帶防水板基礎(chǔ)的抗浮設(shè)計研究

耿 慧 玲

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

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帶防水板基礎(chǔ)的抗浮設(shè)計研究

耿 慧 玲

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

以寧武縣原木材公司棚戶區(qū)改造安置房工程為例，根據(jù)該場地的工程地質(zhì)條件，對獨立基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)形式進行了抗浮設(shè)計分析，得出了獨立基礎(chǔ)與地基反力、防水板與水浮力及上部荷載的關(guān)系。

獨立基礎(chǔ)，防水板，抗浮設(shè)計，基礎(chǔ)形式

0 引言

當城市的生產(chǎn)和消費的發(fā)展達到一定程度后，城市大量興建高層建筑，基礎(chǔ)的埋置深度往往較深，實踐中往往采用獨立基礎(chǔ)加防水板或承臺加防水板等基礎(chǔ)形式。防水板在《基礎(chǔ)規(guī)范》和《樁基規(guī)范》中均沒有明確規(guī)定，需要注意的是，當?shù)叵滤惠^高時，會對建筑平面內(nèi)地下室部分基礎(chǔ)構(gòu)件產(chǎn)生浮力作用，需進行構(gòu)件抗浮設(shè)計。

1 防水設(shè)計水位和抗浮設(shè)計水位的定義及相互關(guān)系

首先，需明確區(qū)分兩個概念。防水設(shè)計水位和抗浮設(shè)計水位在設(shè)計中經(jīng)常容易混淆，其定義和適用范圍見表1。

表1 防水設(shè)計水位和抗浮設(shè)計水位的定義及相互關(guān)系

防水水位主要用于確定地下結(jié)構(gòu)的抗?jié)B等級和建筑的外防水的設(shè)計，旨在進行建筑物的防滲設(shè)計，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計及抗浮設(shè)計無關(guān)。

抗浮設(shè)計水位，在國家規(guī)范相關(guān)資料里沒有明確的規(guī)定，一般可按當?shù)貥藴蕘泶_定。在我國長江以南水源充沛的地區(qū)，地下水位都比較高，對高層建筑工程的抗浮設(shè)計應(yīng)加以高度的重視。福建省抗洪設(shè)計的地方標準規(guī)定要求，對重大工程應(yīng)按室外地面以上500 mm的高度，來確定地下室的抗浮設(shè)計水位；而在我國北方的廣大干旱地區(qū)，應(yīng)根據(jù)地下水位的變化規(guī)律和水文地質(zhì)情況等因素綜合確定抗浮設(shè)計水位。對重大工程，有必要時，還需進行抗浮設(shè)計水位的論證研討。

獨立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)中的防水板、獨立基礎(chǔ)以及地下室外墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行承載力計算時，抗浮設(shè)計水位(也稱結(jié)構(gòu)設(shè)防水位)應(yīng)取近3年～5年的歷史最高水位(包含上層滯水)。

抗浮設(shè)計水位適用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計計算以及結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定驗算，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要條件，不容忽視。

2 設(shè)計中防水板的主要應(yīng)用模式

設(shè)計中防水板的主要應(yīng)用模式有：1)帶有地下室的多層建筑有防水要求時，當?shù)鼗鶙l件較好時，可以采用獨立基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)設(shè)計方法；2)如地基承載力不足可以采用承臺加防水板的地下室做法；3)也可用于高層建筑的裙房，即主樓采用平筏(或樁筏)，裙房采用獨立基礎(chǔ)加防水板(或承臺+防水板)。

關(guān)于計算軟件選擇：PKPM軟件基礎(chǔ)部分中，地下水浮力無法錄入，需要另外手工驗算，防水板不是主要受力構(gòu)件，容易被設(shè)計人員遺漏，當?shù)叵滤惠^高時，會造成不可挽回的損失，所以，必須引起重視。

盈建科軟件基礎(chǔ)部分中，完善了地下水設(shè)計部分。帶防水板工程中，其他基礎(chǔ)(獨基、承臺、筏板或地梁)承擔了全部上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，防水板僅按防水要求設(shè)置即可。為了將基礎(chǔ)沉降變形對防水板的不利影響減少，設(shè)計時應(yīng)在防水板下設(shè)置一層易壓縮材料，例如松散爐渣或聚苯板等。這時，防水板可以只考慮地下水的浮力作用，不必再考慮地基土反力作用。

