時(shí)間：2022-07-02 22:20:37
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇抗浮設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】抗浮錨桿； 設(shè)計(jì)依據(jù)； 防水設(shè)計(jì)原理； 防水措施
地下室是建筑專(zhuān)業(yè)施工圖階段地下室外墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其重要性已被設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)單位所認(rèn)可，國(guó)家也制定了較為系統(tǒng)、全面的《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)范”)以及相應(yīng)的國(guó)標(biāo)圖集，規(guī)范中對(duì)于不同防水材料、不同部位的防水構(gòu)造做法均有較為系統(tǒng)、細(xì)致的交代與規(guī)定，這對(duì)于保證、促進(jìn)我國(guó)的地下防水設(shè)計(jì)、施工，提高防水質(zhì)量起到了很大的積極作用。
但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的規(guī)范中難以全面涵蓋的新問(wèn)題、新情況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者無(wú)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可依，這種情況只能憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往難以保證設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量，抗浮錨桿的防水設(shè)計(jì)也屬于此類(lèi)情況。
筆者所在單位位于青島市，近幾年所設(shè)計(jì)的青島市大型高層項(xiàng)目由于項(xiàng)目本身的實(shí)際需要，地下室往往做三至四層，其深度達(dá)10～17米左右，地下室平面尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上主體面積，由于青島地區(qū)地下水位較淺，因此抗浮設(shè)計(jì)成為一個(gè)很重要的問(wèn)題。根據(jù)青島地區(qū)地基條件很好(基本為微、中風(fēng)化巖)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)在確定抗浮方案時(shí)，經(jīng)常選擇抗浮錨桿做為抵消地下水浮力的方案，而不是抗浮樁方案，因?yàn)檫x擇抗浮錨桿方案造價(jià)相對(duì)便宜，施工也方便，如圖一：
結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)對(duì)于抗浮錨桿的設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)規(guī)程《巖土錨桿(素)技術(shù)規(guī)程》，由中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)組織編制，但外防水問(wèn)題需要建筑專(zhuān)業(yè)予以解決。由于抗浮錨桿一般按照2米間距成網(wǎng)格狀布置并伸入結(jié)構(gòu)閥板內(nèi)，直徑200以下，相當(dāng)于將本來(lái)完整的地下室底板防水層戳了大量的洞口，破壞了防水層的完整性，產(chǎn)生大量的漏水點(diǎn)，這對(duì)防水設(shè)計(jì)來(lái)講是最大的忌諱，由此產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題：
1、無(wú)相應(yīng)的防水設(shè)計(jì)規(guī)范依據(jù)。
設(shè)計(jì)者在做施工圖時(shí)，細(xì)部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)往往習(xí)慣直接選用標(biāo)準(zhǔn)圖集或根據(jù)規(guī)范中相應(yīng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，但現(xiàn)行“規(guī)范”對(duì)于抗浮錨桿的防水構(gòu)造設(shè)計(jì)要求只字未提，有人建議按照規(guī)范中關(guān)于樁頭防水構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，但是筆者通過(guò)與施工單位溝通，此方法根本行不通，原因是樁頭直徑一般在500以上，斷面尺寸大，而抗浮錨桿直徑一般在200以下，斷面尺寸很小，而且還有三根直徑分別為30左右的鋼筋，基本沒(méi)有水平操作面，很難按照樁頭防水構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。
2、設(shè)計(jì)、施工互相推諉。
由于無(wú)規(guī)范設(shè)計(jì)依據(jù)，設(shè)計(jì)者為避免設(shè)計(jì)責(zé)任(主要是擔(dān)心一旦產(chǎn)生漏水，建設(shè)方追究設(shè)計(jì)單位的責(zé)任)，經(jīng)常讓施工企業(yè)自行按照經(jīng)驗(yàn)施工，設(shè)計(jì)者不再出具關(guān)于此部分的防水構(gòu)造節(jié)點(diǎn)詳圖，但因?yàn)榉课萋┧B水問(wèn)題產(chǎn)生的糾紛較多，施工單位也深知其中的責(zé)任較大，故堅(jiān)持強(qiáng)調(diào)必須有施工圖紙，否則不予施工，至此設(shè)計(jì)、施工雙方形成僵持局面。
3、設(shè)計(jì)、施工缺乏經(jīng)驗(yàn)。
產(chǎn)生以上問(wèn)題的根源在于設(shè)計(jì)、施工雙方均無(wú)此方面的成熟經(jīng)驗(yàn)，又沒(méi)有規(guī)范設(shè)計(jì)依據(jù)，所以心中沒(méi)底，沒(méi)有把握能確保設(shè)計(jì)、施工的質(zhì)量。
解決措施：
針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者在做每一個(gè)項(xiàng)目時(shí)均主動(dòng)組織建設(shè)方、施工方、監(jiān)理單位共同開(kāi)會(huì)協(xié)商，請(qǐng)大家各抒己見(jiàn)，以便集思廣益，并結(jié)合自己對(duì)規(guī)范的理解和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，逐漸形成完整的設(shè)計(jì)方案，詳述如下：
3.1 防水設(shè)計(jì)原理。
①根據(jù)“規(guī)范”的有關(guān)防水原則，凡是在防水薄弱部位均做加強(qiáng)層。
②錨桿在底板居中左右處做止水鋼板，目的是改變并延長(zhǎng)可能滲透的毛細(xì)水路徑，阻止毛細(xì)水沿錨桿鋼筋長(zhǎng)驅(qū)直入，使其不易穿透底板。
3.2 防水措施。
關(guān)鍵詞 地下空間；抗浮設(shè)計(jì)；水浮力；抗浮錨桿
中圖分類(lèi)號(hào)TV13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）39-0149-02
隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入，城市用地越來(lái)越緊張，城市地下空間的開(kāi)發(fā)和利用日益得到政府部門(mén)的重視，許多城市利用廣場(chǎng)、綠地等建設(shè)地下工程，但是建設(shè)地下工程，都受到著地下水的浮力作用，如地下鐵道和隧道、地下商場(chǎng)、地下人行通道等地下工程都受到地下水浮力的作用，導(dǎo)致建筑底板破壞、梁柱節(jié)點(diǎn)處開(kāi)裂及底板的破壞等。因此，工程的抗浮設(shè)計(jì)是否正確合理，直接關(guān)系到工程的安全可靠和工程造價(jià)，應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的高度重視。
1 存在的問(wèn)題
地下建筑的層數(shù)一般不高，但是建筑面積非常大，導(dǎo)致地下室處在地下水的浮力作用下，不能用自身重量來(lái)平衡這種浮力，導(dǎo)致地下建筑的頂板受到巨大力的作用，對(duì)于層數(shù)在3層以下或底板埋深＞7m的地下室來(lái)說(shuō)，永久抗浮安全度往往不夠，導(dǎo)致地下室整體或局部上浮的工程事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民帶來(lái)了極大的損失，隨著地下空間的逐步利用，人們總結(jié)了出現(xiàn)這種問(wèn)題的原因：
1）沒(méi)有考慮到地下水浮力的作用或沒(méi)有對(duì)水浮力作用機(jī)理有足夠的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致在建設(shè)地下工程時(shí)沒(méi)有做抗浮驗(yàn)算；
2）沒(méi)有做好施工現(xiàn)場(chǎng)的地下水勘察工作，導(dǎo)致抗浮設(shè)計(jì)中地下水水位的取值不當(dāng)，沒(méi)有考慮到極端天氣下出現(xiàn)的最高水位；
3）設(shè)計(jì)人員忽視了抗浮計(jì)算中的一些因素，導(dǎo)致抗浮措施不當(dāng)；
4）施工單位在地下工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)于抗浮措施沒(méi)有引起足夠的重視。
2 地下工程抗浮措施的選擇
下水浮力的作用機(jī)理，可以采取配重法來(lái)平衡水浮力，這種方法簡(jiǎn)單有效，主要可以通過(guò)增加自身的重量來(lái)抵御水的浮力；工程上也采用設(shè)置抗浮樁的方法解決抗浮問(wèn)題，其原理和配重法一樣，只不過(guò)設(shè)置抗浮樁是利用樁側(cè)面和土體的阻力來(lái)平衡浮力的。
對(duì)于配重法，適用范圍廣，可以將增加的重量設(shè)置在底板上，通過(guò)抗浮計(jì)算得到需要配置的重量，然后再底板上設(shè)置回填層，用土、砂、石等密度大的材料進(jìn)行回填，利用回填物的重量來(lái)增加地下工程的總體重量，達(dá)到抗浮的目的。有時(shí)可以利用底板外挑部分回填一部分配重，達(dá)到增加自身重量的目的；對(duì)于底板為板柱或梁板結(jié)構(gòu)，可以利用底板柱帽或梁至地坪之間的空間設(shè)置回填土，這種方法可以解決地下工程抗浮問(wèn)題，還可以作為底板的防水處理。綜上，配重法作為一種簡(jiǎn)單可行的方法，不受地理?xiàng)l件、施工環(huán)境的影響，不但可以降低造價(jià)，還可以解決抗浮問(wèn)題，常常作為基本方法予以采用。
采用抗浮樁進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，主要是利用抗浮樁側(cè)面與土體的摩擦來(lái)抵消地下水浮力的，抗浮樁的效果與樁長(zhǎng)、樁徑、樁型以及周?chē)牡刭|(zhì)條件都有很大的關(guān)系，因?yàn)橹圃炜垢兜脑靸r(jià)高，所以一般使用在柱、墻下等抗浮面積較大、受環(huán)境條件、施工條件影響大的地方。
抗浮錨桿是利用錨桿與砂漿組成一個(gè)錨固體，保證錨固體和巖土層的結(jié)合力，可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮錨桿具有造價(jià)低、施工方便、受力合理等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的用于地下空間抗浮施工。在實(shí)際施工中，施工人員要根據(jù)地下工程的結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件、浮力大小、施工條件和工期要求等因素確定采用何種抗浮措施。
3 地下工程的抗浮設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)流程
對(duì)于地下工程抗浮設(shè)計(jì)總原則，應(yīng)該滿足下式要求：
式中：W為地下建筑自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和；
F為地下水浮力。
當(dāng)?shù)叵陆ㄖ灾丶暗孛嫔献饔糜谰煤奢d標(biāo)準(zhǔn)值的總和不滿足（1）式要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地下建筑抗浮設(shè)計(jì)。
在具體設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)建筑物的地面上結(jié)構(gòu)外邊線與地下建筑外邊線基本重疊時(shí)，地下建筑的抗浮設(shè)計(jì)按以下原則進(jìn)行：
1）當(dāng)結(jié)構(gòu)重量大于地下水的浮力且滿足（1）式時(shí)，不必考慮地下水對(duì)地下建筑整體浮力作用，但應(yīng)在設(shè)計(jì)中提出施工中必須采取隔水或降水措施降低地下水位；
2）當(dāng)結(jié)構(gòu)重量小于地下水浮力時(shí)，地下建筑肯定要設(shè)置永久性抗浮構(gòu)件或采取其他有效措施以平衡地下水對(duì)整體結(jié)構(gòu)的浮力；
3）上述兩種情況還必須考慮地下水浮力對(duì)地下建筑底板的反向作用，保證地下建筑底板構(gòu)件在地下水反向作用下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并滿足構(gòu)件的上拱抗裂要求。
3.2 水浮力計(jì)算
一般情況下，水浮力可以由巖土工程勘察報(bào)告提供的用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)計(jì)水位，根據(jù)阿基米德定律依照公式：
（2）
其中，V0為水浮力；F3為地下建筑重力；F4為覆土重力；A為承重地下水浮力作用的豎向受力單元的地下室柱網(wǎng)面積；F1為樁柱重力；F2為承臺(tái)重力；F5為±0.000以上主體垂直荷載。
若計(jì)算結(jié)果v＞0，則應(yīng)采取抗浮措施。在浮力計(jì)算過(guò)程中要注意：當(dāng)?shù)叵陆ㄖ娣e與上部主體結(jié)構(gòu)面積相同時(shí)，可簡(jiǎn)單比較地下建筑水浮力與建筑總荷載的關(guān)系，來(lái)判斷是否可能發(fā)生上浮；當(dāng)?shù)叵陆ㄖ娣e大于上不主體建筑±0.000層面積時(shí)，或按裙房樓層比較浮力與建筑總荷載，浮力大于建筑總荷載時(shí)，應(yīng)以豎向受力構(gòu)件為單元分析浮力的平衡狀態(tài)。
3.3 抗浮設(shè)計(jì)
當(dāng)計(jì)算所得的浮力V>0時(shí)，應(yīng)采取抗浮措施，在選擇抗浮措施時(shí)，要做到經(jīng)濟(jì)合理，首先要分析工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并分別區(qū)別施工階段和竣工后使用階段的不同情況。
1）施工階段的抗浮措施。地下建筑物若處于透水系數(shù)比較大的粉質(zhì)粘土、粉土、砂土中，由于正值施工期間，地下建筑的頂板和覆土尚未完成，此時(shí)底板和外墻已施工完成。在地下水的作用下，形成了水浮力，當(dāng)浮力不大時(shí)，可以利用排水明溝、集水井進(jìn)行排水，以減少水浮力；當(dāng)土質(zhì)的滲透系數(shù)大，應(yīng)在地下建筑底板中設(shè)置后澆帶，利用板下的墊石作為倒濾層，排除水后，直到地下建筑底板的水排干凈后，澆筑后澆帶的混凝土；
2）永久性抗浮措施。在上面提到利用配重法、抗浮樁法、抗浮錨桿等來(lái)平衡地下水浮力，工程中常用的永久性抗浮措施：抗浮錨桿，由于粘質(zhì)粉土、硬塑狀粘土或風(fēng)化基巖適宜鉆孔注漿，若地下建筑底板下是這些土層，可以利用注漿錨桿法。抗浮錨桿具有良好的底層適應(yīng)性，易于施工，錨桿布置非常靈活，錨固效率高。由于其單向受力特點(diǎn)，抗拔力及預(yù)應(yīng)力易于控制，有利于建筑構(gòu)件的應(yīng)力與變形協(xié)調(diào)，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)，在許多條件下，優(yōu)于配重法和抗浮樁法。
4 地下建筑上浮后處理措施
當(dāng)發(fā)生地下建筑上浮后，應(yīng)盡快采取措施增加配重和降低地下水水位，以減小水浮力，再檢查地下建筑上浮是否造成建筑結(jié)構(gòu)的破壞，破壞過(guò)程是否可以修復(fù)。常用的幾種地下建筑上浮處理方法：1）加載。設(shè)法迅速增加地下建筑的重量，以克服水浮力及地下建筑側(cè)墻與土體之間的摩擦力，使卡在土層中的地下建筑沉回原位；2）抽水。可以在現(xiàn)場(chǎng)重新啟動(dòng)原有的抽水井或另行打設(shè)抽水井以降低水壓；3）解壓。在地下室底板上鉆孔，以宣泄地下水，此外如果地下建筑外側(cè)有足夠的場(chǎng)地，可以考慮將周邊塌方部分挖除，可以使地下建筑較易于下沉。
5 結(jié)論
地下室的抗浮設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)地下工程具體情況進(jìn)行認(rèn)真分析，正確計(jì)算水浮力與抗浮力，處理好工程整體抗浮與局部抗浮的關(guān)系，選擇合理的抗浮措施，既保證地下工程的安全，又節(jié)省投資。
參考文獻(xiàn)
[1]裴豪杰.地下結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計(jì)探討，2004.
