探析建筑地下室的抗浮設計

1、<p>　　探析建筑地下室的抗浮設計</p><p>　　摘 要:結(jié)構(gòu)工程中的抗浮設計是需要在準確合理的參數(shù)下計算不同工況( 整體、局部、施工階段) 下的抗浮穩(wěn)定性問題，選用合理、經(jīng)濟的抗浮措施，并且在基礎(chǔ)計算中考慮水浮力工況下滿足基礎(chǔ)的承載力和變形要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設計;抗浮設計;抗浮設防水位 </p><p>　　中圖分類號：T

2、U318 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　1 抗浮設計方法 </b></p><p>　　1． 1 抗浮計算公式 </p><p>　　在國家新規(guī)范GB 50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范，以下簡稱《基礎(chǔ)規(guī)范》頒布以前，廣東、北京、上海等地方標準對抗浮設計的公式都做了不同的規(guī)定，歸納起來它們之間的不同在于安全系

3、數(shù)的取值略有不同。新《基礎(chǔ)規(guī)范》第3．0．2 條6 款規(guī)定: 建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算; 第3．0．4 條6 款規(guī)定: 當工程需要時應提供用于計算地下水位浮力的設防水位; 第5．4．3 條1 款給出了計算公式: </p><p>　　GK /NW，K≥KW </p><p>　　其中，KW為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況下可取1．05; 第5．4．3 條2 款規(guī)定

4、: 抗浮穩(wěn)定性不滿足設計要求時，可采用增加壓重或設置抗浮構(gòu)件等措施，在整體滿足抗浮穩(wěn)定性要求而局部不滿足時，也可采用增加結(jié)構(gòu)剛度的措施。至此，國家規(guī)范第一次較為明確的對抗浮計算給出了具體要求，設計人員據(jù)此進行抗浮設計。 </p><p>　　1． 2 抗浮驗算內(nèi)容 </p><p>　　雖然抗浮計算公式比較直觀和簡單，但是結(jié)構(gòu)設計人員必須具備一定的基本概念，并且應明確哪些類型的工程需要進行

5、抗浮設計，并且知道怎樣進行抗浮驗算，下文就討論此問題。 </p><p>　　1． 2． 1 整體抗浮驗算 </p><p>　　當建筑物的自重小于水的浮力時，建筑物處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要采取相應的抗浮措施并進行抗浮整體性驗算以保持建筑的穩(wěn)定性。在地下水位較高的地區(qū)，城市中的集中綠地或廣場之間設置的單建式地下車庫; 全埋于地下的水池、泵房等市政工程構(gòu)筑物; 地下室層數(shù)較多而地面上層數(shù)較少的建

6、筑，在這些情況下整體抗浮穩(wěn)定性往往不滿足要求。配重法( 通過增加結(jié)構(gòu)的自重來抵御水浮力的作用) 簡單、可靠也相對比較經(jīng)濟，可以在建筑物地下室或地下構(gòu)筑物的底板、頂板用土、砂、石、混凝土( 包括鋼渣混凝土重度30 kN/m3 ) 等材料壓實回填。建筑物自重與浮力相差不大時，用配重法比較合理，相差較大時會使工程造價提高，這時采用抗拔樁和抗浮錨桿比較合理。抗拔樁多結(jié)合工程樁基而采用，單純使用抗拔樁工程造價也往往比較高?？垢″^桿由于造價低廉、施

7、工方便、能夠與結(jié)構(gòu)的應力與變形相協(xié)調(diào)等優(yōu)點在許多工程得到了運用。 </p><p>　　1． 2． 2 局部抗浮驗算 </p><p>　　在工程實踐中我們還會遇到由于上部結(jié)構(gòu)荷載分布不均勻而導致的局部抗浮力不足的情況。比如現(xiàn)在常見的高層主樓和裙房或地下室車庫基礎(chǔ)之間不設沉降縫的工程，由于高層主樓荷載大，該范圍的整體抗浮能力比較高，但是在裙房或者地下室車庫范圍內(nèi)的抗浮能力就比較弱。有些設計

8、人員只計算上部結(jié)構(gòu)的總重量標準值大于總的水浮力就認為抗浮滿足設計要求，沒有考慮上部結(jié)構(gòu)荷載分布的不均勻，忽略了局部抗浮驗算，有可能會發(fā)生底板隆起、開裂甚至地下室及上部結(jié)構(gòu)的局部范圍出現(xiàn)破壞。局部抗浮驗算不滿足時，可采用提高基礎(chǔ)剛度、配重法或抗浮樁、抗浮錨桿等措施解決抗浮穩(wěn)定性問題，也可以通過幾種手段聯(lián)合使用達到較好的抗浮效果。局部區(qū)域建筑物自重與浮力相差不大時，通過增加基礎(chǔ)剛度和增加配重法比較合理; 局部區(qū)域建筑物自重與浮力相差較大時，