3 防水板計算模型

防水板采用的計算模型是基于柱墻位置不動假定的倒樓蓋計算模型。該模型只考慮了防水板的局部彎曲效應(yīng)，適用于上部荷載比較均勻、柱墻位移差不大的工程。如果柱墻位移差比較大，不能忽略其影響，可以采用整體彎曲效應(yīng)的筏板計算模型來設(shè)計防水板。

采用防水板模型時，因為柱墻位置假定為不動，所以上部結(jié)構(gòu)荷載對防水板是無影響的。對防水板內(nèi)力配筋起作用的荷載包括防水板面恒活、水浮力及人防荷載，并應(yīng)該考慮防水板傳遞過來的荷載效應(yīng)對獨立基礎(chǔ)、承臺、筏板、地梁等其他基礎(chǔ)的影響。

由于防水板默認采用墻柱位置為不動支座的倒樓蓋計算模型，這種理想化簡化模型導(dǎo)致防水板計算結(jié)果存在結(jié)果偏小、未進行沖剪、沉降驗算等局限性。可以采用防水板的精確計算模型，即采用基床系數(shù)為0的筏板來進行計算。

4 抗浮設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)

基礎(chǔ)構(gòu)件抗浮組合系數(shù)設(shè)置：在獨基加防水板基礎(chǔ)形式設(shè)計時，防水板和獨立基礎(chǔ)應(yīng)考慮按不同的荷載效應(yīng)組合來起控制作用，如：防水板一般按水浮力控制的效應(yīng)組合設(shè)計(當?shù)叵滤S時間等因素變動區(qū)間較大時，水浮力按可變荷載考慮；當?shù)叵滤S時間等因素變動區(qū)間較小時，水浮力按永久荷載考慮)，獨立基礎(chǔ)應(yīng)始終按由永久荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計，綜上所述，防水板和獨立基礎(chǔ)采用不同的荷載效應(yīng)設(shè)計值，但在獨立柱基的設(shè)計中，應(yīng)考慮防水板傳來的荷載。所以，在獨基加防水板基礎(chǔ)設(shè)計過程中，準確定義荷載的不同效應(yīng)組合是有一定困難的，結(jié)合工程設(shè)計的實際情況，采用合適的包絡(luò)設(shè)計方法，其結(jié)果基本相符，故可按各自最不利計算以達到簡化設(shè)計的效果。

5 工程實例

該工程為寧武縣房產(chǎn)管理局開發(fā)的寧武縣原木材公司棚戶區(qū)改造安置房工程2號樓。項目位于寧武縣中心城區(qū)，用地西側(cè)臨外環(huán)路，東側(cè)臨火車站路，南側(cè)臨舊火車站橋,北側(cè)臨新火車站橋。本工程主樓地下1層,地上11層,局部地上2層為商業(yè)，建筑總高度33.450 m。裙房地下1層,地上2層,建筑總高度8 m。該工程主要使用功能：商業(yè)，住宅。主體結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為平板式筏片。裙房結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)+條形基礎(chǔ)+防水板。

抗震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計地震分組為第二組。建筑場地類別為:Ⅰ類。地下水位埋深大于0.6 m～3.8 m，水位標高1 376.66 m～1 383.23 m。本工程場地為中硬土，無液化，為建筑抗震一般地段。地基土對鋼筋混凝土及鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕等級為微腐蝕?；A(chǔ)持力層為第③層圓礫。地基承載力滿足設(shè)計要求，主樓基礎(chǔ)形式為平板式筏片基礎(chǔ)。裙房基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)+條形基礎(chǔ)+防水板。地基處理方式如下:1)主樓部分:將第①層雜填土和第②層粉土全部挖除，整片換填天然級配砂卵石至基底標高，壓實系數(shù)不小于0.97，平面尺寸為基礎(chǔ)外邊緣外擴3.0 m，要求級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質(zhì),當使用粉細砂或石粉時，應(yīng)摻入不少于總重量30%的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50 mm，要求分層碾壓夯實，壓實系數(shù)不小于0.97，處理后的地基應(yīng)根據(jù)規(guī)范確定其承載力特征值，且不小于300 kPa。2)軸線上裙房部分:將第①層雜填土全部挖除,整片換填三七灰土至基底標高(灰土厚度基底下至少1 m),壓實系數(shù)不小于0.97，平面尺寸為基礎(chǔ)外邊緣外擴1.0 m，墊層的施工質(zhì)量檢驗應(yīng)當分層進行,對每層的壓實系數(shù)檢測符合設(shè)計要求后，再鋪填上層土，灰土質(zhì)量要求：土料宜用粉質(zhì)粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質(zhì)粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應(yīng)過篩，其顆粒不得大于15 mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5 mm。處理后的地基應(yīng)根據(jù)規(guī)范確定其承載力特征值，且不小于180 kPa。