【關(guān)鍵詞】地下室；抗浮設(shè)計(jì)；問(wèn)題
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市建設(shè)的發(fā)展，人們對(duì)地下空間的需求不斷增長(zhǎng)，地下工程在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中所占的比重越來(lái)越大。近幾年來(lái)，有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故，如出現(xiàn)裂縫、漏水、地下室底板局部拱起甚至地下室上浮及結(jié)構(gòu)破壞等，處理起來(lái)非常棘手且效果不好。在多個(gè)地下室因水浮力作用而引發(fā)的工程事故中，主要是由于設(shè)計(jì)人員對(duì)地下水的作用認(rèn)識(shí)不足，抗浮設(shè)計(jì)的基本概念不清晰造成的。本文根據(jù)審查工程中地下室抗浮設(shè)計(jì)出現(xiàn)的一些問(wèn)題，總結(jié)以下幾方面在設(shè)計(jì)時(shí)需加以注意。
1、確定科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位
規(guī)范規(guī)定建筑物在施工及使用階段均應(yīng)符合抗浮穩(wěn)定性要求。在建筑物施工階段，應(yīng)根據(jù)施工期間的抗浮設(shè)防水位和抗力荷載進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，必要時(shí)采取可靠的降、排水措施滿足抗浮穩(wěn)定要求；在建筑物使用階段，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期抗浮設(shè)防水位進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。驗(yàn)算地下水對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用時(shí)，原則上應(yīng)按勘察報(bào)告提供的設(shè)防水位計(jì)算水浮力。確定一個(gè)科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位對(duì)于地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很重要的。抗浮水位、防水水位和設(shè)防水位這三個(gè)術(shù)語(yǔ)的意義不同，抗浮水位是指抗浮設(shè)計(jì)時(shí)控制浮力的水位，防水水位是地下水防水設(shè)計(jì)時(shí)控制設(shè)計(jì)的水位，對(duì)同一個(gè)場(chǎng)地而言，有些情況下水位是相同的，但有些情況可能不相同。設(shè)防水位的含義應(yīng)該更具有嚴(yán)格的內(nèi)涵，抗浮水位與抗浮設(shè)防水位嚴(yán)格程度不同，抗浮設(shè)防水位應(yīng)該包含有多少年一遇的水位，或者超越概率，如果沒(méi)有歷史資料可以作概率分析，這個(gè)水位沒(méi)有多少年一遇的內(nèi)涵，則只能通稱(chēng)為抗浮水位而不能說(shuō)是抗浮設(shè)防水位。由于分析設(shè)防水位的超越概率需要長(zhǎng)期觀測(cè)的地下水歷史資料，對(duì)于沒(méi)有建立長(zhǎng)期觀測(cè)地下水位站網(wǎng)的城市和地區(qū)，僅憑勘察時(shí)觀測(cè)的地下水位作為設(shè)防水位是不確切的。
2、抗浮計(jì)算
局部抗浮，一般按照1.05F（浮力）—0.9G（自重+覆重）
3、抗浮設(shè)計(jì)
抗浮設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮采用增加自重或覆土的辦法，即自重平衡法來(lái)平衡地下水浮力。無(wú)論采用增加結(jié)構(gòu)自重，還是增設(shè)覆重，都是要按照經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行處理的，是有限度的。通常在防水底板上增設(shè)回填土、灰土墊層、毛石混凝土、素混凝土層等，有的采用鐵屑混凝土（不建議采用）；另外在地下室頂板增設(shè)覆土，局部也可采用地下室底板外挑，比較經(jīng)濟(jì)有效。
如果采用自重或覆土加覆重辦法，抗浮計(jì)算仍不滿足時(shí)，可采用抗拔樁和錨桿處理。采用抗浮樁或抗浮錨桿等措施，應(yīng)在基坑開(kāi)挖前確定抗浮設(shè)計(jì)方案。以便于基坑槽、抗浮樁施工及本工程基坑降水與邊坡支護(hù)、基礎(chǔ)施工等后續(xù)工藝的銜接。抗浮樁或錨桿設(shè)計(jì)所需各巖土層相關(guān)參數(shù)可按巖土工程勘察報(bào)告提供值采用。采用配重加錨桿相結(jié)合的方案，錨桿的孔徑150mm，200mm較為常用，具體設(shè)計(jì)可由抗拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。
4、抗浮設(shè)計(jì)的問(wèn)題及處理
（1）對(duì)于地下水位較低的情況，通常僅按構(gòu)造要求，設(shè)構(gòu)造防水底板，板厚不小于250mm，構(gòu)造配筋即可滿足要求。但是，實(shí)際工程中，有的工程地下水位較高（在底板之上），也采用構(gòu)造做法就不妥了，此時(shí)雖然整體抗浮滿足要求，但局部抗浮混凝土底板裂縫可能不滿足，獨(dú)立柱基與防水底板變形不協(xié)調(diào)，結(jié)果是因配筋過(guò)小導(dǎo)致防水底板開(kāi)裂失效。
（2）地下水位較高時(shí)，應(yīng)特別注意只有地下室部分和地面上樓層不多時(shí)的抗浮計(jì)算。地下室車(chē)道、地下水池的抗浮驗(yàn)算常常容易漏掉。
（3）地下室外墻（土壓力及水壓力）與防水底板（水壓力、上部荷載）不僅要滿足受力要求，還應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度的計(jì)算，裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通。
（4）需要明確地下工程防水混凝土迎水面鋼筋保護(hù)層厚度，有的設(shè)計(jì)取值偏小。應(yīng)注意防水底板與墻柱基礎(chǔ)，以及防水底板與主樓基礎(chǔ)的連接，受力鋼筋的錨固與搭接要求。
（5）高層地下室采用獨(dú)立柱基或條基加抗水底板時(shí)，在抗水板下設(shè)褥墊，以保證實(shí)際受力與設(shè)計(jì)計(jì)算模型相同。高層建筑地下室設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)装逑碌耐临|(zhì)較好時(shí)，地下室底板自重、地下室隔墻和水池等荷載考慮由底板下的土層直接承受，應(yīng)要求不擾動(dòng)土層、對(duì)遇到軟弱土?xí)r的處理方法，超開(kāi)挖或者標(biāo)高變化處的回填土的施工應(yīng)提出明確的要求，回填土未加處理將引起底板開(kāi)裂。
（6）當(dāng)采用抗浮樁時(shí)，樁基不能既作抗拔樁，又同時(shí)作為承壓樁來(lái)設(shè)計(jì)，因?yàn)闃吨挥凶冃尾虐l(fā)揮作用，相反方向的變形會(huì)導(dǎo)致樁基失效而不安全。
（7）抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，后澆帶應(yīng)有措施保證抗水板不出現(xiàn)薄弱點(diǎn)及漏點(diǎn)。
（8）抗拔樁設(shè)計(jì)時(shí)，樁身配筋量不能僅按強(qiáng)度要求進(jìn)行計(jì)算，往往缺少裂縫寬度驗(yàn)算。按裂縫寬度控制計(jì)算結(jié)果的配筋量遠(yuǎn)大于按強(qiáng)度要求計(jì)算的配筋量。采用預(yù)制樁作為抗拔樁時(shí)，往往只注意樁身的抗拉強(qiáng)度要求，樁基與承臺(tái)間連接鋼筋的強(qiáng)度要求接樁段的裂縫寬度要求常常被忽視。
（9）抗拔樁計(jì)算問(wèn)題：抗拔樁配筋計(jì)算時(shí)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0有誤（審查中發(fā)現(xiàn)，抗浮計(jì)算時(shí)水浮力和壓重分項(xiàng)系數(shù)均取1.0計(jì)算，當(dāng)水浮力大于壓重時(shí)，抗拔樁樁身配筋按（水浮力一壓重，鋼筋強(qiáng)度計(jì)算，嚴(yán)重錯(cuò)誤）。地下室底板的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)（水位較高，總豎向荷載往上）（樁基時(shí)不同），板、覆土的自重的荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2有誤，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范）GB50009—2012第3.2.54條荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0。抗浮計(jì)算時(shí)，板、覆土的自重的荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取0.9進(jìn)行折減。
（10）有些設(shè)計(jì)人員往往忽視施工對(duì)地下室抗浮的重要性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明中必須明確降排水要求，包括停止降水的時(shí)間（不留降水盲點(diǎn)，雨季必要時(shí)應(yīng)另有要求和措施），主樓及地下室施工完成的進(jìn)度，必須具備的條件，如基礎(chǔ)底板及頂板上覆重完成等；另外還要明確荷重要求，墊層的密度、壓實(shí)系數(shù)等要求。
[關(guān)鍵詞]地下空間；抗浮設(shè)計(jì)；水浮力；抗浮錨桿；
中圖分類(lèi)號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）27-0224-01
引言
隨著城市化進(jìn)程的開(kāi)展，地下空間開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視，且規(guī)模也越來(lái)越大。高層建筑的多層地下室、地下鐵道及隧道、地下停車(chē)場(chǎng)、地下商場(chǎng)、地下倉(cāng)庫(kù)和地下市政設(shè)施都面臨著抗浮設(shè)計(jì)的難題。目前采用的抗浮措施主要有加重法、降截排水法、抗浮錨桿和抗浮樁等[1]，各種方法及聯(lián)合方法均有很多成功案例。抗浮設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地確定浮托力，這也是近年來(lái)專(zhuān)家學(xué)者研究和討論的熱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在抗浮設(shè)防水位的確定和粘土浮力計(jì)算折減問(wèn)題。地下結(jié)構(gòu)受到地下水浮力的作用，導(dǎo)致建筑底板破壞、梁柱節(jié)點(diǎn)處開(kāi)裂及底板的破壞等。因此，工程的抗浮設(shè)計(jì)是否正確合理，直接關(guān)系到工程的安全可靠和工程造價(jià)，應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的高度重視。
