地下構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)方法

文/張霞 沈陽(yáng)市給排水勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市地下構(gòu)筑物及地下室的建設(shè)日益增多，對(duì)于地下建、構(gòu)筑物工程，當(dāng)存在地下水特別是地下水位較高時(shí)，抗浮驗(yàn)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，如果結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算不能滿(mǎn)足要求，可能引起構(gòu)筑物出現(xiàn)裂縫、漏水、結(jié)構(gòu)上浮、底板拱起等破壞，補(bǔ)救起來(lái)比較麻煩。因此，地下構(gòu)筑物抗浮驗(yàn)算是否準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)措施是否合理直接影響著工程設(shè)計(jì)和造價(jià)，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)高度重視。

目前，抗浮設(shè)計(jì)中采用的抗浮措施主要是從抗浮和降水方面考慮的。所謂抗浮，即采用配重抗浮、抗拔樁、抗拔錨固抗浮防止地下結(jié)構(gòu)上浮開(kāi)裂；所謂降水，即采用降水和觀察井等措施降低抗浮水位以滿(mǎn)足地下結(jié)構(gòu)抗浮要求。具體采用哪種方法，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程具體情況而定，還應(yīng)結(jié)合考慮對(duì)工程造價(jià)的影響。本文從確定抗浮水位、抗浮設(shè)計(jì)方法、抗浮設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題等方面進(jìn)行分析探討。

1、合理確定抗浮水位

在地下構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中首先要合理確定其抗浮設(shè)計(jì)水位，其直接影響著項(xiàng)目的安全、造價(jià)和質(zhì)量。進(jìn)行地下水對(duì)構(gòu)筑物的抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，按照巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的設(shè)防水位并根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求計(jì)算地下水浮力時(shí)，確定一個(gè)科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位對(duì)于地下構(gòu)筑物的抗浮驗(yàn)算至關(guān)重要。

國(guó)標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）1、第3.0.4條規(guī)定：當(dāng)工程需要時(shí)，巖土工程勘察報(bào)告尚應(yīng)提供基坑施工降水的有關(guān)技術(shù)參數(shù)及地下水控制方法的建議；用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)防水位。2、 第5.1.5條規(guī)定：基礎(chǔ)宜埋置在地下水位以上，當(dāng)必須埋在地下水位以下時(shí)，應(yīng)采取地基土在施工時(shí)不受擾動(dòng)的措施。

國(guó)標(biāo)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069-2002）第4.3.3條規(guī)定：1、構(gòu)筑物側(cè)壁上的水壓力，應(yīng)按靜水壓力計(jì)算；2、水壓力標(biāo)準(zhǔn)值的相應(yīng)設(shè)計(jì)水位，應(yīng)根據(jù)勘察部門(mén)和水文部門(mén)提供的數(shù)據(jù)采用：可能出現(xiàn)的最高和最低水位，對(duì)地表水位為宜按1%頻率統(tǒng)計(jì)分析確定；對(duì)地下水位應(yīng)綜合考慮近期內(nèi)變化及構(gòu)筑物設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能的發(fā)展趨勢(shì)確定。3、水壓力標(biāo)準(zhǔn)值的相應(yīng)設(shè)計(jì)水位，應(yīng)根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)確定取最低水位或最高水位。4、地表水或地下水對(duì)結(jié)構(gòu)作用的浮托力，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按最高水位確定。

可見(jiàn)，合理確定抗浮設(shè)計(jì)水位在滿(mǎn)足地質(zhì)勘察時(shí)水位的抗浮要求外，其抗浮力尚應(yīng)滿(mǎn)足其近期及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)水位的變化，需要掌握當(dāng)?shù)氐乃馁Y料及變化趨勢(shì)。

2、抗浮設(shè)計(jì)方法

按照《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069-2002）第5.1.2條規(guī)定：1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：應(yīng)包括對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)（滑移及傾覆、上?。?yàn)算。