建筑物室內(nèi)地面標高±0.000相當于絕對標高為1 386.55 m,室內(nèi)外高差0.750 m～0.800 m。寧武當?shù)乜垢≡O(shè)計水位為1 383.35 m。

主樓基礎(chǔ)設(shè)計：歷史最高水位相對于結(jié)構(gòu)±0為-3.2 m，地下水作用在防水板底荷載為7.5 kN/m2，基礎(chǔ)底標高均為-3.950 m,基底與100 mm厚C15素混凝土墊層間為70 mm防水層。經(jīng)計算所得，基礎(chǔ)采用平板式筏片,混凝土強度等級為C30，抗?jié)B等級P6。筏板厚為600 mm(局部800 mm)，全部筏板雙層雙向通長配筋φ16@220,局部應(yīng)力較大處附加鋼筋。

裙房基礎(chǔ)設(shè)計：防水板底標高為-5.700 m。歷史最高水位相對于結(jié)構(gòu)±0為-3.2 m，地下水作用在防水板底荷載為25 kN/m2，基底與100 mm厚C15素混凝土墊層間為70 mm防水層。防水板最大計算跨度為4.8 m，經(jīng)計算，厚度為300 mm，雙層雙向φ14@250，且局部需要配置附加鋼筋φ12@250，遠大于按防水板構(gòu)造配筋率0.15%的取值?；A(chǔ)梁計算寬度為7.3 m，經(jīng)計算,截面尺寸為500 mm×550 mm，配筋為上部9φ25,下部4φ22，箍筋φ10@200(4)，可見地下水的作用不容忽視。

同時，當?shù)叵滤惠^高時，在柱下獨基加防水板基礎(chǔ)設(shè)計時，還應(yīng)考慮防水板對獨立基礎(chǔ)的影響。防水板承擔地下水浮力，同時又將反力傳給了獨立基礎(chǔ)，對獨立基礎(chǔ)的內(nèi)力有加大的作用。如果地下水位較高時，忽略地下水的作用，仍按一般獨立基礎(chǔ)設(shè)計，設(shè)計大意，就會埋下安全隱患。所以，不能按舊有習(xí)慣籠統(tǒng)設(shè)計估值，應(yīng)該對具體情況具體分析，分析獨立基礎(chǔ)和防水板共同作用的真實受力狀態(tài)，對獨立基礎(chǔ)的設(shè)計作正確的設(shè)計：1)獨立基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)該考慮基地反力，防水板傳至基礎(chǔ)邊緣的集中荷載和附加彎矩。2)防水板計算模型為四角支承在獨立基礎(chǔ)上的雙向板考慮，所受荷載為水浮力和防水板及其上部填土重量。

經(jīng)計算所得，柱下獨立基礎(chǔ)底板平面尺寸為3.1 m×3.1 m,配筋為φ14@250，柱下獨立基礎(chǔ)的邊長不小于2.5 m時，底板受力鋼筋的長度可取相應(yīng)邊長的0.9倍，并交錯布置。

6 結(jié)語

結(jié)合實際工程，獨立基礎(chǔ)加防水板或承臺加防水板是非常常見的基礎(chǔ)形式，詳細地介紹了從計算模型參數(shù)選取到計算防水板的設(shè)計過程，對類似工程安全性有一定參考意義。

[1] GB 50007—2011，地基規(guī)范[S].

[2] GB 50069—2002，給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] DBJ 01—501—92，北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范[S].

Research on anti floating design of waterproof board foundation

Geng Huiling

(Shanxi Architectural Design & Research Institute, Taiyuan 030001, China)

Taking the shantytowns resettlement housing engineering of original timber company in Ningwu County as an example, according to the engineering geological conditions of the site, this paper analyzed the anti floating design of foundation form of independent foundation with waterproof board, gained the independent foundation and foundation counter force, the relationship between waterproof plate and water buoyancy and upper load.

independent foundation, waterproof board, anti floating design, basic form

1009-6825(2016)34-0077-02

2016-09-25

耿慧玲(1984- )，女，工程師

TU470

A