0.2m，采用φ32PSB1080級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼筋為桿體材料，設(shè)計(jì)單錨承載力設(shè)計(jì)值為400kN。

單根擴(kuò)大頭錨桿承載力特征值校核如下：

K——錨桿錨固體的抗拔安全系數(shù)，按規(guī)范選取2.0；

Tuk——錨桿抗拔力特征值（kN）；

D——錨固段直徑0.3m；

La——錨固段長(zhǎng)度3.5m；

fmg——錨固段注漿體與地層間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），按地勘資料取值 280kPa；，滿足設(shè)計(jì)要求。

同時(shí)，非擴(kuò)體段的抗拉力以及擴(kuò)體段頂部的端阻力作為錨桿承載力的安全儲(chǔ)備，有效的保證了加固效果。

5.2.2 桿體配筋校核

對(duì)于錨桿桿體強(qiáng)度驗(yàn)算，根據(jù)《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS：22 2005)公式：

式中：Kt——錨桿桿體的抗拉斷安全系數(shù)，臨時(shí)性錨桿取 Kt=1.1～1.2，永久性錨桿取 Kt=1.5～1.6；

Tak——錨桿的抗拔力特征值（kN）；

fy——預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（kPa）。

根據(jù)規(guī)范可知φ32的PSB1080級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=900MPa，由1φ32的PSB1080級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼筋制作的單根錨桿的設(shè)計(jì)抗拉力：T=1×804×10-3×900/1.6=452kN，大于錨桿的承載力設(shè)計(jì)值400kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 等代原抗浮錨桿計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性比較

本地庫(kù)采用承壓型囊式擴(kuò)體錨桿104根(同時(shí)兼顧考慮底板灌漿要求、灌漿孔間距要求，由于為既有建筑物的加固工程，適當(dāng)考慮施工條件的安全儲(chǔ)備），單錨長(zhǎng)度為7m。與原方案比較見(jiàn)下表。

抗浮方案 錨桿數(shù)量（根） 單錨承載力（kN）普通錨桿 380 160擴(kuò)體錨桿 152 400

根據(jù)以上可見(jiàn)，原設(shè)計(jì)的錨桿總的抗浮承載力為380×160=60800kN，現(xiàn)補(bǔ)設(shè)置的擴(kuò)體錨桿總的抗浮承載力為152×400=60800kN，本次抗浮加固設(shè)計(jì)滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上工程實(shí)例的詳細(xì)分析，本次抗浮承載力加固方案在大幅減少了后補(bǔ)抗浮錨桿的數(shù)量的情況下有效保證了地下室整體抗浮承載力，同時(shí)減少了在原結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔的數(shù)量，有效保證了原基礎(chǔ)的工作性能，顯著降低了造價(jià)。