1.存在的問(wèn)題
地下建筑的層數(shù)一般不高，但是建筑面積非常大，導(dǎo)致地下室處在地下水的浮力作用下，不能用自身重量來(lái)平衡這種浮力，導(dǎo)致地下建筑的頂板受到巨大力的作用，對(duì)于層數(shù)在3層以下或底板埋深>7m的地下室來(lái)說(shuō)，永久抗浮安全度往往不夠，導(dǎo)致地下室整體或局部上浮的工程事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民帶來(lái)了極大的損失，隨著地下空間的逐步利用，人們總結(jié)了出現(xiàn)這種問(wèn)題的原因：
（1）沒(méi)有考慮到地下水浮力的作用或沒(méi)有對(duì)水浮力作用機(jī)理有足夠的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致在建設(shè)地下工程時(shí)沒(méi)有做抗浮驗(yàn)算；
（2）沒(méi)有做好施工現(xiàn)場(chǎng)的地下水勘察工作，導(dǎo)致抗浮設(shè)計(jì)中地下水水位的取值不當(dāng)，沒(méi)有考慮到極端天氣下出現(xiàn)的最高水位；
（3）設(shè)計(jì)人員忽視了抗浮計(jì)算中的一些因素，導(dǎo)致抗浮措施不當(dāng)；
（4）施工單位在地下工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)于抗浮措施沒(méi)有引起足夠的重視。
2.地下工程抗浮措施的選擇
下水浮力的作用機(jī)理，可以采取配重法來(lái)平衡水浮力，這種方法簡(jiǎn)單有效，主要可以通過(guò)增加自身的重量來(lái)抵御水的浮力；工程上也采用設(shè)置抗浮樁的方法解決抗浮問(wèn)題，其原理和配重法一樣，只不過(guò)設(shè)置抗浮樁是利用樁側(cè)面和土體的阻力來(lái)平衡浮力的。
對(duì)于配重法，適用范圍廣，可以將增加的重量設(shè)置在底板上，通過(guò)抗浮計(jì)算得到需要配置的重量，然后再底板上設(shè)置回填層，用土、砂、石等密度大的材料進(jìn)行回填，利用回填物的重量來(lái)增加地下工程的總體重量，達(dá)到抗浮的目的。有時(shí)可以利用底板外挑部分回填一部分配重，達(dá)到增加自身重量的目的；對(duì)于底板為板柱或梁板結(jié)構(gòu)，可以利用底板柱帽或梁至地坪之間的空間設(shè)置回填土，這種方法可以解決地下工程抗浮問(wèn)題，還可以作為底板的防水處理。綜上，配重法作為一種簡(jiǎn)單可行的方法，不受地理?xiàng)l件、施工環(huán)境的影響，不但可以降低造價(jià)，還可以解決抗浮問(wèn)題，常常作為基本方法予以采用。
采用抗浮樁進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，主要是利用抗浮樁側(cè)面與土體的摩擦來(lái)抵消地下水浮力的，抗浮樁的效果與樁長(zhǎng)、樁徑、樁型以及周?chē)牡刭|(zhì)條件都有很大的關(guān)系，因?yàn)橹圃炜垢兜脑靸r(jià)高，所以一般使用在柱、墻下等抗浮面積較大、受環(huán)境條件、施工條件影響大的地方。
抗浮錨桿是利用錨桿與砂漿組成一個(gè)錨固體，保證錨固體和巖土層的結(jié)合力，可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮錨桿具有造價(jià)低、施工方便、受力合理等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的用于地下空間抗浮施工。在實(shí)際施工中，施工人員要根據(jù)地下工程的結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件、浮力大小、施工條件和工期要求等因素確定采用何種抗浮措施。
3.地下工程的抗浮設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)流程
對(duì)于地下工程抗浮設(shè)計(jì)總原則，應(yīng)該滿足下式要求：
（1）
式中：W――地下建筑自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和；
F――地下水浮力。
當(dāng)?shù)叵陆ㄖ灾丶暗孛嫔献饔糜谰煤奢d標(biāo)準(zhǔn)值的總和不滿足（1）式要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地下建筑抗浮設(shè)計(jì)。
在具體設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)建筑物的地面上結(jié)構(gòu)外邊線與地下建筑外邊線基本重疊時(shí)，地下建筑的抗浮設(shè)計(jì)按以下原則進(jìn)行：
（1）當(dāng)結(jié)構(gòu)重量大于地下水的浮力且滿足（1）式時(shí)，不必考慮地下水對(duì)地下建筑整體浮力作用，但應(yīng)在設(shè)計(jì)中提出施工中必須采取隔水或降水措施降低地下水位。
（2）當(dāng)結(jié)構(gòu)重量小于地下水浮力時(shí)，地下建筑肯定要設(shè)置永久性抗浮構(gòu)件或采取其他有效措施以平衡地下水對(duì)整體結(jié)構(gòu)的浮力。
（3）上述兩種情況還必須考慮地下水浮力對(duì)地下建筑底板的反向作用，保證地下建筑底板構(gòu)件在地下水反向作用下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并滿足構(gòu)件的上拱抗裂要求。
3.2水浮力計(jì)算
一般情況下，水浮力可以由巖土工程勘察報(bào)告提供的用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)計(jì)水位，根據(jù)阿基米德定律依照公式：
（2）
其中，為水浮力；為地下建筑重力；為覆土重力；為承重地下水浮力作用的豎向受力單元的地下室柱網(wǎng)面積；為樁柱重力；為承臺(tái)重力；為±0.000以上主體垂直荷載。
若計(jì)算結(jié)果v>0，則應(yīng)采取抗浮措施。在浮力計(jì)算過(guò)程中要注意：當(dāng)?shù)叵陆ㄖ娣e與上部主體結(jié)構(gòu)面積相同時(shí)，可簡(jiǎn)單比較地下建筑水浮力與建筑總荷載的關(guān)系，來(lái)判斷是否可能發(fā)生上浮；當(dāng)?shù)叵陆ㄖ娣e大于上不主體建筑±0.000層面積時(shí)，或按裙房樓層比較浮力與建筑總荷載，浮力大于建筑總荷載時(shí)，應(yīng)以豎向受力構(gòu)件為單元分析浮力的平衡狀態(tài)。
3.3抗浮設(shè)計(jì)
當(dāng)計(jì)算所得的浮力 時(shí)，應(yīng)采取抗浮措施，在選擇抗浮措施時(shí)，要做到經(jīng)濟(jì)合理，首先要分析工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并分別區(qū)別施工階段和竣工后使用階段的不同情況。
（1）施工階段的抗浮措施。地下建筑物若處于透水系數(shù)比較大的粉質(zhì)粘土、粉土、砂土中，由于正值施工期間，地下建筑的頂板和覆土尚未完成，此時(shí)底板和外墻已施工完成。在地下水的作用下，形成了水浮力，當(dāng)浮力不大時(shí)，可以利用排水明溝、集水井進(jìn)行排水，以減少水浮力；當(dāng)土質(zhì)的滲透系數(shù)大，應(yīng)在地下建筑底板中設(shè)置后澆帶，利用板下的墊石作為倒濾層，排除水后，直到地下建筑底板的水排干凈后，澆筑后澆帶的混凝土。
（2）永久性抗浮措施。在上面提到利用配重法、抗浮樁法、抗浮錨桿等來(lái)平衡地下水浮力，工程中常用的永久性抗浮措施：抗浮錨桿，由于粘質(zhì)粉土、硬塑狀粘土或風(fēng)化基巖適宜鉆孔注漿，若地下建筑底板下是這些土層，可以利用注漿錨桿法。抗浮錨桿具有良好的底層適應(yīng)性，易于施工，錨桿布置非常靈活，錨固效率高。由于其單向受力特點(diǎn)，抗拔力及預(yù)應(yīng)力易于控制，有利于建筑構(gòu)件的應(yīng)力與變形協(xié)調(diào)，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)，在許多條件下，優(yōu)于配重法和抗浮樁法。
地下室的抗浮設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)地下工程具體情況進(jìn)行認(rèn)真分析，正確計(jì)算水浮力與抗浮力，處理好工程整體抗浮與局部抗浮的關(guān)系，選擇合理的抗浮措施，既保證地下工程的安全，又節(jié)省投資。
關(guān)鍵詞：地下室；抗浮設(shè)計(jì)；錨桿；注漿
引言
近年來(lái)，隨著城市用地的日益緊張，建筑物地下室的埋深亦愈來(lái)愈大，部分地下室上部結(jié)構(gòu)為裙房，如果地下水較淺，裙房結(jié)構(gòu)自重不足以抵抗地下水浮力，地下室抗浮設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題。
對(duì)民用建筑工程地下室的抗浮驗(yàn)算，國(guó)家規(guī)范和各種地方規(guī)范提出了不同的要求，主要有四種：
（一）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）第3.2.4條第4點(diǎn)規(guī)定：對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。
（二）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）第5.4.3條，建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 對(duì)于簡(jiǎn)單的浮力作用情況，基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求： ，式中：Gk――建筑物自重及壓重之和（kN）
Nw，k――浮力作用值（kN）；
Kw――抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般情況下可取1.05.
2 抗浮穩(wěn)定性不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用增加壓重或設(shè)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(shí)，也可采用增加結(jié)構(gòu)剛度的措施。
（三）《廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》》（DBJ 15-31-2003）（簡(jiǎn)稱(chēng)廣東標(biāo)準(zhǔn)）第5.2.1條規(guī)定，地下室抗浮穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式的要求：W/F≥1.05，式中：W為地下室自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和；F為地下水的浮力的標(biāo)準(zhǔn)值。
（四）《北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則（結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)）》第3.1.8條第5款規(guī)定：在驗(yàn)算建筑之抗浮能力時(shí)，應(yīng)不考慮活載，抗浮安全系數(shù)取1.0.
