地下室抗浮設(shè)計(jì)方法的幾點(diǎn)建議

文/張艷鋒 湘潭建筑設(shè)計(jì)院 湖南湘潭 411100

在地下建筑開發(fā)建設(shè)過(guò)程中，地下水對(duì)建筑物的影響是地下建筑工程遇到的特殊問(wèn)題，地下水浮力是其中一個(gè)重要的影響因素。在進(jìn)行地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)遇到如何確定抗浮水位、采取何種抗浮措施等問(wèn)題，各種抗浮方法都有其適用的條件和優(yōu)勢(shì)，采取適合的抗浮技術(shù)措施對(duì)地下室建設(shè)有很大的影響。

1、抗浮錨桿在地下室地板抗浮設(shè)計(jì)的應(yīng)用

作為底下建設(shè)物的一個(gè)重要的問(wèn)題，如何進(jìn)行抗浮是必須要考慮的，常見的抗浮方法中都其存在的一些缺點(diǎn)和不足，都不能進(jìn)行完全有效的解決強(qiáng)化抗浮問(wèn)題，目前使用最為廣泛的抗浮錨桿就是為了客服傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理后的結(jié)果。在使用抗浮錨桿中，解決了地下水由于浮力造成的開裂、結(jié)構(gòu)上浮等問(wèn)題之外，還能有效的解決傳統(tǒng)方法費(fèi)用高、使用操作復(fù)雜的難題。在抗拔能力和受力均勻方面也能對(duì)施工進(jìn)行很大程度的提高。

2、抗浮穩(wěn)定性

地下水對(duì)建筑造成的浮力是由地下水壓力形成的，由于土體的性質(zhì)影響，要比純水條件下復(fù)雜得多，很多情況下與結(jié)構(gòu)形式以及地下室埋置深度范圍內(nèi)的土層分布關(guān)系密切，需要做進(jìn)一步分析。從力學(xué)上看，浮力就是結(jié)構(gòu)所有體外表面所受水壓力的矢量和，抗浮設(shè)防水位本質(zhì)是地下結(jié)構(gòu)所有體外表面所受水壓力的矢量和對(duì)應(yīng)的水頭高度。地下建筑的抗浮穩(wěn)定應(yīng)滿足：（結(jié)構(gòu)自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值得總和+抗浮措施提供的作用力標(biāo)準(zhǔn)值）＞地下水對(duì)建筑物的浮托力標(biāo)準(zhǔn)值。為了衡量地下建筑的抗浮能力，定義“特征水位”，用符號(hào)“（Ha）”表示，特征水位（Ha）是地下建筑僅靠自重能平衡地下水浮力的最高水位，即抗浮穩(wěn)定的臨界水位。特征水位是反應(yīng)地下室建筑在未采取額外抗浮措施時(shí)的整體抗浮穩(wěn)定能力的重要指標(biāo)。

3、特征水位的應(yīng)用特征

水位反應(yīng)的是地下建筑僅依靠自重的抗浮穩(wěn)定性，如果在方案階段求出地下建筑的特征水位立刻就能為決策者從抗浮的經(jīng)濟(jì)性上評(píng)估方案提供技術(shù)數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)叵陆ㄖ煌瑢訑?shù)和不同結(jié)構(gòu)形式時(shí)利用特征水位對(duì)地下建筑抗浮能力進(jìn)行判別的案例，橫坐標(biāo)為地下建筑結(jié)構(gòu)形式，縱坐標(biāo)為高程。當(dāng)特征水位高于抗浮水位時(shí)，表明地下建筑自重滿足抗浮穩(wěn)定要求，無(wú)需采取其他抗浮措施；當(dāng)特征水位高于抗浮水位時(shí)，表明地下建筑自重滿足抗浮穩(wěn)定要求，無(wú)需采取其他抗浮措施；特征水位低于抗浮水位的縱坐標(biāo)數(shù)值就是需要抗浮能力的大小；抗浮水頭高度（HW）=抗浮水位-特征水位。

4、抗浮措施

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：地下室存在水浮力作用時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，當(dāng)抗浮穩(wěn)定性不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，地下室需要采取抗浮措施來(lái)滿足抗浮穩(wěn)定性要求。

4.1 增加壓重

主要是為了增加地下室重量，達(dá)到加重建筑本身的重量和地下室的水浮力平衡，達(dá)到抗浮的目的，主要措施包括：頂板荷載，底板荷載，底板外伸等等。如果地下室頂板覆蓋土壤，則可以達(dá)到“一石二鳥”之用，既提高了建筑物綠化問(wèn)題，還可以增加建筑重量，提升建筑物抗浮能力。增加底板(廢鐵混凝土等材料)的重量，則可以提高底板結(jié)構(gòu)抗浮能力，同時(shí)減少了底板局部有效壓力，有利于減小底板的結(jié)構(gòu)尺寸和加固效果.

