談純地庫(kù)結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算及抗拔樁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

楊 小 靜

(山西建筑工程集團(tuán)有限公司，山西 太原　030002)

1　工程概況

以某商業(yè)區(qū)的純地下車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)為例，該地庫(kù)為已審批的地下3層，地勢(shì)平坦，三層連通，抗浮水位為0.00，覆蓋在上面的土厚為1.4 m，基礎(chǔ)筏板底標(biāo)高為-18.7 m，因小區(qū)人口密度較大，四周密集，經(jīng)過(guò)論證純地庫(kù)樁基的設(shè)計(jì)如下。

2　計(jì)算過(guò)程

2.1　地庫(kù)抗浮的驗(yàn)算

2.2　樁計(jì)算

要對(duì)每個(gè)單樁分別進(jìn)行承載力計(jì)算和豎向抗拔承載力估算,以8 m單樁進(jìn)行說(shuō)明。

2.2.1承載力計(jì)算

1)設(shè)計(jì)資料。

首先進(jìn)行基樁設(shè)計(jì)參數(shù)，成樁工藝:混凝土預(yù)制樁；承載力設(shè)計(jì)參數(shù)取值:人工填寫(xiě)；孔口標(biāo)高-1.65 m，樁頂標(biāo)高-1.65 m，樁身截面邊長(zhǎng):b=0.35 m，樁身長(zhǎng)度:l=8.00 m。

2)巖土設(shè)計(jì)參數(shù)。

主要涉及土層種類(lèi)辨別，土層厚度、層底埋深、極限側(cè)阻力、極限端阻力相關(guān)數(shù)據(jù)的確定。

2.2.2單樁豎向抗拔承載力估算

主要是對(duì)上述土層的確定的參數(shù)來(lái)確定樁身周長(zhǎng)u、樁端面積Ap；單樁豎向抗拔承載力估算。即：根據(jù)樁基規(guī)范按下式計(jì)算：Quk=Qsk+Qpk。

3　設(shè)計(jì)過(guò)程解讀與經(jīng)驗(yàn)分析

3.1　做好地下室的抗浮驗(yàn)算分析

近幾年房地產(chǎn)業(yè)用地商業(yè)地段土地稀缺，高層建筑越來(lái)越多，出現(xiàn)好的解決人口密度帶來(lái)的車(chē)輛問(wèn)題，提高土地利用率，地下車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)均為多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)因地下水位高，出現(xiàn)浮力大的時(shí)候，現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有要求進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，因此很多設(shè)計(jì)都省略了，這留下很大隱患，認(rèn)為此處應(yīng)根據(jù)JGJ 72—2004高層建筑巖土工程勘察規(guī)程規(guī)定，進(jìn)行合理驗(yàn)算，具體做法如下：1)對(duì)地庫(kù)處的水位進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，抗浮設(shè)防水位采用記錄的最高水位。若沒(méi)能長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)值，根據(jù)設(shè)計(jì)場(chǎng)地的自然地理特征、地下管道鋪設(shè)、地下水補(bǔ)給等綜合考慮確定。2)出現(xiàn)承壓水并且與潛水有水力聯(lián)系，此時(shí)，必須考慮實(shí)際出現(xiàn)的承壓水水位及抗浮設(shè)防水位受此產(chǎn)生的影響。3)若考慮的僅僅是該地庫(kù)施工期間的抗浮設(shè)防，設(shè)防水位應(yīng)取一個(gè)水文年中最高的測(cè)量值。

3.2　地下水類(lèi)型及產(chǎn)生浮力的條件應(yīng)力狀態(tài)

地下水一般有三種類(lèi)型，不同類(lèi)型滲透能力不同，所以設(shè)計(jì)計(jì)算前要弄清楚水的類(lèi)型，一般地下水有：上層滯水、潛水、承壓水，不同的類(lèi)型的水，狀態(tài)不同。不同工程地下水存在狀態(tài)不同，受力也不同。與地下土粒結(jié)實(shí)的粘結(jié)在一起，不能自由移動(dòng)及傳遞壓力的是結(jié)合水，計(jì)算時(shí)不考慮浮力的存在；在土粒影響范圍以外有溶解傳遞靜力壓力的稱(chēng)作自由水。工程地段存有重力水則為自由水，因重力作用會(huì)產(chǎn)生浮力，需要考慮。在實(shí)際過(guò)程中，這也有兩種情況。一種是地下室底板下的重力水水位高于該地下室的底板，此時(shí)才會(huì)產(chǎn)生浮力；另一種是地下水位處于地下室底板以下或上層滯水水位較高，這不會(huì)產(chǎn)生浮力。建筑結(jié)構(gòu)成形后能夠保持平衡，通常是通過(guò)地下室將載荷產(chǎn)生作用到地基土上的力與地基土產(chǎn)生的反力來(lái)保持整個(gè)物體的平衡，即結(jié)構(gòu)荷載=基底反力。若因?yàn)檐?chē)庫(kù)地下水位產(chǎn)生浮力，根據(jù)式子荷載=基底反力+浮力，為保持平衡，地基反力變小，浮力與地基反力正好反向，浮力大反力就小，反之亦然。當(dāng)車(chē)庫(kù)地下水產(chǎn)生的浮力小于建筑物的結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，這時(shí)的結(jié)構(gòu)抗浮是滿(mǎn)足要求。但是，若浮力不斷增長(zhǎng)，產(chǎn)生的力大于結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，此時(shí)基底反力等于零，結(jié)構(gòu)抗浮不能滿(mǎn)足平衡要求。必須考慮采取其他措施來(lái)保持上式的平衡。