以上四種計(jì)算要求中，國(guó)家規(guī)范和廣東標(biāo)準(zhǔn)的抗浮要求是一致的。目前，常用的抗浮措施有加大結(jié)構(gòu)尺寸或增加結(jié)構(gòu)壓重抗浮、抗拔樁抗浮、錨桿抗浮等。其中抗浮錨桿以其經(jīng)濟(jì)性、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在地下室抗浮設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越多。但抗浮錨桿設(shè)計(jì)目前尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)定和計(jì)算方法，如何保證抗浮錨桿設(shè)計(jì)的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性就顯得尤其重要。下面結(jié)合工程實(shí)例，主要論述了錨桿在地下室抗浮中的設(shè)計(jì)的應(yīng)用，以供大家參考。
1 工程概況
某住宅小區(qū)，一共6幢，建筑面積108500，地上25～28層，地下1層。地下室底板面標(biāo)高-4.9米，基礎(chǔ)部分采用人工挖孔樁，持力層為中風(fēng)化花崗巖層，計(jì)算沉降量為15～18mm，單層地下室部分采用天然筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為殘積礫質(zhì)粘性土層，計(jì)算沉降量為5mm，為調(diào)整沉降差，地下室間設(shè)置沉降后澆帶方可澆筑；場(chǎng)地較穩(wěn)定，不存在巖溶作用；地基穩(wěn)定性好，地下水豐富。
2 抗浮設(shè)計(jì)
3 錨桿設(shè)計(jì)
由于錨桿抗拔設(shè)計(jì)無(wú)明確的規(guī)范條文，設(shè)計(jì)時(shí)參考《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算和構(gòu)造措施。
（1）土力學(xué)參數(shù)
（2）錨桿抗拔承載力特征值計(jì)算
錨桿設(shè)計(jì)直徑為D=130mm，基底以下土層性質(zhì)良好，按全粘結(jié)錨桿設(shè)計(jì)，根據(jù)土層及施工情況，設(shè)計(jì)錨桿錨固長(zhǎng)度la為8m。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.8.6 條，對(duì)永久性錨桿的初步設(shè)計(jì)，可按下式估算：
Nak=ζ?furhr=112kN
式中：Nak為錨桿抗拔承載力特征值；ur為錨桿周長(zhǎng)，為0.408m；hr為錨桿錨固段錨入巖層的有效錨固長(zhǎng)度
本工程按各土層平均高度取值，即土層③5m，土 層④1.75m，土層⑤1.25m；?為水泥砂漿與巖土層的粘結(jié)強(qiáng)度特征值；ζ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.8。
設(shè)計(jì)取Nak=100kN。
（3）錨桿鋼筋截面積計(jì)算
錨桿體選用三級(jí)鋼，?y=360N/mm2
根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》第7.2.2條
As≥Y0Na/ζ2?y= 523mm2
式中：
As為錨桿鋼筋面積；Na為錨桿抗拔承載力設(shè)計(jì)值，Na=1.3Nak；ζ.....2為錨筋抗 拉工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.69；Y0為工程重要性系數(shù)，取1.0。
設(shè)計(jì)選用 1Ф28（HRB400級(jí)鋼）
（4）錨桿鋼筋與錨固砂漿的錨固長(zhǎng)度計(jì)算
根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》第7.2.4條
l≥Y0Na/ζ3πd?b=1.17m
式中：l為錨桿鋼筋與砂漿間的錨固度；d為錨桿鋼筋直徑；?b為鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)砂漿為M25時(shí)，?b= 2.1MPa；ζ3為鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.60。
（5）錨桿布置
（6）注漿設(shè)計(jì)
錨桿注漿采用425#普通硅酸鹽水泥，細(xì)砂攪拌而成，砂漿的強(qiáng)度為M25，坍落度約75 mm左右，注漿壓力應(yīng)≥1.0MPa；且應(yīng)采用二次注漿，二次注漿選用水灰比0.45～0.5的純水泥漿，注漿壓力≥2.0MPa。
4 錨桿驗(yàn)收
錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)的錨桿數(shù)量取錨桿總數(shù)的5%，本工程共檢測(cè)60根；最大試驗(yàn)荷載取錨桿設(shè)計(jì)特征值的二倍。根據(jù)《錨桿檢測(cè)報(bào)告》的試驗(yàn)結(jié)果顯示，全部樣品在200kN荷載作用下，錨頭位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，均滿足設(shè)計(jì)要求。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，本工程采用了錨桿抗浮技術(shù)，不但保證了工程的質(zhì)量，而且在工期和經(jīng)濟(jì)上都取得了顯著的效果；錨桿抗浮較其它技術(shù)抗浮有顯著的優(yōu)點(diǎn)。由于土層的不確定性，錨桿全面施工前應(yīng)進(jìn)行基本試驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2011）
[2]建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）
[3]巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程（CECS22-2005）
[4]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 50009-2012）
關(guān)鍵詞:地下工程；地質(zhì)條件；抗浮設(shè)計(jì)；優(yōu)化工作
中圖分類(lèi)號(hào)：F407.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，城市建筑行業(yè)得到蓬勃的發(fā)展，許多建筑工程開(kāi)始對(duì)地下空間進(jìn)行開(kāi)發(fā)及利用，這對(duì)地下工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全也提出了更好的要求。我國(guó)沿海地區(qū)地下水文普遍較高，地下水浮力較大，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗浮樁由于自身具有一定的缺陷，已無(wú)法滿足當(dāng)前地下工程建設(shè)的需要，若建設(shè)單位不進(jìn)行抗浮優(yōu)化設(shè)計(jì)，很可能會(huì)出現(xiàn)地下室上浮、地下結(jié)構(gòu)被破壞等情況。而將鋼筋混凝土支護(hù)樁作為抗浮樁具有成本低、抗浮承載力高、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好彌補(bǔ)傳統(tǒng)抗浮樁的不足之處，并降低工程基坑開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)及難度，目前在城市地下工程中得到廣泛的應(yīng)用及推廣。本文通過(guò)探討地下工程抗浮優(yōu)化設(shè)計(jì)研究工作，希望為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)研究工作提供借鑒依據(jù)。
1工程概況
某地下人防工程位于該市中心某商業(yè)繁華地段，按照平-戰(zhàn)結(jié)合原則設(shè)計(jì)，地面為車(chē)輛交通道路，地下人防平時(shí)用作步行商業(yè)街。
該工程的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板、柱、墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，下沉式廣場(chǎng)為樁筏基礎(chǔ);工程類(lèi)型為甲類(lèi)人防地下室工程(掘開(kāi)式)，抗力系數(shù)為6，防核武器抗力級(jí)別為6、7，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁，沿基坑周邊布置，樁徑d為900mm，樁長(zhǎng)為12～16.5m，樁中心距s為1400mm，所用混凝土強(qiáng)度為C30。基坑內(nèi)支撐采用平面鋼桁架，支護(hù)樁樁頂冠梁兼作圍囹。基坑四周樁間土用三重管高壓旋噴樁豎向加固，與鉆孔灌注樁聯(lián)合作業(yè)，形成止水帷幕。基坑開(kāi)挖時(shí)采用對(duì)地表水和上層滯水設(shè)置排水溝和集水井的方法進(jìn)行明排，下部砂層承壓層采用管井群疏降水。
2場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件
該工程場(chǎng)區(qū)的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。場(chǎng)區(qū)域自中更新世末期至晚更新世中期堆積了近百米厚的砂卵(礫)石層，勘探深度內(nèi)的卵石層屬其上部，地層層位為上更新統(tǒng)洪積、沖積層，之上為全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、沙層。
場(chǎng)區(qū)孔隙潛水動(dòng)態(tài)變化受大氣降水影響明顯，枯水期水位埋深0.5～1.5m，豐水期水位與地面平齊，勘探期間測(cè)得水位埋深0.55～1.12m。孔隙承壓水水位呈水文型自然動(dòng)態(tài)變化，即隨江河水位變化而變化，態(tài)勢(shì)明顯，如圖1所示。全年中，1、2、3、11、12月份為孔隙承壓水的枯水期，勘探期間測(cè)得地下水位埋深1.85～2.05m，7、8月份為地下水豐水期，其他為地下水平水期。
圖1地下水位和江河水位動(dòng)態(tài)曲線圖
3原設(shè)計(jì)抗浮驗(yàn)算及分析
原設(shè)計(jì)考慮到地下結(jié)構(gòu)自重作用下抗浮穩(wěn)定性不足，采取了如下措施:①街道下采用增加抗浮混凝土配重墊層(厚1400mm)，如圖3所示;②沉入式廣場(chǎng)采用有擴(kuò)大頭的鋼筋混凝土灌注樁(直徑為800mm)作為抗拔樁。
根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式:
Kw=Gk/Nw，k (1)
式中:Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù);Gk為底板單位面積抗浮力，即建筑物自重及壓重之和，kN;Nw，k為浮力作用值，kN。
抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw一般情況下可取1.05，考慮本工程的工程線路較長(zhǎng)、水文地質(zhì)情況較為復(fù)雜，Kw按1.10設(shè)計(jì)。
根據(jù)“安全、經(jīng)濟(jì)、合理、科學(xué)”的設(shè)計(jì)原則，單位面積板底浮力作用值w，k為
w，k=γw(h1+h2)(2)
式中: w，k為單位面積底板浮力作用值，kN/m2;γw為地下水的重度，γw=10kN/m3;h1為地下結(jié)構(gòu)的高度，m;h2為最大動(dòng)水位離地下結(jié)構(gòu)頂面的距離，m。
由圖2中可知，原設(shè)計(jì)中地下結(jié)構(gòu)頂面標(biāo)高±0.000，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高30.000m。根據(jù)地下水位動(dòng)態(tài)曲線分布規(guī)律(見(jiàn)圖1)，取抗浮承壓水水位絕對(duì)標(biāo)高為32.00m，則h2=2m，由圖2所示，h1=4.9+1.4+0.5=6.8m，故w，k=10×(6.8+2.0)=88kN/m2。
圖2原設(shè)計(jì)方案
以街道下23m寬(3跨區(qū))區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行驗(yàn)算，底板單位面積抗浮力在計(jì)算上覆土及路基路面、混凝土頂板、底板、抗浮混凝土配重墊層、柱(柱帽)、墻、基礎(chǔ)底板自重及壓重并考慮外挑影響后為92.64kN/m2。
按公式(1)計(jì)算可得Kw=Gk/Nw，k=92.64/88=1.05，不滿足設(shè)計(jì)中抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.1的要求，可見(jiàn)原設(shè)計(jì)中23m寬(3跨度)區(qū)域抗浮承載力(未考慮活荷載抗浮)略有差欠。
進(jìn)一步對(duì)其他位置進(jìn)行分析可知，39m寬(5跨度)區(qū)域等更寬的位置，因?yàn)閭?cè)墻、底板外挑作用的當(dāng)量均布抗浮力計(jì)算值會(huì)減小，不能滿足抗浮設(shè)計(jì)要求;有樓梯的位置，因?yàn)樯细餐痢㈨敯宓鹊目垢×τ?jì)算值大大減小，更不能滿足抗浮設(shè)計(jì)要求。
4抗浮優(yōu)化設(shè)計(jì)
4.1街道下主體結(jié)構(gòu)利用支護(hù)樁抗浮設(shè)計(jì)方案
為了提高原設(shè)計(jì)的抗浮承載能力，提出了街道下主體結(jié)構(gòu)抗浮優(yōu)化方案，如圖3所示。新方案與原方案相比，主要區(qū)別如下:
(1)利用支護(hù)樁參與街道下人防主體結(jié)構(gòu)的抗浮。
(2)減少原設(shè)計(jì)的室內(nèi)抗浮混凝土配重墊層厚度。
(3)盡可能地減小底板外挑長(zhǎng)度，為基坑開(kāi)挖施工提供方便。
圖3 利用支護(hù)樁抗浮方案
4.2優(yōu)化后方案抗浮驗(yàn)算
利用支護(hù)樁作為抗浮樁時(shí)，單樁抗拔承載力除了考慮樁自重外，還應(yīng)考慮支護(hù)樁側(cè)旋噴混凝土等側(cè)阻的有利影響。由計(jì)算分析并經(jīng)抗拔承載力試驗(yàn)確定本方案中抗拔承載力特征值按350kN計(jì)算。分別按混凝土配重墊層厚度減除0.7m和0.5m來(lái)計(jì)算，街道下主體結(jié)構(gòu)利用支護(hù)樁抗浮的驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。
根據(jù)表1計(jì)算可知，利用支護(hù)樁抗浮后，混凝土抗浮配重層減除一定厚度的方案是可行的，其中在23m寬(3跨度)區(qū)域，可減除0.7m厚混凝土抗浮配重墊層，減除后抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw為1.12，滿足設(shè)計(jì)要求;而在39m寬(5跨度)區(qū)域，宜將混凝土減除厚度控制在0.5m或采取在跨中增設(shè)抗浮樁等其他處理措施，減除配重層厚度0.5m后相應(yīng)的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw等于1.10，滿足設(shè)計(jì)要求。
表1利用支護(hù)樁抗浮驗(yàn)算結(jié)果
4.3沉入式廣場(chǎng)抗浮樁樁型優(yōu)化
原設(shè)計(jì)中沉入式廣場(chǎng)抗浮樁采用有擴(kuò)大頭的鋼筋混凝土灌注樁(直徑為800mm)，雖然其抗拔力學(xué)性能占優(yōu)，但存在當(dāng)?shù)厥┕だщy、成本太高的問(wèn)題。從成樁可能性、節(jié)約費(fèi)用，尤其是施工時(shí)間等考慮，建議取消沉入式廣場(chǎng)抗浮樁的擴(kuò)大頭，直接采用鋼筋混凝土灌注樁。
4.4新方案實(shí)施效果
優(yōu)化后的方案可減少室內(nèi)混凝土抗浮配重墊層厚度0.7m或0.5m，同時(shí)減小了基坑開(kāi)挖深度，縮小基坑邊緣距離(沿街道縮進(jìn)約1000mm)，在大大減少基坑開(kāi)挖土方量的同時(shí)，也對(duì)周邊管網(wǎng)的保護(hù)和利用提供了極大的便利。新方案中提高了基坑降水水頭，減小了降水的風(fēng)險(xiǎn)和難度;沉入式廣場(chǎng)抗浮樁取消擴(kuò)大頭，直接采用鋼筋混凝土灌注樁節(jié)約費(fèi)用明顯，效果良好。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以上各項(xiàng)合計(jì)節(jié)約工程總造價(jià)達(dá)1016.7萬(wàn)元以上。由于本工程要求必須在枯水期和平水期間一次性連續(xù)開(kāi)挖施工完成，因此，相對(duì)于工程造價(jià)，確保施工工期按時(shí)完成更為重要，實(shí)踐證明，優(yōu)化方案對(duì)縮短施工工期起到了非常好的作用。
