中山某广场抗浮锚杆设计总结

中山某广场抗浮锚杆设计总结

梅光军

广东中山建筑设计院股份有限公司

摘要：抗浮锚杆广泛应用于城市地下建筑中，本文通过对某工程的抗浮设计介绍，总结了抗浮锚杆设计的一般流程及各注意事项。

关键词：抗浮锚杆基本试验抗拉刚度综合利用率

一、工程概况

中山某广场项目位于中山市中山二路，西侧距江200米。总建筑面积约20万m2，地上部分由四栋高度120m~148m的住宅塔楼及建筑面积7万m2的六层裙楼组成，地下部分为三层车库，埋深约13.5米，地下室面积约5万㎡。抗浮水位取至室外地面以下0.5米，水头约14米。据地质报告，本工程场地中风化岩面标高在-7m~-18m之间，拟采用岩石锚杆作为抗浮基础。

二、锚杆承载力估算

锚杆抗拔承载力特征值取580kN，钢筋采用4C32，孔径200mm，入中风化岩3米，单根锚杆的承载力按《建筑地基基础设计规范》及《岩土锚杆技术规程》验算。

按《建筑地基基础设计规范》，

锚杆钢筋抗拉承载力为1174kN，满足锚杆在试验荷载下的强度要求。

锚固段长度按公式8.6.3，

Rt=0.8πd1lf=0.8*3.14*0.20*3*400=602kN＞580kN，

其中f按表11.2.1取相应较低值400kPa，锚固长度取3米时满足。

按《岩土锚杆技术规程》，

杆体截面积按公式7.4.1计算如下：

As=KtNt/fyk

Kt=1.8，

As=1.8*580000/400=2610mm2

实用4根32钢筋，As=3216mm2

锚固段长度按公式7.5.1-1、7.5.1-2计算如下：

LA1=KNt/πDfmgψ=2.2*580/3.14/200/1/1=2.03m

K=2.2（按表7.3.1）

fmg=1MPa（按地质报告）

ψ=1（按表7.5.2）

LA2=KNt/nπdξfmsψ=2.2*580/4/3.14/32/1/2.5=1.3m

ξ=1

fms=2.5MPa（按表7.5.1-3）

锚固长度La=max{LA1，LA2}=2.03m，实际取3m，满足计算要求。

三、抗浮初步设计

初步设计阶段，底板厚度取0.7米，锚杆抗拉刚度暂按2米长钢筋的理论抗拉刚度取值，为32×104kN/m，考虑底板刚度、上部结构刚度、上部结构重量参与有限元分析。先将锚杆按2.0米间距均匀布置于整个底板（高楼下明显不需设置抗浮基础的部位可不布置锚杆）。根据初算结果，将拉力较小的锚杆删除，并适当调整其余锚杆位置，使得锚杆拉力趋近于承载力特征值。如此经过反复调整后，锚杆的拉力已趋近于抗拔承载力，且底板所有部位的配筋均在正常范围。锚杆的布置如下图：

锚杆布置图

锚杆的受力情况统计如下表：

根据统计情况可知，有90%的锚杆利用率超过80%，近50%的锚杆利用率超过90%，锚杆的综合利用率接近90%。理论上，锚杆的综合利用率是可以无限趋近100%的。但这必将造成锚杆布置极不规则，不利于设计、施工展开，而且锚杆的刚度也仅仅为估算值或试验统计值，模型计算出的拉力值和实际情况下的拉力值仍然是有差别的，所以追求100%利用率意义并不大。

四、锚杆基本试验

从初步设计阶段的锚杆布置图中，根据勘察报告，选取长度5米、7米、10米及局部特殊部位处锚杆进行基本试验，确定承载力和抗拔刚度。基本试验结果表明，所有锚杆抗拔承载力均能满足设计要求。试验统计结果详下表：

由上表可见：

1、锚杆的抗拔刚度并不因为锚杆的长度增加而减小，对于那些长度较大的锚杆，有部分杆体位于中风化岩面以上的松散岩土层内，注浆后，周边的松散岩土层在水泥浆的固结效应下对锚杆钢筋同样起到了较好锚固作用。

2、剔除两个异常值（最高值和最低值）后，在一倍荷载下，锚杆的抗拉刚度处于25×104kN/m~35×104kN/m之间，在二倍荷载作用下，锚杆的抗拉刚度处于13×104kN/m~20×104kN/m之间。

3、锚杆的抗拉刚度即为拉力与位移的比值，由于试验反应的是短时加载下的位移，在长期荷载作用下的位移会大于试验位移，故锚杆实际刚度比表中一倍荷载下的刚度小，取25×104kN/m。

五、抗浮精确设计

将选定的锚杆刚度输入初步设计模型中，通过计算并不断优化调整，由于初定的锚杆刚度与试验刚度相差不大，最终的锚杆布置与初步设计时相差较小。最终的锚杆综合利用率为86%，底板厚度由最初的0.7米减为0.6米并局部加厚，配筋均在正常范围。

六、抗浮锚杆设计的一般流程与注意事项

抗浮锚杆设计一般可按如下流程进行：

1、初定锚杆承载力，经计算确定基本参数。锚杆承载力可按下式初步确定：

Rt=QwD2

其中，Rt为单根锚杆的初算抗拔承载力特征值；Qw为底板的净水压力（板底水压力扣除底板自重）；D为锚杆的布置间距。

锚杆的钢筋配置、孔径、锚固长度可按规范相关规定计算确定，抗拉刚度可根据以往工程经验确定，或取一定长度的锚杆按自由段通过理论计算确定。

2、初算锚杆布置。建立有限元模型，考虑上部结构的刚度及重量、考虑锚杆抗拉刚度，反复试算并调整锚杆布置，直至所有锚杆拉力均接近于Rt，且底板配筋在正常范围内为止。个别部位底板配筋太大时可通过增加板厚或增设锚杆的方式解决。

3、锚杆基本试验。从初算的锚杆布置图中选取具有代表性的若干组锚杆进行基本试验，以检验承载力并确定锚杆的抗拉刚度。基本试验加载至满足承载力要求为止，不必进行破坏性试验，经试验后保持完好的锚杆仍可加以利用。

4、锚杆精算。综合分析选取定经基本试验所得的锚杆刚度，将之输入有限元模型中并按第2步调整，最终确定锚杆的布置。