9、采用抗浮錨桿比較經(jīng)濟合理;當同時考慮其他因素，基礎(chǔ)方案已經(jīng)采用樁基時，才用抗拔樁也是比較合理的。 </p><p>　　1． 2． 3 施工階段抗浮驗算 </p><p>　　《建筑工程設計文件編制深度規(guī)定》的第4．4．3 條第8 款中，規(guī)定了“地下室抗浮( 防水) 設計水位及抗浮措施，施工期間的降水要求及終止降水的條件等”，因此除了進行整體和局部抗浮驗算外，設計人員還應該對施工階段的抗浮

10、穩(wěn)定性問題進行考慮，必要時應在施工圖中對“施工期間的降水要求及終止降水的條件”做出明確要求。一般的來講，在施工荷載的自重小于水浮力的階段，通過施工期間的降水就能解決抗浮穩(wěn)定性問題。需要指出一點: 對于主樓、裙樓及地下車庫連成一體的工程，通過后澆帶解決溫度問題或差異沉降問題時，施工時應對后澆帶采取超前止水措施( 詳見GB 50108-2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范第5．2．14條) ，以避免當施工荷載的自重增加到滿足施工階段抗浮要求時由于

11、后澆帶的存在而不能停止降水的情況發(fā)生。還有，當?shù)叵率一拥牡鼗鶠椴煌杆耐翆?、基坑?cè)壁又支護嚴密，地表水對基坑實施倒灌，引起地下室結(jié)構(gòu)的抗浮。我國多數(shù)城市都發(fā)生過下暴雨時的地表水對深基坑的倒灌，這種問題也應引起足夠的重視。 </p><p>　　除此之外，無論何種措施都應考慮地下水浮力對地下室底板的作用，保證地下室底板構(gòu)件在地下水作用下具有足夠的強度和剛度，并滿足構(gòu)件的抗裂或裂縫寬度的控制要求。 </p&g

12、t;<p>　　2 抗浮驗算中幾個參數(shù)的探討 </p><p>　　2． 1 抗浮設防水位的確定 </p><p>　　抗浮設防水位的確定是一個十分復雜的問題，它涉及到場地地形、區(qū)域水文地質(zhì)等因素。在實際中有些勘察報告提出的地下室的抗浮設防水位并不嚴謹，鑒于抗浮設防水位是地下室抗浮設計中一個決定性的參數(shù)，所以需要設計人員對抗浮設防水位的確定方法有一定的了解。目前業(yè)界普遍認同J

13、GJ 72-2004 高層建筑巖土工程勘察規(guī)范第8．6．2 條的方法確定抗浮設防水位。 </p><p>　　1) 長期水位觀測資料時，場地抗浮設防水位可采用實測最高水位; 當無長期水位觀測資料或資料缺乏時，按勘察期間實測最高水位并結(jié)合地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定; </p><p>　　2) 場地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時，應實測承壓水位并考慮其對抗浮設防水位的影響;

14、</p><p>　　3) 只考慮施工期間的抗浮設防時，抗浮設防水位可按一個水文年度的最高水位確定。 </p><p>　　2． 2 抗浮構(gòu)件的布置方法 </p><p>　　2．2．1 抗浮錨桿布置 </p><p>　　抗浮錨桿的布置總結(jié)起來有三種布置方式: </p><p>　　1) 集中點狀布置，一般布置在柱下

15、; </p><p>　　2) 集中線狀布置，布置于地下室底板梁下; </p><p>　　3) 面狀均勻布置，在地下室底板下均勻布置。 </p><p>　　2．2．2 抗拔樁的布置 </p><p>　　由于抗浮樁一般布置于框架柱、底板梁體附近使底板整體受力較好，因此，在布樁設計時，應綜合考慮建筑物底板結(jié)構(gòu)、房屋跨度等相關(guān)因素，結(jié)合單樁抗

16、浮力設計值及結(jié)構(gòu)單跨寬度，經(jīng)過反復計算來確定抗浮樁的數(shù)量和分布?？拱螛兑话阋诉x用樁徑較小、單樁抗拔力相對較小的樁進行密布?？拱螛兜臉堕L宜盡量控制在單節(jié)樁的長度范圍內(nèi)，這樣可以減少接樁費用以及避免由于接樁不牢固造成的抗拔力損失。通過對比不同抗拔樁的設計方案，在基于發(fā)揮抗拉鋼筋的抗拉程度和減少成本、便于施工的角度得出了“抗拔樁的樁徑宜取0．4 m ～ 0．6 m，樁長宜取8 m ～ 16 m”的結(jié)論。 </p><p&g

17、t;<b>　　3 結(jié)語 </b></p><p>　　隨著城市建設規(guī)模的不斷加大，城市地下空間的開發(fā)和利用日益加大。許多城市利用廣場、綠地建設地下工程; 城市住宅小區(qū)利用建筑物之間的廣場和綠地建造多層地下車庫; 城市市政工程中建造的地下構(gòu)筑物，對于這類型的工程，特別在高水位地區(qū)，往往存在著工程的抗浮問題。因此，抗浮計算是否準確，抗浮措施是否合理直接影響到工程基礎(chǔ)的選型和工程造價，應引起設計