地下構(gòu)筑物設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足其施工及使用階段的抗浮穩(wěn)定性。根據(jù)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069-2002）第5.2.3條規(guī)定，構(gòu)筑物的抗浮穩(wěn)定性系數(shù)Ks取1.05。

抗浮設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮自重抗浮和配重抗浮的方法，即通過(guò)結(jié)構(gòu)的自重和配重來(lái)平衡地下水的浮力。自重抗?。鹤灾赜?jì)算不包括設(shè)備重、使用荷載及安裝荷載。構(gòu)筑自重的增加，會(huì)使其體積隨之增加，地下水浮力也相應(yīng)增加，因此自重抗浮一般在不具備其它抗浮條件或構(gòu)筑物的自身重度與浮力相差不大時(shí)采用。自重抗浮較其它抗浮方式安全可靠。配重抗?。菏窃跇?gòu)筑物的頂板上、底板外挑部分回填土或砌體，也可在底板上皮回填毛石混凝土、素混凝土層等填料，通過(guò)配重的方式抵抗水浮力的作用。

當(dāng)采用自重或配重抗浮方法不能滿(mǎn)足抗浮穩(wěn)定要求時(shí)，可采用抗拔樁和錨桿錨固抗浮?？拱螛叮菏抢脴?gòu)筑物自重和抗拔樁側(cè)摩擦阻力來(lái)抗浮設(shè)計(jì)的，樁的直徑確定后，樁長(zhǎng)根據(jù)巖土勘察報(bào)告圖層情況，樁端應(yīng)深入巖石土層或相對(duì)較硬的土層，樁距可以通過(guò)土層摩阻等參數(shù)計(jì)算確定，其施工方便，耐久性能夠得到保證。錨桿錨固：錨桿通常為巖石地基的錨固抗浮，基巖應(yīng)堅(jiān)固完整。錨桿應(yīng)在底板下均勻地布置，或布置在構(gòu)筑物底板下壁板軸線(xiàn)的位置。采用錨固抗浮時(shí)，構(gòu)筑物池體中空水或滿(mǎn)水工況下，抗拔樁及錨桿分別處于受拉或受壓的受力狀態(tài)。

3、抗浮設(shè)計(jì)問(wèn)題探討

(1）地下構(gòu)筑物除應(yīng)滿(mǎn)足整體抗浮穩(wěn)定要求，還應(yīng)進(jìn)行局部抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。當(dāng)上部荷載分布不均時(shí)，應(yīng)對(duì)荷載較小部分進(jìn)行局部抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算，避免發(fā)生底板局部隆起、開(kāi)裂、破壞現(xiàn)象。

(2）在進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，選擇抗浮方法時(shí)，結(jié)合工程的具體情況，還應(yīng)考慮工程的造價(jià)。當(dāng)構(gòu)筑物的自重與地下水浮力相差不大時(shí) ，應(yīng)優(yōu)先選用自重抗浮及配重抗浮，增加重度產(chǎn)生造價(jià)的比較小 ，工程建成后亦不需要管理成本 。當(dāng)構(gòu)筑物的自重與地下水浮力相差較大時(shí)，應(yīng)盡量選用錨固抗浮，可以減少工程造價(jià)。

（3）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮施工時(shí)抗浮降水要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明中應(yīng)注明施工降水時(shí)間、降水水位要求，并應(yīng)在施工場(chǎng)地周?chē)贾媒邓c(diǎn)，施工時(shí)地下水位一般降至施工作業(yè)面一下100mm，應(yīng)帶結(jié)構(gòu)頂板覆土完成后方可停止降水。

結(jié)語(yǔ)：

地下構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計(jì)，需要根據(jù)工程的實(shí)際情況、工程地質(zhì)情況、地下水位標(biāo)高等，采用合理的抗浮設(shè)計(jì)方案，同時(shí)應(yīng)考慮工程的安全性、耐久性、工程造價(jià)。筆者根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合規(guī)范要求規(guī)定，從合理確定地下水位、抗浮設(shè)計(jì)方法及抗浮設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題等方面進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。