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述，地下工程抗浮設(shè)計(jì)是影響工程整體質(zhì)量安全的重要因素。因此，加權(quán)抗浮優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究工作就顯得十分必要了。本工程通過(guò)利用廢棄的鋼筋混凝土支護(hù)樁作為抗浮樁，大大提高了地下工程主體結(jié)構(gòu)的抗浮承載力，同時(shí)減少了基坑開(kāi)挖及抗浮工程的成本，降低了工程的施工難度，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
由于泵房尺寸較大，埋置深度較大，且上部荷載較小，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，抗浮設(shè)計(jì)往往是設(shè)計(jì)控制因素之一。目前，工程中較常用的抗浮方式有：自重抗浮、配重抗浮、錨固抗浮、抗浮樁等。可根據(jù)實(shí)際情況同時(shí)采用一種或多種抗浮方式。
（1）自重抗浮
自重抗浮荷載計(jì)算時(shí)不包括設(shè)備重、使用荷載及安裝荷載。自重加大后，泵房體積也隨之加大，浮力相應(yīng)增加。因此自重抗浮只能在不具備其他抗浮條件或自重加大不多即可滿足抗浮要求時(shí)采用。
（2）配重抗浮
配重抗浮也有一定的局限性。由于泵房埋于地下，常用的配重方法是在泵房底板外挑部分的填土，底板向外延伸會(huì)使支護(hù)范圍加大，且當(dāng)泵房較深時(shí)，基坑回填壓實(shí)難度較大，不易滿足設(shè)計(jì)要求。也可在泵房頂板增加配重，但會(huì)加大結(jié)構(gòu)承載量，對(duì)抗震不利。
（3）錨固抗浮
錨固抗浮是一種有效的技術(shù)手段，錨桿靈活布置、錨固效率高、適應(yīng)性較廣，易于施工。在許多條件下優(yōu)于自重抗浮和配重抗浮。由于抗浮錨桿的工作環(huán)境和受力特點(diǎn)，錨桿受拉后桿體周?chē)酀{開(kāi)裂，使桿體極易受地下水侵蝕，影響其耐久性。同時(shí)，抗浮錨桿與底板的節(jié)點(diǎn)可能成為防水的薄弱環(huán)節(jié)。
（4）抗浮樁
抗浮樁是一種主動(dòng)抗浮設(shè)計(jì)，前期施工費(fèi)用較高，但后期維護(hù)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力合理，不影響泵房的使用功能。當(dāng)?shù)叵滤惠^高，泵房平面尺寸較大，基礎(chǔ)埋置較深時(shí)多采用此種抗浮方法。此外，工程中還有其他抗浮方法。例如通過(guò)改變結(jié)構(gòu)形式，泵房池壁與土體的黏結(jié)抗剪力抗浮。實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)泵房的尺寸大小，水位高低，埋置深度選用合理的抗浮方式，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2抗滑移、抗傾覆驗(yàn)算
當(dāng)采用嵌固或錨固抗浮時(shí)，泵房周?chē)钔凛^深且土面大體一致時(shí)，可不做抗滑移、抗傾覆驗(yàn)算。當(dāng)泵房建造在軟弱土層上，有可能出現(xiàn)連同地基土一起滑動(dòng)而失去穩(wěn)定時(shí)，尚應(yīng)采用圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。
3施工方法選擇
當(dāng)泵房埋深較淺，地下水位較低，且土質(zhì)較好時(shí)，可選擇開(kāi)挖基坑。當(dāng)泵房埋深較深，地下水位較高，且土質(zhì)較差時(shí)，可選擇沉井施工。基坑開(kāi)挖較為簡(jiǎn)單，本文重點(diǎn)介紹沉井施工方法。沉井的施工方法對(duì)沉井的設(shè)計(jì)計(jì)算有著直接關(guān)系，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件結(jié)合施工條件決定。
（1）排水下沉
當(dāng)?shù)叵滤徊桓撸蚴请m有地下水但沉井周邊的土層滲水性不強(qiáng)，涌入井內(nèi)的水量不大且排水不困難時(shí)，可采用排水下沉法，此種方法施工費(fèi)用較低，工期較短。
（2）不排水下沉
在下沉深度范圍內(nèi)存在粉土、砂土或其他強(qiáng)透水層而排水下沉有可能造成流砂或補(bǔ)給水量很大而排水困難時(shí)，可采用不排水下沉。當(dāng)沉井場(chǎng)地附近有已建建構(gòu)筑物及其他設(shè)施，排水施工可能導(dǎo)致其沉降及傾斜而難以采取其他有效措施防止時(shí)，也可采用不排水下沉。
（3）分次下沉
根據(jù)沉井的高度，地基承載力、施工條件和設(shè)計(jì)需要，沉井可沿高度方向一次澆筑下沉，或分段澆筑一次下沉，或分段澆筑分次下沉。
4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
（1）池壁厚度的選擇
當(dāng)泵房較淺、采用開(kāi)挖施工方法時(shí)，池壁厚度只要滿足受力要求、防水要求即可。當(dāng)泵房較深，采用沉井施工時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮沉井依靠自重克服土層的摩擦力下沉，因此，池壁要有適當(dāng)?shù)暮穸取７粗?dāng)池體過(guò)重時(shí)，下沉系數(shù)過(guò)大或地基承載力不足時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小池壁厚度。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，沉井必須滿足抗浮要求，因此依靠自重沉井的泵房各部分也要有適當(dāng)?shù)暮穸取?/p>
（2）變形縫的設(shè)置
關(guān)鍵詞：地下工程 抗浮設(shè)計(jì) 加固
中圖分類(lèi)號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0163-01
目前在我國(guó)現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范當(dāng)中，對(duì)于有關(guān)浮力問(wèn)題只有定性的描述，而沒(méi)有詳細(xì)的規(guī)定，本文主要對(duì)地下工程的抗浮設(shè)計(jì)和加固措施進(jìn)行一些探討。
1 地下工程抗浮設(shè)計(jì)
地下工程抗浮設(shè)計(jì)可以使用如下公式進(jìn)行表示：≥。
式中，為結(jié)構(gòu)抗浮力；為結(jié)構(gòu)的自重；為結(jié)構(gòu)的抗浮安全系數(shù)，一般取1.05～1.10；為結(jié)構(gòu)的靜水浮力。
地下工程的抗浮設(shè)計(jì)一般要首先進(jìn)行水浮力的計(jì)算，選擇合理的抗浮設(shè)計(jì)水位，然后確定地下工程結(jié)構(gòu)是否滿足抗浮要求，對(duì)不滿足抗浮要求的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計(jì)。
1.1 水浮力計(jì)算和抗浮設(shè)計(jì)水位
對(duì)地下工程而言，水浮力的計(jì)算時(shí)進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的前提，首先要確定工程的抗浮設(shè)防水位，它不是工程所處地理位置的歷年最高水位，也不是目前水位，而是綜合考慮根據(jù)工程的重要性和工程建成之后地下水位的變化而確定的抗浮設(shè)計(jì)的設(shè)防水位。
地下工程所承受的水浮力是作用在工程基礎(chǔ)底板上的底板面積和靜水壓強(qiáng)的乘積，如下式表示：×
式中，為地下工程所承受的水浮力，為作用在基礎(chǔ)底板上的靜水壓強(qiáng)；為基礎(chǔ)底板的面積。
一般來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)底板的靜水壓強(qiáng)按照下式計(jì)算：×
式中，為水的重度；為抗浮設(shè)計(jì)水位，一般在設(shè)計(jì)過(guò)程中取：；為地下工程抗浮設(shè)防水位標(biāo)高；為基礎(chǔ)底板標(biāo)高。
從上可以看出，地下工程抗浮設(shè)防水位的高低直接決定了水浮力的大小，決定在下面抗浮設(shè)計(jì)中抗拔樁的數(shù)量和基礎(chǔ)底板的配筋和厚度。
在實(shí)際的工程當(dāng)中，地下水的作用十分復(fù)雜，在不同地基環(huán)境當(dāng)中的水浮力是在不斷變化的。當(dāng)工程位于粉土、沙土、碎石土等地基上時(shí)，計(jì)算得出的地下水浮力可以不進(jìn)行折減，當(dāng)工程底板和巖石地基緊密結(jié)合的時(shí)候，可以不考慮水浮力的作用。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的設(shè)防水位。
1.2 抗浮設(shè)計(jì)
對(duì)地下工程而言，在確定了結(jié)構(gòu)的尺寸、形式和埋深之后，就要根據(jù)設(shè)防水位，計(jì)算地下工程的自重和凈水的浮力，判斷在結(jié)構(gòu)的施工和使用過(guò)程中是否需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，采取抗浮措施。根據(jù)施工階段、竣工后工程使用情況的不同，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行不同的抗浮設(shè)計(jì)，采取不同的抗浮措施。
1.2.1 施工階段抗浮設(shè)計(jì)措施
地下工程在施工期間，一般頂板的覆土都沒(méi)有完成，但是底板和外墻都已經(jīng)完成，地下水的作用下會(huì)形成一定的浮力。在水浮力較小時(shí)，可以利用集水井、排水明溝等排出基坑內(nèi)的水，減小結(jié)構(gòu)承受的水浮力。在水浮力較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)在地下工程的底板中設(shè)計(jì)后澆帶，將底板下的塊石墊層當(dāng)做倒濾層，在后澆帶里面插入輕型井點(diǎn)立管進(jìn)行降水。在后澆帶的澆筑過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在井點(diǎn)的立管上焊置環(huán)形止水環(huán)，繼續(xù)降水，直到地下工程地下部分頂板及頂板覆土完成，再去掉井點(diǎn)立管。如果設(shè)置后澆帶比較困難，也可以使用深井點(diǎn)降水的方法，原理和輕型井點(diǎn)立管降水相同。
1.2.2 永久性抗浮設(shè)計(jì)措施
目前，地下工程的永久性抗浮設(shè)計(jì)措施主要有：增加自重、錨桿設(shè)計(jì)和抗浮樁設(shè)計(jì)等。
增加自重是最傳統(tǒng)和可靠的方法，包括頂板壓載、邊墻壓載和基板壓載等，增加自重就是要保證結(jié)構(gòu)本身的重力大于地下水的浮力，使得結(jié)構(gòu)不上浮。
錨桿設(shè)計(jì)就是通過(guò)設(shè)計(jì)抗浮錨桿，利用錨桿的抗浮力抵抗水浮力。即當(dāng)?shù)叵鹿こ探ㄔ诜圪|(zhì)粘土、風(fēng)化基巖等適宜鉆孔灌漿的土層上時(shí)，可以利用這些土層，使用錨桿抗浮。抗浮錨桿易于施工、布置靈活，主要形式有：預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿兩種。但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)抗浮錨桿的設(shè)計(jì)沒(méi)有明確的規(guī)范，限制了抗浮錨桿的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
抗浮樁設(shè)計(jì)指通過(guò)設(shè)計(jì)抗浮樁，利用樁體的自重和樁的側(cè)摩擦阻力來(lái)抵抗水浮力。目前在我國(guó)的抗浮樁設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法，即利用樁的側(cè)阻力值導(dǎo)入抗拔系數(shù)后作為抗浮樁的側(cè)阻力值，抗拔系數(shù)一般取0.5～0.8。抗浮樁按照軸心受拉構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算，樁的配筋要求滿足最小配筋率的要求。
2 地下工程抗浮加固措施
2.1 控制結(jié)構(gòu)上浮的措施
地下結(jié)構(gòu)發(fā)生上浮事故之后，常用的處置方法有加載、洗砂和排水。
加載就是通過(guò)增加結(jié)構(gòu)的自重來(lái)抵消水的浮力，最終使得結(jié)構(gòu)回歸原位。一般將重物放在上浮量大的地方，但是要注意樓板的極限承載能力。值得注意的是受到淤積在底板和基地間泥沙的影響，加載并不一定能夠達(dá)到所需的效果。
排水就是通過(guò)水泵將結(jié)構(gòu)所在位置的地下水排出，以降低水壓力使地下結(jié)構(gòu)回歸原位。在地下水頭較高且排水量小的地方，要在底板下增加倒濾層，既可以使地下水在水頭作用下能夠正常流出，還能夠保護(hù)回填土中的細(xì)顆粒不會(huì)被沖走流失。
洗砂的方法有兩種：一種是利用高壓水槍擾動(dòng)地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻邊上的土壤，降低它的摩擦力，這種方法容易造成底板下淤泥沉積，不利于后續(xù)作業(yè)；另一種方法是用高壓水槍沖洗基礎(chǔ)底板下的泥沙，使結(jié)構(gòu)順利下沉。總之，洗砂作業(yè)之前要事先評(píng)估底板下泥沙淤積的范圍，耐心觀察，持續(xù)作業(yè)直至結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而緩慢的下沉。
2.2 抗浮加固
當(dāng)控制住結(jié)構(gòu)物的上浮之后，就要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗浮加固，考慮到基礎(chǔ)底板上鋼筋布置較密，補(bǔ)樁的孔不宜太大，否則會(huì)有較多的底板鋼筋被截?cái)啵褂娩撳^桿在底板上鉆孔的直徑比較小，能夠大大的減少底板鋼筋被截?cái)啵枪こ讨惺走x的加固方法。
抗浮錨桿加固設(shè)計(jì)計(jì)算按照《巖土錨桿技術(shù)規(guī)程》對(duì)錨桿進(jìn)行計(jì)算。
首先確定錨桿的拉力設(shè)計(jì)值，采用鋼絞線（7股）時(shí)，取為100 kN。
然后按照下式確定鋼索截面積和直徑：≥；
式中，為鋼索截面積；為鋼索直徑；為抗拉安全系數(shù)；錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；為鋼絞線軸向拉力設(shè)計(jì)值。
最后確定錨桿的錨固長(zhǎng)度，下面兩式中的較大值：
；
式中，為錨桿抗拔安全系數(shù)，錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值，為錨桿錨固段長(zhǎng)度，為錨固段注漿體和地層之間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，為錨桿錨固段的鉆孔直徑，為鋼絞線的數(shù)量，為鋼索直徑，為界面強(qiáng)度降低系數(shù)，為錨固長(zhǎng)度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)。
3 結(jié)語(yǔ)
隨著建筑結(jié)構(gòu)向地下的發(fā)展，地下工程抗浮設(shè)計(jì)和加固將會(huì)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。地下工程的抗浮設(shè)計(jì)和加固應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、地質(zhì)條件和環(huán)境、施工因素等等，綜合考慮選擇抗浮和加固措施。在設(shè)計(jì)和施工當(dāng)中，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，重視結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，才能使工程安全可靠。
參考文獻(xiàn)
[1] 賈金青.軟巖地區(qū)抗浮錨桿的試驗(yàn)與施工[J].施工技術(shù)，2003（1）.
