談純地庫結構抗浮驗算及抗拔樁設計經驗

楊 小 靜

(山西建筑工程集團有限公司，山西 太原　030002)

1　工程概況

以某商業區的純地下車庫設計為例，該地庫為已審批的地下3層，地勢平坦，三層連通，抗浮水位為0.00，覆蓋在上面的土厚為1.4 m，基礎筏板底標高為-18.7 m，因小區人口密度較大，四周密集，經過論證純地庫樁基的設計如下。

2　計算過程

2.1　地庫抗浮的驗算

2.2　樁計算

要對每個單樁分別進行承載力計算和豎向抗拔承載力估算,以8 m單樁進行說明。

2.2.1承載力計算

1)設計資料。

首先進行基樁設計參數，成樁工藝:混凝土預制樁；承載力設計參數取值:人工填寫；孔口標高-1.65 m，樁頂標高-1.65 m，樁身截面邊長:b=0.35 m，樁身長度:l=8.00 m。

2)巖土設計參數。

主要涉及土層種類辨別，土層厚度、層底埋深、極限側阻力、極限端阻力相關數據的確定。

2.2.2單樁豎向抗拔承載力估算

主要是對上述土層的確定的參數來確定樁身周長u、樁端面積Ap；單樁豎向抗拔承載力估算。即：根據樁基規范按下式計算：Quk=Qsk+Qpk。

3　設計過程解讀與經驗分析

3.1　做好地下室的抗浮驗算分析

近幾年房地產業用地商業地段土地稀缺，高層建筑越來越多，出現好的解決人口密度帶來的車輛問題，提高土地利用率，地下車庫的設計均為多層結構，當因地下水位高，出現浮力大的時候，現行規范中沒有要求進行抗浮驗算，因此很多設計都省略了，這留下很大隱患，認為此處應根據JGJ 72—2004高層建筑巖土工程勘察規程規定，進行合理驗算，具體做法如下：1)對地庫處的水位進行長期觀測，抗浮設防水位采用記錄的最高水位。若沒能長期觀測數值，根據設計場地的自然地理特征、地下管道鋪設、地下水補給等綜合考慮確定。2)出現承壓水并且與潛水有水力聯系，此時，必須考慮實際出現的承壓水水位及抗浮設防水位受此產生的影響。3)若考慮的僅僅是該地庫施工期間的抗浮設防，設防水位應取一個水文年中最高的測量值。

3.2　地下水類型及產生浮力的條件應力狀態

地下水一般有三種類型，不同類型滲透能力不同，所以設計計算前要弄清楚水的類型，一般地下水有：上層滯水、潛水、承壓水，不同的類型的水，狀態不同。不同工程地下水存在狀態不同，受力也不同。與地下土粒結實的粘結在一起，不能自由移動及傳遞壓力的是結合水，計算時不考慮浮力的存在；在土粒影響范圍以外有溶解傳遞靜力壓力的稱作自由水。工程地段存有重力水則為自由水，因重力作用會產生浮力，需要考慮。在實際過程中，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，此時才會產生浮力；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，這不會產生浮力。建筑結構成形后能夠保持平衡，通常是通過地下室將載荷產生作用到地基土上的力與地基土產生的反力來保持整個物體的平衡，即結構荷載=基底反力。若因為車庫地下水位產生浮力，根據式子荷載=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。當車庫地下水產生的浮力小于建筑物的結構荷載時，這時的結構抗浮是滿足要求。但是，若浮力不斷增長，產生的力大于結構荷載時，此時基底反力等于零，結構抗浮不能滿足平衡要求。必須考慮采取其他措施來保持上式的平衡。

3.3　高層地庫結構的抗浮驗算及基本原則

城市高層結構一般都是裙帶結構，周圍有很多較低的建筑物與其連接在一起，作為整體進行驗算時，通常出現高層結構載荷大，周圍較低結構載荷小，高層的基地反力有一定的數值，較低結構基地反力為零甚至朝上的多余浮力的現象。這種情況若較低的裙房呈不對稱設計，整個結構體的抗傾震驗算也是設計過程需要驗算重點。不僅需要驗算整體抗浮，還要驗算作為裙帶結構的局部抗浮效果，因為一旦有浮力，低層結構體的地下車庫的受力情況會發生較大變化，跨度也會變大，有可能還會成為懸臂結構，對整個高層結構地下車庫的設計影響很大，因此，局部抗浮不能忽略。如果工程的地下地質屬于不透水層，用的不透水土進行周邊填土，也沒有場地積水現象，不考慮水的浮力。在選取最高水位的時候要按照以下原則：有長期水文觀測資料或歷史水位記錄時，浮力的計算可取歷史最高水位，沒有就采用中水期最高穩定水位；若現場有承壓水與潛水之間的水力作用，應該按照二者混合的最高水位計算；沒有承壓水及移動水壓力情況下，按經驗最高水位取值在地下室頂板面標高以下較為科學。

設計過程若遇到一些特殊情況的浮力呈現，這時候對一些可能產生明顯水頭差的場地上的地下室，要綜合考慮地下室底板受地下水滲流而產生作用于地下室底板的非均稱載荷的影響。若受到的是穩定地下水位作用，此時浮力按靜水壓力計算。若是臨時高水位作用而產生的浮力，在粘性土地基中進行驗算過程中可適當折減，折減系數由勘察部門提出。

3.4　設計過程中相關的系數取值分析

1)抗浮穩定驗算有關取值分析。重力系數取值，按經驗積累取地庫結構自重及覆在頂板上有效土重的標準值乘以分項系數0.9，水浮力的分項系數及浮托力值分別取為1.0和10 kN/m3×hw1×1.0，hw1代表地下室頂板標高至底板底標高的有效高度；計算底板混凝土構件承載力時，水浮力的分項系數及浮托力值分別取為1.35和10 kN/m3×hw2×1.35，hw2是指室外場地整平標高至地下室底板底標高的高度。

2)進行單樁抗拔計算系數取值，樁側表面抗拔側阻力=抗拔壓側阻力×抗拔系數λ。抗拔系數λ的取值參見國標規定的數值選取；L/d<20時，L為樁長，d為樁徑，λ取較小值，抗拔樁配筋按國標軸心受拉構件驗算裂縫寬度不大于0.2 mm。

4　結語

設計過程中，如果遇到地下室的抗浮驗算不滿足要求，應采取相應的措施，來保證建筑物的安全及施工安全，這些措施要符合工程實際，又要經濟便于施工。一般我們會采取以下措施，當地下室四周用不透水土回填的，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。在上述方式不能滿足的時候，采取加大地下室底板的挑出長度、加抗浮樁或錨桿等，長度增加需進行復核地基梁的受力變化，加樁或錨桿要驗算結構受力和變形情況。

參考文獻: