柱下獨基加防水板的地下室設(shè)計淺論

王 燦

（蚌埠市建筑設(shè)計研究院，安徽 蚌埠 233000）

柱下獨基加防水板的地下室設(shè)計淺論

王 燦

（蚌埠市建筑設(shè)計研究院，安徽 蚌埠 233000）

從柱下獨基加防水板的受力特點、設(shè)計原則、構(gòu)造要求以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題，闡述了柱下獨立基礎(chǔ)加防水板的有關(guān)設(shè)計問題。

地下室；柱下獨立基礎(chǔ)；防水板

當(dāng)多層框架結(jié)構(gòu)建有地下室且有防水要求時，如地基較好，也可以用獨立基礎(chǔ)加防水板的地下室做法。此做法也可用于高層建筑的裙房。

多層框架結(jié)構(gòu)柱下獨立基礎(chǔ)承受上部結(jié)構(gòu)的全部荷載，防水板僅按防水要求設(shè)置。為了減少柱基礎(chǔ)沉降對防水板的不利影響，應(yīng)在防水板下設(shè)置一定厚度的易壓縮材料，如聚苯板或松散爐渣等。這時，防水板僅考慮地下水的浮力作用，不考慮地基土反力作用。柱下獨立基礎(chǔ)加防水板做法自上而下為：1.防水板，厚度大于等于250；2.防水層；3.混凝土墊層；4.聚本板。

多層框架結(jié)構(gòu)地下室采用獨立基礎(chǔ)加防水板的做法時，設(shè)計中還要注意以下一些問題。

（一）柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計計算

1.地下室采用柱下獨立基礎(chǔ)加防水板時，柱下獨立基礎(chǔ)的計算方法與無地下室的多層框架結(jié)構(gòu)相同?；A(chǔ)的底面積、基礎(chǔ)的高度和基礎(chǔ)的配筋，均應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)整體計算后輸出的底層柱底組合內(nèi)力設(shè)計值中的最不利組合進行設(shè)計計算，不可采用D+L的組合內(nèi)力來進行設(shè)計計算。

2.基礎(chǔ)下部設(shè)置易壓縮材料時，柱下獨立基礎(chǔ)除承受上部結(jié)構(gòu)荷載及柱基自重外，還應(yīng)考慮防水板的自重、板面建筑裝修荷載和板面使用荷載。這些荷載使柱子的軸向內(nèi)力增加，可以近似地按柱子的負(fù)荷面積計算。當(dāng)獨立基礎(chǔ)的設(shè)計由Nmin組合內(nèi)力設(shè)計值控制時，則可以不考慮作用在防水板上的使用荷載。

3.當(dāng)防水板按無梁樓板進行計算時，柱下獨立基礎(chǔ)的最終配筋應(yīng)取按柱下獨立基礎(chǔ)計算所需鋼筋截面面積與防水板底面向上的豎向荷載作用下柱下板帶支座所需鋼筋截面面積之和。

（二）防水板的設(shè)計計算

1.防水板通常按無梁樓板設(shè)計，此時柱基礎(chǔ)可以視為托板式柱帽。

2.防水板的配筋應(yīng)按以下均布荷載計算，并取其配筋較大者：（1）作用在防水板頂面向下的豎向均布荷載，包括板自重、板面裝修荷載和等效均布荷載；（2）作用在防水板底面向上的豎向均布荷載，包括水浮力及防空地下室底板等效靜荷載（無人防要求時不計算此項荷載），但應(yīng)扣除防水板自重和板面裝修荷載。

3.防水板應(yīng)雙向雙層配筋，其截面面積除滿足計算要求外，尚應(yīng)滿足受彎構(gòu)件最小配筋率的要求。包括人防和非人防的。

4.防水板的厚度不應(yīng)小于250mm，混凝土強度等級不應(yīng)低于C25，宜采用HRB335級或HRB400級鋼筋配筋，鋼筋直徑不宜小于12mm，間距宜采用150～200mm。

（三）獨立基礎(chǔ)

獨立基礎(chǔ)符合下列情況需在兩個主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)系梁時，可在防水板內(nèi)設(shè)置暗梁來代替基礎(chǔ)系梁。1.一級框架和二級框架；2.各柱基礎(chǔ)承受的重力荷載代表值差別較大；3.基礎(chǔ)埋深較大，或各基礎(chǔ)埋深差別較大；4.地基主要受力層范圍內(nèi)存在軟弱粘土層、液化土層和嚴(yán)重不均勻土層。