[2] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》CECS22：90[S].
【關(guān)鍵詞】地下工程；抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗拔樁
1引言
一般情況下，地下水對(duì)主體工程的破壞主要包括局部破壞和整體破壞，其中局部破壞指的是地下結(jié)構(gòu)底板因?yàn)槭芰Σ痪鶆驅(qū)е戮植砍霈F(xiàn)了拱起和開(kāi)裂，使地下水滲入到地下室中，影響地下結(jié)構(gòu)的安全性。整體性破壞指的是地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了上浮，不僅會(huì)破壞底板，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)位置出現(xiàn)開(kāi)裂。在地下工程的實(shí)際施工過(guò)程中，水浮力對(duì)建筑物造成的破壞一般是無(wú)法避免的。一旦地下結(jié)構(gòu)受到地下水浮力的破壞，會(huì)導(dǎo)致地下工程結(jié)構(gòu)的功能和作用無(wú)法正常發(fā)揮，當(dāng)出現(xiàn)較大的事故時(shí)還會(huì)造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，地下工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要施工人員和設(shè)計(jì)人員足夠重視。
2工程概況
某地下工程為地下明挖4層雙跨架結(jié)構(gòu)，工程標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.3m，長(zhǎng)度為21.6m，埋設(shè)深度為26.7m。地下工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)進(jìn)行施工，工程設(shè)計(jì)人防等級(jí)為6級(jí)，支護(hù)樁使用鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，并在基坑的四周布置，設(shè)計(jì)樁體直徑為900mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為26.7m，樁中心距離為1400mm,使用C30混凝土。本文以此工程為例，對(duì)地下工程抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。
3工程地質(zhì)條件
本工程從下到上分別為全風(fēng)化中強(qiáng)微風(fēng)化層、硬質(zhì)粉質(zhì)黏土、可塑粉質(zhì)黏土層、沖積黏性土層、沖積中粗砂層、沖擊粉細(xì)砂層、人工填土層，地下水主要為層狀基巖裂隙水和第四系松散巖類(lèi)孔隙水，穩(wěn)定水位埋設(shè)深度為1.8~5.2m，平均水位埋設(shè)深度為2.9m。地下水位的變化情況和地下水的補(bǔ)給、排泄等有緊密的聯(lián)系。每年的5~10月份進(jìn)入雨季，地下水水位會(huì)顯著提升，水位最大值會(huì)達(dá)到15.5m，場(chǎng)地中的地下水不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成腐蝕，但是會(huì)對(duì)鋼筋造成腐蝕。
4地下工程抗浮設(shè)計(jì)
通常情況下，地下工程結(jié)構(gòu)上浮主要是因?yàn)樗×Υ笥诘叵鹿こ虃?cè)壁摩擦力和結(jié)構(gòu)重力值，地下室上浮有可能在各種類(lèi)型的地層中出現(xiàn)，例如比較穩(wěn)定的卵石層和透水性非常小的黏土層中等。一旦地下水浮力大于結(jié)構(gòu)物重力和側(cè)壁摩擦力便會(huì)出現(xiàn)上浮的情況，為了保證建筑的安全性，需要及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)工程的地質(zhì)情況、工程特點(diǎn)、場(chǎng)地因素、環(huán)境情況等進(jìn)行全面、詳細(xì)的考慮，結(jié)合工程的具體情況選擇合理的抗浮方案。4.1抗浮方案的選取本地下工程結(jié)構(gòu)底板以微風(fēng)化巖層作為持力層，對(duì)于地面埋深大、地下水位高的地下工程，如果只靠覆土荷載和結(jié)構(gòu)自重是無(wú)法達(dá)到抗浮要求的。因此，需要結(jié)合工程的具體情況設(shè)計(jì)抗浮措施。常用的抗浮措施主要包括抗浮錨桿和抗拔樁。因?yàn)楫?dāng)前抗浮錨桿的耐久性得不到控制，并且底板和錨桿結(jié)構(gòu)位置防水比較薄弱，而地下工程設(shè)計(jì)使用年限為100a，使用抗浮錨桿不能滿足該地下工程的抗浮要求，因此，本工程使用抗拔樁來(lái)解決該地下工程的抗浮問(wèn)題，并選用人工挖孔樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在圍護(hù)樁上布置壓頂梁和主體結(jié)構(gòu)結(jié)合到一起，使支護(hù)結(jié)構(gòu)也成為抗浮的一部分。按照地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，將設(shè)計(jì)水位地面以下1m（城建標(biāo)高15.6m）作為抗浮設(shè)計(jì)水位，并以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算[1]。4.2布置抗拔樁本地下工程主體結(jié)構(gòu)以底板支撐到彈性地基平面框架分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力，使用彈簧模擬底層作用。由于該地下工程為雙跨設(shè)計(jì)，在底板跨中會(huì)縱向?qū)拱螛哆M(jìn)行布置。在計(jì)算抗浮時(shí)，主體結(jié)構(gòu)會(huì)承擔(dān)所有的水壓力，為了對(duì)抗拔樁所承受的抗拔力進(jìn)行計(jì)算，對(duì)地下室縱向1m范圍中的長(zhǎng)度進(jìn)行分析。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定要求，在驗(yàn)算地下室抗浮穩(wěn)定性時(shí)要可以達(dá)到下述公式的基本要求:（1）式（1）中，W為地下室上部作用荷載和地下室自重的和值；F為地下水浮力。在不對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)摩擦阻力大小進(jìn)行考慮時(shí)，（2）式（2）中，R為抗拔樁需要提供的抗拔力特征值。標(biāo)準(zhǔn)段上部荷載總重W=覆土重+圍護(hù)樁自重+（裝修層+柱+側(cè)墻+各層樓板）=4343.6kN/m。水浮力：F=258×1×19.4+π×1.352÷4×15×10÷1.35×2=5323.2kN/m（3）R≥1.05F-G=1.05×5323.2-4343.6=1245kN/m（4）一般情況下，抗拔樁都是在柱下布置的，受力模式也是一致的，因此,可以將計(jì)算簡(jiǎn)化為：?jiǎn)胃拱螛兜目拱瘟?柱跨長(zhǎng)度×每延米需要的抗拔力，但是,對(duì)于該工程來(lái)說(shuō)，柱跨9~10m，抗拔樁單根需要承受的抗拔力不會(huì)太大。因此,抗拔樁樁距取值為柱跨的一半。（5）式（5）中,up為樁的周長(zhǎng)，up=πd，對(duì)于樁底樁（擴(kuò)地直徑為D），在樁長(zhǎng)/樁徑≤5時(shí)，up=πD；qsia為樁側(cè)土摩阻力特征值，微風(fēng)化巖qsia=400kPa；λi為抗拔樁的摩擦阻力折減系數(shù)，微風(fēng)化巖λi=0.7;li為抗拔樁長(zhǎng)度；G0為樁自重，地下水位取有效重度。本地下室工程設(shè)計(jì)擴(kuò)地直徑為1.8m，抗拔樁直徑為1.3m，樁長(zhǎng)為5.5m，經(jīng)計(jì)算，單樁抗拔承載力特征值大小為：Rω=π×1.8×0.7×400×5+0.9×119=8020kN（6）在布置抗拔樁時(shí)，本工程采用兩種方式進(jìn)行布置，一種布置在兩柱中間梁下以及柱子下，見(jiàn)圖1a;另一種是均勻布置在兩柱之間的梁下，見(jiàn)圖1b。4.3計(jì)算地下工程抗浮情況使用殼單元對(duì)各層樓板進(jìn)行模擬，底板、柱子、抗拔樁和梁使用桿單元進(jìn)行模擬，因?yàn)楸竟こ炭拱螛兜撞孔隽藬U(kuò)大，使用抗拔樁底部對(duì)邊界條件進(jìn)行固定和約束，在結(jié)構(gòu)四周布置土彈簧模擬約束周?chē)馏w結(jié)構(gòu)。水浮力分項(xiàng)系數(shù)取值為1.05，結(jié)構(gòu)自重分項(xiàng)系數(shù)值為1.0，以圍護(hù)樁自重作為荷載在頂板側(cè)墻進(jìn)行加載。使用這種方式進(jìn)行模擬，不僅考慮了底縱梁和抗拔樁共同受力下變形協(xié)調(diào)性，同時(shí)也考慮了抗拔樁混凝土彈性模型，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)計(jì)算方法中將抗拔樁作為底梁不動(dòng)支座的情況，計(jì)算后得到的底縱梁內(nèi)力和抗拔樁拉力和實(shí)際情況更加符合。4.4計(jì)算結(jié)果分析根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以證明，在使用圖1a的方式進(jìn)行布置時(shí)，樁下和樁間抗拔樁的抗拔力分別為4400kN和7000kN，后者為前者的1.6倍，這兩種樁型配筋存在非常大的差異。底縱梁柱下負(fù)彎矩大約為4600kN•m。如果使用圖1b的樁基布置措施，那么抗拔力為5700kN，抗拔樁可以均勻受力，底縱梁柱下部的負(fù)彎矩為3100kN•m，受力更加的合理。4.5抗拔樁配筋在進(jìn)行配筋時(shí)，要保證抗拔配筋的受力度可以達(dá)到要求，此外，由于樁身長(zhǎng)時(shí)間位于地下水位下，地下水會(huì)對(duì)鋼筋造成一定的弱腐蝕。因此，要求樁身裂縫寬度不能超過(guò)寬度限制，以免樁身鋼筋被腐蝕[2]，因此,接縫的寬度要控制在0.2mm以內(nèi)。經(jīng)過(guò)計(jì)算證明，樁身配筋主要是為了控制裂縫，因此，配筋量一般情況下會(huì)比較大。一般可以根據(jù)樁徑的3倍確定樁距，尤其是當(dāng)抗拔樁處在底縱梁下部時(shí)，在確定樁截面后需要對(duì)鋼筋籠的具體情況進(jìn)行考慮，為了防止底縱梁和抗拔樁之間產(chǎn)生沖突，需要控制好配筋率。
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述，在進(jìn)行地下工程設(shè)計(jì)時(shí)因?yàn)樗蛔兓容^大，一般會(huì)將抗浮樁布置在縱橫墻交叉處、柱子下面等位置，同時(shí)，抗拔樁也會(huì)發(fā)揮承壓樁的效果。本工程在進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，在柱距比較大且抗拔力比較大時(shí)，抗拔樁一般對(duì)稱(chēng)分布在柱子的兩邊，以保證抗拔樁可以受力均勻，在對(duì)抗拔樁裂縫進(jìn)行控制時(shí)，需要將單根樁的抗拔力控制好，防止配筋密度過(guò)大。
【參考文獻(xiàn)】
【1】高海.地下水對(duì)某已建地下結(jié)構(gòu)的浮起作用分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.
關(guān)鍵詞：清水池;抗浮設(shè)計(jì);抗浮錨桿
Abstract: In the structural design of the clear water tank, anti-floating design often becomes one of the most important factors influencing structure design. This paper briefly introduces the anti-floating design method of water pool is different, and in combination with the project example to be calculated in detail.
