談地下室的抗浮措施

黃 靜

(西南鐵路房屋建筑公司，四川 成都 610031)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)的加速擴(kuò)張，人民生活水平的提高和城市化的推進(jìn)，土地越發(fā)金貴。地下空間的利用成了工程師們的摯愛(ài)，地下室的建設(shè)不論是建設(shè)數(shù)量還是建設(shè)面積都越來(lái)越大，同時(shí)地下室抗浮成了工程師們不得不面對(duì)的問(wèn)題。

1 地下室抗浮的幾種情況

人們通常認(rèn)為自重動(dòng)輒上萬(wàn)噸的地下室不可能浮起來(lái)，現(xiàn)實(shí)是在施工過(guò)程中上浮的地下室，建成使用后上浮的地下室，被浮力產(chǎn)生的效應(yīng)壓壞的地下室底板，已經(jīng)數(shù)不勝數(shù)。綜上所述抗浮總體上分三種情況:

1)施工過(guò)程中的抗浮，其主要考慮的是已建成部分的自重作為向下抗浮力能否平衡向上的浮力。此時(shí)在地下結(jié)構(gòu)主體已完成，但基坑尚未回填完成，結(jié)構(gòu)主體外圍因降雨或其他原因被水淹沒(méi)，抗浮力僅有地下結(jié)構(gòu)物自重，而浮力是整個(gè)構(gòu)筑物排空的水體的重力，該種情況極易使地下結(jié)構(gòu)物上浮、偏斜。與此類(lèi)似的情況還有，已完成的部分的自重不能完全抵消地下水的浮力時(shí)就撤除了降水措施導(dǎo)致地下建(構(gòu))筑物的上浮或偏斜。

2)建成后的抗浮，其主要考慮建筑物的自重(恒荷載)、活荷載、使用荷載作為向下抗浮力能否平衡向上的浮力，即整體抗浮的問(wèn)題。此種情況一般在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的比較充分，受力也比較明確。設(shè)計(jì)計(jì)算考慮的關(guān)鍵是選定抗浮設(shè)計(jì)水位。

3)局部的抗浮，其主要考慮地下室抗水板的抗力能否大于浮力產(chǎn)生的效應(yīng)，即局部抗浮的問(wèn)題。此種情況主要是通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算階段計(jì)算構(gòu)件配筋解決。

2 抗浮的主要措施

抗浮的主要措施分為“拉”“壓”和“釜底抽薪”三類(lèi)。

2.1 “拉”

所謂拉就是給地下室施加一個(gè)向下的力來(lái)平衡向上的浮力。主要措施包括:抗拔樁、抗浮錨桿等。

2.1.1 抗拔樁

抗拔樁是指抵抗建筑物向上位移的各種樁的總稱(chēng)?？拱螛恫煌谝话愕幕鶚叮渥陨淼莫?dú)特性能與一般基礎(chǔ)樁的最大區(qū)別在于，基礎(chǔ)樁通常為抗壓樁，而抗浮樁則為抗拔樁，二者在受力上不同。在實(shí)際工程中抗浮樁多采用人工挖孔灌注樁或機(jī)械鉆孔灌注樁。灌注樁作為抗浮樁的缺點(diǎn)在于:1)灌注樁的造價(jià)高;2)由于灌注樁與柱子連接使抗浮樁的間距太大，需要很厚的底板才能抵抗浮力產(chǎn)生的彎矩和剪力，因而底板造價(jià)也較高;3)單樁極限抗拔力低。當(dāng)基樁(抗壓樁)兼作抗拔樁時(shí)只考慮局部抗浮驗(yàn)算，但需對(duì)樁本身作抗拔(抗拉)驗(yàn)算，并且其受力鋼筋應(yīng)通長(zhǎng)布置。

灌注樁作抗拔樁要注意以下情況:1)沉管灌注樁不宜作為抗浮措施;2)機(jī)械成孔灌注樁如地質(zhì)條件適合成樁施工，則可優(yōu)先考慮采用正(反)循環(huán)鉆成孔嵌巖灌注樁。但是它受場(chǎng)地等施工條件的影響。由于設(shè)備比較笨重難于下到較深的基坑中施工，且有些靠基坑壁的邊樁由于沒(méi)有相應(yīng)的工作面不能施工。如果先成樁后開(kāi)挖基坑，則土方開(kāi)挖不方便，且施工速度較慢。如場(chǎng)地土層條件好且又大，允許放坡施工可考慮先開(kāi)挖基坑后成樁的辦法;3)人工挖孔灌注樁作抗拔樁時(shí)在地下水位較高，特別是有承壓水的砂土層、滯水層、厚度較大的高壓縮性淤泥層和流塑淤泥土層施工時(shí)，必須有可靠的技術(shù)措施和安全措施，否則不得采用人工挖孔灌注樁而選用其他抗浮方法。如地質(zhì)條件適合人工挖孔灌注樁施工，且當(dāng)基巖與地下結(jié)構(gòu)物底板距離不大時(shí)，則采用人工挖孔擴(kuò)底嵌巖灌注樁作抗浮措施。