4.2 抗拔樁

主要利用樁的抗拔力用于平衡地下室的水浮力，從而達(dá)到抗浮的目的。樁型可用于各種類型，鉆孔樁和預(yù)應(yīng)力管樁通常用作抗拔樁。預(yù)應(yīng)力管樁廣泛應(yīng)用于地質(zhì)條件較差的地區(qū)，適用于樁受力為樁側(cè)摩擦力為主的各種建筑。

預(yù)應(yīng)力管樁的成本比混凝土灌注樁的成本低，成樁的速度快，工廠化程度高，具有較大的強(qiáng)度和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但預(yù)應(yīng)力管樁用作抗拔樁，其局限性也很明顯，首先因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力管樁的工廠加工生產(chǎn)，為方便生產(chǎn)和運(yùn)輸，單樁一般不是很長(zhǎng)，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接工作量大，樁身焊接處質(zhì)量很難保證；其次，樁體焊接處鋼制法蘭長(zhǎng)期浸泡在地下水中，容易受到腐蝕。

5、地下室底板抗浮錨桿的計(jì)算

5.1 計(jì)算之前相關(guān)設(shè)定

在對(duì)地下室抗浮錨桿的計(jì)算中首先要進(jìn)行的是準(zhǔn)確的計(jì)算出每一根錨桿實(shí)際承受的力和承受之后的變形情況，這樣才能更好的對(duì)其實(shí)際情況進(jìn)行模擬，才能對(duì)實(shí)際的抗浮錨桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算之前的設(shè)定是至關(guān)重要的，要對(duì)錨桿的受力（F）和變形（X）之前的關(guān)系進(jìn)行設(shè)定，這里我們按照F=KX進(jìn)行計(jì)算，這里的K為使用錨桿的剛度。另外，還要對(duì)錨桿的放置地點(diǎn)和外壁的情況進(jìn)行約束。最后，在進(jìn)行施工之前還要根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和處理。

5.2 錨桿剛度K取值研究

在進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算和分析中其實(shí)就是對(duì)K值進(jìn)行分析和研究，就是通過(guò)實(shí)際的測(cè)量和觀察，通過(guò)精確的計(jì)算來(lái)對(duì)K值進(jìn)行確定。這里的K值計(jì)算我們是根據(jù)前面公式的變形得出K=F/X，也可以根據(jù)實(shí)際的彈性模量E和錨桿的截面積A對(duì)公式進(jìn)行處理變形為K=EA/L，其中L表示錨桿的長(zhǎng)度。根據(jù)以往工程的成功案例和通常的計(jì)算情況，K的取值一般為100-200kN/mm。

6、結(jié)果比較分析

6.1 計(jì)算模型的建立

對(duì)實(shí)際的計(jì)算方法進(jìn)行卻行之后要對(duì)計(jì)算的模型進(jìn)行建立，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)分析的數(shù)據(jù)對(duì)每一個(gè)錨桿的實(shí)際位置進(jìn)行大致的計(jì)算，進(jìn)行模擬的演變，然后根據(jù)實(shí)際的位置進(jìn)行對(duì)參數(shù)和變量的假設(shè)。在進(jìn)行模型的建立過(guò)程中我們經(jīng)常使用的是SAFE和MIDAS兩種處理方法，一般而言，SAFE是根據(jù)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)，可以在使用的系統(tǒng)中直接導(dǎo)入相關(guān)的點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際的需要增加或者減少點(diǎn)；MIDAS則是直接給節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束，直接進(jìn)行固定節(jié)點(diǎn)的增加和固定節(jié)點(diǎn)的減少，對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置和距離是固定不變的。

6.2 位移結(jié)果比較

對(duì)實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)際的進(jìn)行比較后，需要對(duì)以上SAFE和MIDAS兩種處理方法進(jìn)行比較，首先是對(duì)其位移等值線進(jìn)行比較，通過(guò)實(shí)際的數(shù)據(jù)觀察和比較分析，我們能夠發(fā)現(xiàn)兩種情況下的位移等值線大致一致，最大位移相差也在3mm以內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)：

地下室整體抗浮與局部抗浮短缺造成地下室工程事故時(shí)常發(fā)生，地下室的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況得不同，選取合理的抗浮設(shè)防水位，并根據(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)最佳的抗浮措施來(lái)滿足抗浮穩(wěn)定性要求。