Key words: clear water pool; anti-floating design; anti-floating anchor
中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.34+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
1、概述
清水池為儲(chǔ)存水廠中凈化后的清水，以調(diào)節(jié)水廠制水量與供水量之間的差額，并為滿足加氯接觸時(shí)間而設(shè)置的水池。同時(shí)，清水池還具有高峰供水低峰儲(chǔ)水的功能。
因?yàn)榍逅氐膬?chǔ)水作用，所以一般清水池的容積和面積較大，因此清水池抗浮設(shè)計(jì)往往成為制約結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要影響因素之一。GB50069-2002《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.2.3條指出：抗浮驗(yàn)算屬于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算的強(qiáng)制性條文。因此本文簡(jiǎn)要闡述清水池的抗浮方法及其相關(guān)的抗浮計(jì)算。
2、清水池的抗浮方法
清水池的抗浮設(shè)計(jì)主要有抗和放兩個(gè)方向。所謂抗，就是利用配重，錨固等方法進(jìn)行硬抗；所謂放，就是用降水等方法，降低水位從而減少水的浮力。常用的抗浮方法有配重抗浮、錨固抗浮、降水抗浮等。
2.1配重抗浮
配重抗浮就是給水池附加其它重量以用于抗浮，一般有4種方法。
1）在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土壓重；
2）加厚底板；
3）在底板下配重；
4）在頂板上部覆土壓重。
配重抗浮的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，當(dāng)構(gòu)筑物自重與浮力相差不大的時(shí)候應(yīng)盡量采用配重抗浮，這樣對(duì)工程造價(jià)影響較少，投產(chǎn)后也沒(méi)有管理成本。
2.1.1在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土配重
使用該方法，混凝土配重將加大水池的埋深，將導(dǎo)致增加挖方、排水及基坑支護(hù)的費(fèi)用，配重也增加了基底應(yīng)力，引起較大的地基變形，見(jiàn)圖1。
圖1在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土壓重
2.1.2加厚底板
加厚底板也增加池體的總體埋深，增加挖方、排水及基坑支護(hù)的費(fèi)用。雖然壁板的計(jì)算長(zhǎng)度不會(huì)增加，但是很多情況下底板的受力較少，按構(gòu)造配筋即可。這時(shí)候增加底板的厚度按最小配筋率設(shè)置的構(gòu)造配筋將會(huì)增大，增加造價(jià)。
2.1.3在底板下配重
底板與掛重部分混凝土需要用鋼筋連接，施工比較麻煩，當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)鋼筋和混凝土具有腐蝕性時(shí)在底板掛混凝土的方法需謹(jǐn)慎使用，見(jiàn)圖2。
圖2在底板下配重
2.1.4在頂板上部覆土壓重
在頂板上部覆土壓重不會(huì)加厚底板，效率較高。但是覆土壓重會(huì)加大頂板的荷載，增加頂板配筋及板厚，所以覆土壓重的重量不宜過(guò)大，見(jiàn)圖3。
圖3在頂板上部覆土壓重
2.2錨固抗浮
2.2.1錨桿
錨桿是在底板與其下土層之間設(shè)置拉桿，當(dāng)?shù)装逑掠袌?jiān)硬土層且深度不大時(shí)，設(shè)置錨桿較為經(jīng)濟(jì)方便；但有機(jī)質(zhì)土、液限WL>50%和相對(duì)密度Dr
2.2.2抗拔樁
抗拔樁是利用樁與土的摩擦力來(lái)抵抗浮力，可以采用灌注樁或預(yù)制樁。抗拔樁的設(shè)置可以與池體的基礎(chǔ)受力模式總體考慮。在淤泥層較厚的地區(qū)，可以采用樁基礎(chǔ)作為清水池的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)同時(shí)起到抗拔樁的作用。
2.3降水抗浮
降水抗浮的思路是不硬抗浮力，而是通過(guò)降低地下水位從而減少浮力。具體的做法是在構(gòu)筑物的底板下設(shè)置反濾層，在構(gòu)筑物周邊設(shè)降水井，降水井與反濾層之間用盲溝相連。
降水抗浮的優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，但也有其明顯的缺點(diǎn)：
1)可靠性差，反濾層很容易被堵塞，使水位難以下降到底板以下；
2）如果遇到非正常排空，將會(huì)發(fā)生構(gòu)筑物上浮，出現(xiàn)工程事故。
3、抗浮計(jì)算
3.1抗浮驗(yàn)算的安全系數(shù)
基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求：
Gk——建筑物自重及壓重之和（只計(jì)入永久作用且采用標(biāo)準(zhǔn)值）
Nw,k——浮力作用值（地下水對(duì)建筑物的浮托力標(biāo)準(zhǔn)值）
Kw——抗浮穩(wěn)定系數(shù)，一般情況下可取1.05
在進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算的同時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)自重較小的區(qū)域進(jìn)行局部驗(yàn)算；在地下水作用下，底板構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并應(yīng)進(jìn)行水浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗(yàn)算；當(dāng)抗浮力驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，應(yīng)采取抗浮措施。
3.2.抗浮錨桿的計(jì)算
3.2.1抗浮錨桿的軸向抗拔承載力
粘結(jié)型錨桿
qsia——第i土層的錨桿錨固段側(cè)阻力特征值
li ——第i土層的錨桿錨固段有效錨固長(zhǎng)度
3.2.2抗拔錨桿體的橫截面面積As
式中As——抗拔錨桿鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絞線橫截面面積；
Ntd——荷載效應(yīng)基本組合下的錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；
Rt ——錨桿豎向上拔力；
fy ——鋼筋或鋼絞線的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；
ξ2 ——錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久錨桿取0.69。
3.2.3錨桿鋼筋與砂漿體之間的錨固長(zhǎng)度還應(yīng)滿足下式驗(yàn)算要求
式中n——鋼筋或鋼絞線根數(shù)；
D——單跟鋼筋或鋼絞線直徑；
fb——鋼筋或鋼絞線與錨固注漿體之間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
ξ3——鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.60，臨時(shí)性錨桿取0.92
3.3抗拔樁的計(jì)算
基樁抗拔承載力特征值可按下列公式計(jì)算
式中Rta——基樁抗拔承載力特征值；
Tuk——基樁抗拔極限承載力標(biāo)注值；
Gp——基樁自重，地下水位以下取浮重度，對(duì)于擴(kuò)底樁按表確定樁、土柱體周長(zhǎng)，計(jì)算樁、土自重；
ui——破壞表面周長(zhǎng)，對(duì)于等直徑樁取ui =πd；
qsik——樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)注值；λi——抗拔系數(shù)
4、工程實(shí)例
4.1工程概況
廣東省從化市某水廠清水池，平面尺寸48米×30米，池總高度6.38米，見(jiàn)圖4。其中地下部分4.1米，地上部分2.28米（包括1米覆土）。因該廠區(qū)靠近流溪河，根據(jù)地質(zhì)資料顯示，地下水位取室外標(biāo)高。結(jié)構(gòu)采用無(wú)粱樓蓋式，柱距4.2米×4.3米。
圖4清水池平面圖
4.2抗浮驗(yàn)算
根據(jù)該工程場(chǎng)地地質(zhì)條件，清水池采用天然筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)粘土層。因地下水位高，采用在底板上部設(shè)低等級(jí)混凝土壓重、加厚底板、在底板下配重等形式，需要加大開(kāi)挖深度，且浮容重部分才可用于抗浮。因此擬采用池頂覆土1米用于配重抗浮且用作綠化土壤，（見(jiàn)圖5）抗浮不足部分，采用錨桿抗浮。
圖5清水池剖面圖
4.2.1抗浮計(jì)算
本清水池為無(wú)梁樓蓋式底板，應(yīng)計(jì)算局部抗浮。經(jīng)計(jì)算，單根柱子區(qū)域池體自重+池頂1米覆土產(chǎn)生的總抗浮力為598.40kN。按池體的抗浮設(shè)計(jì)水位為地面±0.00計(jì)算，單根柱子分?jǐn)偟某伢w浮力為740.46kN。則局部抗浮系數(shù)為598.4/740.46=0.85
4.2.2錨桿設(shè)計(jì)
按每2.10m×2.15m范圍布置一條錨筋，則單根柱承重區(qū)域4.2m×4.3m范圍內(nèi)布置4條錨筋，取錨桿直徑D=150mm，長(zhǎng)度10米，主要地層為可塑粉質(zhì)粘土層。
單條錨筋抗拔力：
錨桿鋼筋截面面積
取2Ф25，則 As=982mm滿足要求。
錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度
取la=10000mm滿足要求，按Nak=90KN計(jì)算。
4.2.3局部抗浮驗(yàn)算
則局部抗浮滿足要求。
5、結(jié)語(yǔ)
清水池的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合地基土層及構(gòu)筑物的埋深、平面尺寸等實(shí)際情況選擇使用，從而達(dá)到安全可靠，節(jié)省造價(jià)、管理維護(hù)方便的目的。本工程綜合運(yùn)用頂板上部壓重，錨桿等方式抗浮，節(jié)約了工程造價(jià)。項(xiàng)目現(xiàn)已建成投入使用，運(yùn)行效果良好。
參考文獻(xiàn)
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摘要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市建筑日新月異，建筑規(guī)模越來(lái)越大，基坑的面積和深度也逐漸加大，因此對(duì)建筑工程中地下水的處理顯得尤為重要，本文對(duì)建筑地下水的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：地下水 建筑處理
一、引言
地下水浮力對(duì)地下室和地下構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的影響日顯突出。地下水作為不可避免的承載體，其浮力或水壓力優(yōu)先于地基反力作用在結(jié)構(gòu)上，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工帶來(lái)了不容忽視的影響。討論與地下水有關(guān)的工程問(wèn)題應(yīng)先了解地下水的埋藏條件、存在狀態(tài)及與土的關(guān)系，設(shè)計(jì)中需注意下屬幾種水對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：上層滯水（大多是雨季地標(biāo)積水）主要對(duì)施工期間的抗浮、結(jié)構(gòu)支撐于地基的抗傾穩(wěn)定驗(yàn)算等得主要地下水；承壓水主要通過(guò)每封堵或沒(méi)封堵好的勘探孔滲透壓力水浮托地下室，較容易被疏忽，應(yīng)注意建筑場(chǎng)地周?chē)牡貏?shì)和土層的走向。
二、建筑施工中地下水的利用和保護(hù)
（一）減少抽取地下水。在選擇基坑施工方案時(shí)，盡量選擇降水量較少的施工設(shè)計(jì)方案。在基坑邊抽取地下水，同事在離基坑稍遠(yuǎn)處回灌抽取的地下水，在保持基坑內(nèi)地下水位較低的情況下，保持基坑外較高的地下水位。
（二）合理利用施工中抽取的地下水。對(duì)于施工中抽取的地下水的利用，主要有兩個(gè)利用方向，一個(gè)是本建筑施工中的利用，如建筑施工用水、養(yǎng)護(hù)用水、現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)消防用水、場(chǎng)地除塵和清洗用水等；另一個(gè)是本建筑施工外用水，如建筑施工周邊的綠化用水時(shí)，要先進(jìn)行水質(zhì)分析，合理使用地下水，避免出現(xiàn)不利影響。地下水質(zhì)的分析在工程地質(zhì)勘查報(bào)告中一般都有說(shuō)明。
三、地下水分浮力問(wèn)題的解決方案
抗浮設(shè)計(jì)需結(jié)合結(jié)構(gòu)單元抗浮驗(yàn)算的結(jié)果選擇或調(diào)整結(jié)構(gòu)抗浮方案及措施。常用抗浮方案及措施有：
（一）主體工程采用樁（挖孔樁除外）基礎(chǔ)時(shí)，單層地下室或裙房地下室可用樁（可以適當(dāng)調(diào)整樁）徑協(xié)助抗浮因?yàn)槭艿叵滤兓挠绊懀摌犊赡芸拱我灿锌赡艹袎骸?/p>
（二）主體工程采用天然地基時(shí)，單層地下室或裙房地下室可采用加大恒載（如覆土）抗浮，或?qū)螌拥叵率液腿狗考叭狗康叵率业慕Y(jié)構(gòu)處理成垂直荷載作用下的子框架結(jié)構(gòu)支撐于主體結(jié)構(gòu)上，由主體結(jié)構(gòu)協(xié)助抗浮。后者需修正原設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于子框架的梁柱內(nèi)力與配筋和主體結(jié)構(gòu)中支撐載力大的配筋和截面。主體結(jié)構(gòu)離支撐子框架節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的梁柱端內(nèi)力受影響較小，一般可以不必修正。另外若選用子桁架傳來(lái)的軸力，要再作偏拉或偏壓修正驗(yàn)算。
（三）抗浮錨樁協(xié)助抗浮。抗浮錨樁的施工方法基本上同錨桿，使用范圍比較大。常用于大空間，大面積的單層地下室或裙房地下室及地下結(jié)構(gòu)物抗浮，當(dāng)水壓力較大時(shí)，用分布抗浮錨樁無(wú)梁地下室底板的方案易于設(shè)計(jì)且比較經(jīng)濟(jì)。抗浮錨也可替代上面的結(jié)構(gòu)抗浮方案。