2.1.2 抗浮錨桿

抗浮錨桿采用錨桿與巖土錨固的抗浮措施，與其他抗浮措施相比此方法具有工期短、造價(jià)低、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。土層錨桿不僅適用砂性土、粘性土，而在飽和淤泥質(zhì)地層中也獲得了成功應(yīng)用。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)最好使用較小的錨桿，這樣就可以在整個(gè)底板面上以較小的間距來(lái)布置錨桿，從而減少底板的彎矩和配筋量。但使用較小的錨桿需要鉆鑿較多的錨桿孔，這樣又會(huì)增加施工費(fèi)用和工期。當(dāng)采用抗浮錨桿時(shí)錨桿體系用螺紋鋼不施加預(yù)應(yīng)力，采用一定構(gòu)造措施將抗浮錨桿頂部留部分直接澆入混凝土底板或梁。錨桿施工簡(jiǎn)單、施工周期短。采用錨桿抗浮需要考慮抗浮錨桿所用鋼筋與混凝土底板的止水問(wèn)題，防止從二者結(jié)合點(diǎn)發(fā)生滲漏。因此可以先施工抗浮錨桿后做地下結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)板，也可先做地下結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)板在板或梁上預(yù)留孔后施工抗浮錨桿。

2.2 “壓”

所謂壓就是給地下室增加配重，利用建筑物本身的自重加上配重的重力來(lái)平衡向上的浮力。主要措施包括:頂板壓載、底板加載、延伸底板。

1)頂板壓載。頂板壓載是利用地下室頂板上的覆土的重力與建筑物自身的重力來(lái)抵抗浮力。但是地下室的頂板標(biāo)高一般是已定的，且增加覆土厚度必然降低地下室層高或是增加地下室埋深。前者不滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)適用性，后者必然使土方工程量增加，同時(shí)也會(huì)增加施工難度進(jìn)而增加工程造價(jià)，更重要的是在增厚地下室頂板覆土的同時(shí)也增加向上浮力。加深基坑的深度造成大面積深基坑的開(kāi)挖給施工場(chǎng)地的布置及基坑土坡穩(wěn)定等帶來(lái)很多困難。本措施一般用于埋深較淺不需要增加太厚混凝士的地下結(jié)構(gòu)物的抗浮，否則會(huì)大大增加工程量、增加工程造價(jià)和增加工期，對(duì)規(guī)模較大埋深較深的地下結(jié)構(gòu)物的抗浮不宜采用此抗浮措施。

2)底板加載。底板加載措施是將地下結(jié)構(gòu)物底板的混凝土加厚，使建筑物自身重量增加，以抵抗向上浮力，但在增加混凝土的同時(shí)也增加了向上浮力，它增加的重量是混凝土與水的重量之差。底板加載混凝土?xí)岣吖こ淘靸r(jià)。采用底板加載抗浮措施，地下室底需澆筑大量的壓載混凝土，在材料上造成極大的浪費(fèi)，太厚的底板也會(huì)給施工帶來(lái)很多困難。因壓載加深基坑的深度，造成大面積深基坑的開(kāi)挖給施工用地及基坑土坡穩(wěn)定等方面帶來(lái)很多困難。本措施一般用于埋深較淺，不需要增加太厚混凝土的地下室的抗浮，否則會(huì)大大增加工程量、增加工程造價(jià)和增加工期，對(duì)規(guī)模較大，埋深較深的地下結(jié)構(gòu)物的抗浮不宜采用本措施。

3)延伸底板加載。延伸基板法是將地下結(jié)構(gòu)物的基板向外延伸而形成翼板。由翼板上覆土與建筑物本身的重力來(lái)抵抗向上浮力。但是為了要延伸基板開(kāi)挖的范圍因而加寬，土方及使用土地面積也將因而加大，且會(huì)大大增加工程量、增加工程造價(jià)和增加工期。本措施適用于不受場(chǎng)地限制的規(guī)模較小地下室的抗浮。

2.3 “釜底抽薪”

所謂釜底抽薪是設(shè)法消去地下結(jié)構(gòu)物底部的水壓力，即在結(jié)構(gòu)物四周及基底處事先修建降水盲溝。結(jié)構(gòu)物投入使用后地下水由盲溝不斷地流入集水井中被水泵排走。通過(guò)降水盲溝的使用，地下水位始終低于能使結(jié)構(gòu)物浮起的預(yù)警水位，確保結(jié)構(gòu)物不上浮。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是施工較方便，缺點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)物較大時(shí)，盲溝數(shù)量大、埋置深給結(jié)構(gòu)物的日常管理和使用帶來(lái)一定困難，本措施適用于透水率較低的土層，若在透水率高的土層中則本措施抽水費(fèi)用將大為增加，并且還會(huì)因抽水而造成鄰近區(qū)域的沉陷。實(shí)踐證明在水池等地下構(gòu)筑物下布置盲溝將地下水引入集水井的方法是十分經(jīng)濟(jì)有效的，但作為地下室的抗浮措施使用較少。

3 結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)一些地下室的抗浮措施作了簡(jiǎn)要的討論，每一種方法都各有利弊，在選擇抗浮措施時(shí)應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)情況、場(chǎng)地條件等因素，按照經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠和方便施工的原則綜合考慮，選擇一個(gè)最佳有效的抗浮方案。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] CECS 22∶2005，巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5] CECS 147∶2004，加筋水泥土樁錨支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].