暗梁的斷面尺寸可以取250乘于防水板厚度；暗梁的縱向鋼筋看取所連的兩根柱子中軸力較大者的1/10作為拉力來計算，且配筋總量不少于4根14(上下根不少于2根14)，箍筋不少于園6@200。暗梁配筋可以同時作為防水板的配筋。

為了保證帶防水板的柱下獨立基礎(chǔ)有必要的埋深，基礎(chǔ)底面至防水板頂面(地下室底板頂面)的距離不宜小于1.0m。對于防水要求較高的地下室，宜在防水板下鋪設(shè)較好的防水材料，或在防水板上增設(shè)架空層。

（四）構(gòu)造要求

為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)想，防水板下應(yīng)設(shè)置軟墊層，確保防水板不承擔(dān)或承擔(dān)最少量的地基反力，軟墊層應(yīng)具有一定的承載能力，至少應(yīng)能承擔(dān)防水板混凝土澆注時的重量及其施工荷載，并確保在混凝土達(dá)到設(shè)計強度前不致產(chǎn)生過大的壓縮變形；軟墊層還應(yīng)具有一定的變形能力，避免防水板承擔(dān)過大的地基反力，以保證防水板的受力狀況和設(shè)計相符。

工程設(shè)計中軟墊層的做法大致如下：1.防水板下設(shè)置焦渣墊層，利用焦渣墊層所具有的承載力來承擔(dān)防水板及其施工荷載重量，并確保在防水板施工期間不致發(fā)生過大的壓縮變形，同時，在底板混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，具有恰當(dāng)?shù)目蓧嚎s性。受焦渣材料供應(yīng)及其價格因素的影響，焦渣墊層的應(yīng)用正在逐漸減少。2.防水板下設(shè)置聚本板。近年來隨著獨立柱基礎(chǔ)加防水板應(yīng)用的普及，聚板板的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，由于其來源穩(wěn)定，施工方便快捷且價格低廉，在工程應(yīng)用中獲得比較滿意的技術(shù)經(jīng)濟效果。但聚本板應(yīng)具有一定的強度和彈性模量，以能承擔(dān)基礎(chǔ)底板的自重及施工荷載。

（五）結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題

1.在軟墊層設(shè)計中，采取控制軟墊層強度和變形的結(jié)構(gòu)措施，根據(jù)設(shè)計需要提出聚苯板的抗壓強度和壓縮模量指標(biāo)(抗壓強度一般取壓縮量為試件總厚度的10%時的強度值)。2.軟墊層厚度h可根據(jù)地基沉降數(shù)值s確定，且應(yīng)滿足h＞=s。3.當(dāng)?shù)叵滤惠^高(qw＞qs+qa)時，應(yīng)考慮防水板承擔(dān)的水浮力對獨立基礎(chǔ)彎矩的增大作用，并可采用矢量疊加原理進行簡單計算。4.應(yīng)特別注意對基礎(chǔ)計算深度的修正。5.應(yīng)注意獨立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)與變厚度筏板基礎(chǔ)的區(qū)別。6.當(dāng)?shù)叵滤徊桓邥r，應(yīng)盡量采取較小厚度的防水板，以控制防水板的配筋約對于防水板的構(gòu)造配筋為宜。

（六）特別說明

1.獨立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)暫時未列入相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和做法均為筆者對實際工作所做的工程的總結(jié)和體會，僅供讀者在設(shè)計中參考。

2.在可不考慮地下水對建筑物影響時，對防潮要求比較高的建筑，常可采用獨立基礎(chǔ)加防潮板，防潮板的位置(標(biāo)高)可根據(jù)工程具體情況而定：當(dāng)防潮板的位置在獨立基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)時，上述獨立基礎(chǔ)加防水板設(shè)計方法同樣可以適用。當(dāng)防潮板在地下室地面標(biāo)高處時，防潮板變成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般可以不考慮其對獨立基礎(chǔ)的影響，當(dāng)注意框架柱在防潮層標(biāo)高處應(yīng)留有與防潮板相連接的“胡子筋”。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用抗浮設(shè)計水位，而不是防水設(shè)計水位。