（四）地下罐體的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)注意其基礎(chǔ)或基墩在地下水的影響下可能受壓也可能受拉，要做兩個(gè)方向受力的強(qiáng)度驗(yàn)算。
（五）施工階段的抗浮問(wèn)題是設(shè)計(jì)和施工雙方都要考慮的。設(shè)計(jì)方主要考慮地下室的設(shè)計(jì)能否施工的大原則。如高地下水位的多層地下室采用逆施工設(shè)計(jì)，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)的自重滿足抗浮要求后施工地下室底板滿足承載要求后，封堵其上的降水井。施工方主要考慮地下室的施工細(xì)則如基坑降水、排水、意外補(bǔ)水的基坑水位控制措施或排水應(yīng)急措施，基坑回填土后的地下室抗浮措施和必要的抗浮和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，回填土的透水性與基底水壓力變化程度的關(guān)系對(duì)意外補(bǔ)水的地下室的抗浮影響等。
（六）位于高地下水位的淤泥地基上的地下構(gòu)筑物主要是考慮抗浮穩(wěn)定，而不是處理地基承載力。采用抗拔樁或抗浮錨樁加覆土的抗浮方案同事解決了這兩個(gè)問(wèn)題。但應(yīng)注意在必要時(shí)要做抗拔樁或抗浮錨裝的拔和壓的雙向受力驗(yàn)算承壓驗(yàn)算，宜考慮樁土協(xié)同工作，樁主要起抗傾斜作用；注意抗浮驗(yàn)算單元應(yīng)與協(xié)助抗浮的方案吻合；位于地下水位以下的室外抗浮覆土要扣除地下水的浮力；懸挑出室外的地下室底板可以適當(dāng)考慮上面覆土的內(nèi)摩擦角按倒梯形截面計(jì)算抗浮力；抗拔樁和抗浮錨盡量布置在柱、墻下或?qū)ΨQ(chēng)布置在柱下，共同形成基礎(chǔ)梁的支座，可以使抗拔樁和抗浮錨樁的受力均勻，當(dāng)基礎(chǔ)梁的剛度較小時(shí)，要避免跨中抗拔樁和抗浮錨樁彈性約束系數(shù)難以確定而影響基礎(chǔ)梁的內(nèi)力計(jì)算；因基礎(chǔ)梁的豎向位移剛度從柱下至跨中各點(diǎn)不相同，所以布置在基礎(chǔ)梁跨中的抗拔樁和抗浮錨樁對(duì)基礎(chǔ)梁跨中是新約束，應(yīng)注意計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理，調(diào)整基礎(chǔ)梁的配筋；工程地質(zhì)勘查應(yīng)考慮協(xié)助抗浮的抗拔樁和抗浮錨樁的布置方案對(duì)樁長(zhǎng)的影響。
四、地下水控制中的其他問(wèn)題以及解決方案
（一）地下水的其他問(wèn)題。在基坑工程施工過(guò)程中，地下水要滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)和挖土施工的要求，并且不因地下水位的變化，對(duì)基坑周?chē)沫h(huán)境和設(shè)施帶來(lái)危害。
（二）地下水控制方法。在軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖深度超過(guò)3m，一般就用井點(diǎn)降水。開(kāi)挖深度淺時(shí)，亦可邊開(kāi)挖邊用排水溝和集水井進(jìn)行集水明排。地下水控制方法有多種，其使用條件大致如表I所示，選擇時(shí)根據(jù)土層情況、降水深度、周?chē)h(huán)境、支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)等綜合考慮后優(yōu)選。當(dāng)因降水而危及基坑及周邊環(huán)境安全時(shí)，宜采用截水或回灌方法。
表I：地下水控制方法適用條件
當(dāng)基坑底為隔水層且層底作用有承壓水時(shí)，應(yīng)進(jìn)行坑底突涌驗(yàn)算，必要時(shí)可采取水平封底隔滲或鉆孔減壓措施，保證坑底土層穩(wěn)定。否則一旦發(fā)生突涌，講給施工帶來(lái)極大麻煩。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：高層建筑、地下室、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)、頂板、側(cè)壁、底板
中圖分類(lèi)號(hào)：[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1 工程概況
某住宅建筑高度為 53.6m，主體結(jié)構(gòu)為18 層，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室為 1 層，主要當(dāng)車(chē)庫(kù)使用。該工程采用了預(yù)應(yīng)力管樁，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖，單樁承載力特征值為1700kN，地下室底板采用平板式筏，抗浮水頭 5m。該建筑的抗震設(shè)計(jì)類(lèi)別為丙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.10g。主體結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻的抗震等級(jí)都是三級(jí)，框支柱、框支梁為二級(jí)抗震等級(jí)。地下室平時(shí)用于車(chē)庫(kù)使用，戰(zhàn)時(shí)可為人防工程，人防設(shè)計(jì)等級(jí)為6級(jí)。
2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2. 1 地下室基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)本工程地質(zhì)報(bào)告的情況，本工程采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖，500mm直徑管樁單樁承載力特征值1700kN，巖層承載力較高，可滿足沉降的要求。
2. 2 地下室頂板設(shè)計(jì)
本工程地下室頂板上設(shè)計(jì)了園林景觀，需覆土0.5m，同時(shí)考慮到設(shè)備管線的高度及其保護(hù)土層厚度，最后確定覆土厚度為1.1m。
1）主樓室內(nèi)部分地下室頂板設(shè)計(jì)
主樓室內(nèi)部分的地下室頂板適宜考慮施工階段的承載力驗(yàn)算，因此考慮施工荷載后樓板荷載取為5kN/m2。
2）園林景觀頂板設(shè)計(jì)
園林景觀部分除考慮覆土的重量外，尚需考慮景觀、道路及附屬設(shè)施的荷載；本工程景觀部分荷載取值為 4kN/m2，消防車(chē)道部分荷載較大，按照規(guī)范的要求應(yīng)為 35kN/m2，但考慮到本工程地下室頂板上有1.1m 的覆土，荷載經(jīng)過(guò)擴(kuò)散后實(shí)際傳導(dǎo)到梁板上的荷載已大大減小，經(jīng)計(jì)算擴(kuò)散后消防荷載取值可按 20kN/m2考慮。
3）人防地下室的荷載取值
由地下室一層為人防地下室，所以對(duì)于本工程中的露天頂板要考慮到爆動(dòng)荷載影響，但鑒于人防地下室頂板的爆動(dòng)等效荷載要比消防車(chē)作用的板面等效荷載大，因此人防地下室頂板的荷載按照六級(jí)人防頂板的等效荷載考慮，取750kN/m2，但在設(shè)計(jì)中不同時(shí)考慮這兩種荷載的組合，僅需按人防爆動(dòng)等效荷載進(jìn)行地下室頂板計(jì)算。
2. 3 地下室側(cè)壁設(shè)計(jì)
1）進(jìn)行地下室側(cè)壁設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)壁主要考慮的荷載有：結(jié)構(gòu)自重、地面堆載及活載、防核爆等效靜荷載、側(cè)向土壓力、地下水壓力等，由于側(cè)壁受有多種荷載共同作用，受力較為復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在設(shè)計(jì)中可作如圖 1 所示的合理的簡(jiǎn)化。
本工程地面活荷載取為q=10kN/m2，則折算土的厚度應(yīng)為h= 10/18=0.56m，等代土壓力采用公式σ0=γ1h1ka計(jì)算。側(cè)向土壓力對(duì)于地下水位以上的土壓力采用公式 σs1=γh2ka，對(duì)于地下水位以下的土壓力則采用公式σs2=γh3ka計(jì)算。經(jīng)計(jì)算地下室 1 層的側(cè)壁板厚取為 350mm。
2）側(cè)壁的構(gòu)造要求是，在與土壤接觸的側(cè)壁混凝土保護(hù)層取為40mm，地下室內(nèi)部的混凝土則取為 15mm。把地下室側(cè)壁的水平鋼筋配置在外側(cè)，而豎向鋼筋配置在側(cè)壁內(nèi)側(cè)。為了有效控制本地下室的側(cè)壁混凝土開(kāi)裂，混凝土強(qiáng)度等級(jí)并不宜取得高，以減小混凝土的收縮應(yīng)力，工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)取為 C30。同時(shí)，本工程還設(shè)置了多道后澆帶，有效的減小了地下室混凝土開(kāi)裂。
2. 4 地下室底板設(shè)計(jì)
1）地下室底板主要以抗?jié)B和抗浮計(jì)算為主，地下水位按50a 一遇考慮取在室外地坪，抗浮水頭 5m，抗?jié)B等級(jí) P6。地下室底板所處土層為淤泥及淤泥質(zhì)土，承載力較低不能作為持力層，故本次設(shè)計(jì)地下室底板按倒樓蓋設(shè)計(jì)，采用無(wú)梁樓蓋的方法計(jì)算，采用經(jīng)驗(yàn)法，經(jīng)計(jì)算地下室底板厚 600mm。
2）地下室底板的鋼筋布置要合理。地下室底板同一方向的梁板面筋應(yīng)布置在相同標(biāo)高上，沒(méi)必要把兩個(gè)方向的板面筋布置在梁面筋以下。這是由于基礎(chǔ)梁兩個(gè)方向的面筋本身就存在高差，而若把底板雙向的面筋都布置在基礎(chǔ)面筋下，則會(huì)造成底板面筋的面筋保護(hù)層過(guò)大，造成窩頂情況出現(xiàn)。
3）抗浮樁的驗(yàn)算與設(shè)計(jì)
抗浮計(jì)算無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算公式，該工程抗浮計(jì)算按下式：
G+nRa＞1.1Fw
式中，G 為柱底傳來(lái)恒載標(biāo)準(zhǔn)值即建筑物自重包括覆土自重(向下)；n 為柱下抗浮樁的樁數(shù)；Ra 為抗浮樁的單樁抗浮承載力特征值；Fw為與柱對(duì)應(yīng)的受荷范圍內(nèi)地下水浮力標(biāo)準(zhǔn)值(向上)。
該公式中荷載標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)于樁的特征值，相當(dāng)于基礎(chǔ)地耐力計(jì)算式，概念較為明確，且在驗(yàn)算建筑物之抗浮能力時(shí)不應(yīng)考慮建筑物上的活荷載。水浮力標(biāo)準(zhǔn)值 Fw= Hw×10×A，Hw為水頭高度，即抗浮設(shè)計(jì)水位與地下室底板底之間的高度；A 為水浮力的作用面積。因地下室抗浮是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，若考慮不當(dāng)將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果，且補(bǔ)救較為困難，所以抗浮驗(yàn)算時(shí)安全系數(shù)取 1.1。另外，在設(shè)計(jì)中有許多對(duì)抗浮有利的因素在公式計(jì)算中無(wú)法體現(xiàn)，且均未予以考慮。如黏性土的阻水作用，地下室側(cè)壁的側(cè)阻作用，底板與土壤的粘結(jié)力和吸力均未記入，上部建筑物及地下室的整體剛度很大，上部建筑物的壓重在地下室部分的擴(kuò)散作用均未考慮，這些有利因素均可作為安全儲(chǔ)備。
該工程樁基抗浮驗(yàn)算時(shí)分兩種情況，一種為柱下抗浮樁，另一種為非柱下抗浮樁。對(duì)于柱下抗浮樁(取⑥軸交 F 軸處柱下樁計(jì)算)建筑物自重及覆土自重的標(biāo)準(zhǔn)值 G=1755kN，而該處承受的向上的水浮力標(biāo)準(zhǔn)值Fw=1037kN，G＞1.1Fw，說(shuō)明在有柱子的情況下，建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多，足以滿足抗浮要求而無(wú)需抗浮樁。因此，對(duì)于柱下樁可不考慮抗浮要求，僅需滿足豎向抗壓承載力就可以了。對(duì)于非柱下抗浮樁 (取⑥軸～⑦軸交 F 軸～G 軸中間處非柱下樁計(jì)算)，由于其承受的建筑物自重較小，G=489kN，F(xiàn)w
=1037kN，G＞1.1Fw。因此，非柱下樁必須考慮抗浮要求。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)及土層情況，經(jīng)計(jì)算確定該工程抗浮樁的單樁豎向抗浮承載力特征值Ra=680kN。因此，根據(jù)上述抗浮計(jì)算公式G+nRa＞1.1Fw，89kN+680kN=1169kN＞1.1×1037kN，滿足抗浮要求。
3結(jié)語(yǔ)
地下室作為整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其決定著整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)是否具有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，在一些高層建筑中，地下工程的造價(jià)甚至還比上部結(jié)構(gòu)造價(jià)要高。而由于地下室的特殊位置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是較復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題，要考慮以及涉及的內(nèi)容繁多，甚至對(duì)于一些關(guān)于地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題目前還沒(méi)得到思想一致，如基礎(chǔ)與地基的相互作用、上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基基礎(chǔ)的影響程度等。鑒于地下室的復(fù)雜設(shè)計(jì)因素，這要求我們?cè)O(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把握安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的協(xié)調(diào)原則，從技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)方面去深入研究地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題。
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