3.3　高層地庫(kù)結(jié)構(gòu)的抗浮驗(yàn)算及基本原則

城市高層結(jié)構(gòu)一般都是裙帶結(jié)構(gòu)，周?chē)泻芏噍^低的建筑物與其連接在一起，作為整體進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，通常出現(xiàn)高層結(jié)構(gòu)載荷大，周?chē)^低結(jié)構(gòu)載荷小，高層的基地反力有一定的數(shù)值，較低結(jié)構(gòu)基地反力為零甚至朝上的多余浮力的現(xiàn)象。這種情況若較低的裙房呈不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)體的抗傾震驗(yàn)算也是設(shè)計(jì)過(guò)程需要驗(yàn)算重點(diǎn)。不僅需要驗(yàn)算整體抗浮，還要驗(yàn)算作為裙帶結(jié)構(gòu)的局部抗浮效果，因?yàn)橐坏┯懈×?，低層結(jié)構(gòu)體的地下車(chē)庫(kù)的受力情況會(huì)發(fā)生較大變化，跨度也會(huì)變大，有可能還會(huì)成為懸臂結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)高層結(jié)構(gòu)地下車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)影響很大，因此，局部抗浮不能忽略。如果工程的地下地質(zhì)屬于不透水層，用的不透水土進(jìn)行周邊填土，也沒(méi)有場(chǎng)地積水現(xiàn)象，不考慮水的浮力。在選取最高水位的時(shí)候要按照以下原則：有長(zhǎng)期水文觀測(cè)資料或歷史水位記錄時(shí)，浮力的計(jì)算可取歷史最高水位，沒(méi)有就采用中水期最高穩(wěn)定水位；若現(xiàn)場(chǎng)有承壓水與潛水之間的水力作用，應(yīng)該按照二者混合的最高水位計(jì)算；沒(méi)有承壓水及移動(dòng)水壓力情況下，按經(jīng)驗(yàn)最高水位取值在地下室頂板面標(biāo)高以下較為科學(xué)。

設(shè)計(jì)過(guò)程若遇到一些特殊情況的浮力呈現(xiàn)，這時(shí)候?qū)σ恍┛赡墚a(chǎn)生明顯水頭差的場(chǎng)地上的地下室，要綜合考慮地下室底板受地下水滲流而產(chǎn)生作用于地下室底板的非均稱(chēng)載荷的影響。若受到的是穩(wěn)定地下水位作用，此時(shí)浮力按靜水壓力計(jì)算。若是臨時(shí)高水位作用而產(chǎn)生的浮力，在粘性土地基中進(jìn)行驗(yàn)算過(guò)程中可適當(dāng)折減，折減系數(shù)由勘察部門(mén)提出。

3.4　設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)的系數(shù)取值分析

1)抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算有關(guān)取值分析。重力系數(shù)取值，按經(jīng)驗(yàn)積累取地庫(kù)結(jié)構(gòu)自重及覆在頂板上有效土重的標(biāo)準(zhǔn)值乘以分項(xiàng)系數(shù)0.9，水浮力的分項(xiàng)系數(shù)及浮托力值分別取為1.0和10 kN/m3×hw1×1.0，hw1代表地下室頂板標(biāo)高至底板底標(biāo)高的有效高度；計(jì)算底板混凝土構(gòu)件承載力時(shí)，水浮力的分項(xiàng)系數(shù)及浮托力值分別取為1.35和10 kN/m3×hw2×1.35，hw2是指室外場(chǎng)地整平標(biāo)高至地下室底板底標(biāo)高的高度。

2)進(jìn)行單樁抗拔計(jì)算系數(shù)取值，樁側(cè)表面抗拔側(cè)阻力=抗拔壓側(cè)阻力×抗拔系數(shù)λ?？拱蜗禂?shù)λ的取值參見(jiàn)國(guó)標(biāo)規(guī)定的數(shù)值選??；L/d<20時(shí)，L為樁長(zhǎng)，d為樁徑，λ取較小值，抗拔樁配筋按國(guó)標(biāo)軸心受拉構(gòu)件驗(yàn)算裂縫寬度不大于0.2 mm。

4　結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果遇到地下室的抗浮驗(yàn)算不滿(mǎn)足要求，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，來(lái)保證建筑物的安全及施工安全，這些措施要符合工程實(shí)際，又要經(jīng)濟(jì)便于施工。一般我們會(huì)采取以下措施，當(dāng)?shù)叵率宜闹苡貌煌杆粱靥畹?，持力層為不透水層的，不用考慮浮力；增加上部覆土厚度平衡浮力，若地下室上部不允許增厚可采取壓重措施。在上述方式不能滿(mǎn)足的時(shí)候，采取加大地下室底板的挑出長(zhǎng)度、加抗浮樁或錨桿等，長(zhǎng)度增加需進(jìn)行復(fù)核地基梁的受力變化，加樁或錨桿要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)受力和變形情況。

參考文獻(xiàn):