4.有關(guān)結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計。抗浮設(shè)計常用的方法有：（1）自重平衡法：采用回填土、石或混凝土等手段，來平衡地下水浮力；（2）抗力平衡法：設(shè)置抗撥錨桿或抗撥樁，來消除或部分消除地下水浮力對結(jié)構(gòu)的影響；（3）浮力消除法：即采取疏、排水措施，使地下水保持在預(yù)定的標(biāo)高之下，減小或消除地下水對建筑物的浮力，從而達(dá)到建筑物抗浮的目的；（4）綜合設(shè)計:根據(jù)工程需要采用上述兩種方法或多種抗浮設(shè)計方法，采取綜合處理措施，實現(xiàn)建筑物的抗浮。

方法（1）和（2），從工程角度是屬于“抗”的范疇，能解決大部分工程的抗浮問題但對地下水浮力很大的工程，投資大，費用高。而設(shè)計方法（3）屬于“消”的范疇，處理得當(dāng)，可以獲得比較滿意的經(jīng)濟和技術(shù)效果。一般情況下，當(dāng)?shù)叵滤惠^高，建筑物長期處在地下水浮力作用下時，宜采用自重或抗力平衡法；當(dāng)?shù)叵滤惠^低，建筑物長期沒有地下水浮力作用或地下水浮力作用的時間很短、概率很小時，宜采用浮力消除法。采用“抗”和“消”相結(jié)合的設(shè)計方法，對于防水要求不是很高的大面積地下車庫等建筑尤為合適。

5.采用浮力消除法的相關(guān)問題：（1）地下室底板宜位于弱透水層；（2）地下室四周及底板應(yīng)設(shè)置截水盲溝，并在適當(dāng)位置設(shè)置集水井及排水設(shè)備；（3）設(shè)置排水盲溝，應(yīng)具有成熟的地方經(jīng)驗，必要時應(yīng)進行相關(guān)水工試驗。應(yīng)采取確保盲溝不淤塞的技術(shù)措施(如設(shè)置砂石反濾層，鋪設(shè)土工布等)，并加以定期監(jiān)測和維護，保證排水系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn)。

（七）通過已建的幾個工程分析

1.獨立基礎(chǔ)和防水板的配筋可根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計的實際情況統(tǒng)一考慮，當(dāng)基礎(chǔ)底面和防水板的底面位于同一標(biāo)高時，可考慮防水板鋼筋通長布置，獨立基礎(chǔ)下配筋不足部分用短鋼筋配足。

2.通過工程實例分析可以發(fā)現(xiàn),在獨立基礎(chǔ)加防水板中，獨立基礎(chǔ)和防水板不一定同時由相同的荷載效應(yīng)組合起控制作用，如：防水板常按水浮力控制的效應(yīng)組合設(shè)計（當(dāng)?shù)叵滤儎臃容^大時，水浮力的荷載分項系數(shù)按可變荷載考慮；當(dāng)?shù)叵滤儎臃容^小時，水浮力的荷載分項系數(shù)按永久荷載考慮），獨立基礎(chǔ)則按由永久荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計，兩者采用不同的荷載效應(yīng)設(shè)計值，而在獨立基礎(chǔ)的設(shè)計中又離不開防水板傳來的荷載，因此，在獨立基礎(chǔ)加防水板的設(shè)計中，要嚴(yán)格分清荷載是不同效應(yīng)組合是困難的，同時從工程設(shè)計角度看也無必要。從工程設(shè)計實際出發(fā)，采用適當(dāng)?shù)陌j(luò)設(shè)計方法，其結(jié)果相差不大，故可以按個自最不利情況計算并簡化設(shè)計。在特定的條件下，考慮與不考慮防水板對獨立基礎(chǔ)內(nèi)力的影響，其計算結(jié)果相差較大，因此當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，不考慮防水板對獨立基礎(chǔ)的影響是不合適的，也是不安全的。

[1] GB50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB500010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 土力學(xué)地基與基礎(chǔ)疑難釋義(第二版)[M].

[4] 鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)與特種結(jié)構(gòu)[M].四川科學(xué)技術(shù)出版社.

TU471.1+1

A

1008-1151(2010)04-0070-02

2010-01-13

王燦（1959－），男，江蘇太倉人，蚌埠市建筑設(shè)計研究院設(shè)計三所主任工程師。