地下室抗浮設計措施

劉光明

近幾年來,隨著城市的發展,帶有地下室的高層建筑大量涌現,其抗浮問題也就隨之而來。因抗浮問題沒處理好而引發的質量事故時有發生,有的還在施工階段出現了地下室底板大面積開裂,底板隆起;有的地下建筑物整體浮起,造成了嚴重的經濟損失。

1 抗浮設防水位

抗浮設防水位的高低直接決定了水浮力的大小,決定了結構整體抗浮設計中抗拔樁或抗浮錨桿的數量,以及構件局部抗浮時基礎底板的厚度和基礎梁的尺寸。設防水位的高低直接關系著結構的安全和造價。在進行地下室結構的設計中應合理確定地下室防水、結構抗浮和地下室外墻、底板結構承載力驗算相關的設防水位。JGJ 72-2004高層建筑巖土工程勘察規程指出:地下建筑物的抗浮設防水位應根據場地區歷史最高水位情況結合場地地形地貌、地下水補給排泄條件等因素綜合確定。當巖土勘察報告中未明確抗浮設防水位時,對一般工程的設防水位應取建筑物使用年限內可能產生的最高水位;對重要工程應進行水文試驗,并經專家論證。

2 抗浮技術措施

地下室結構形成封閉的箱體,在水壓力作用下會受到向上的水浮力作用,同時樁基、基礎底板和基礎梁作用有向上的水浮力,不僅要考慮整體結構的整體抗浮,還需考慮構件的局部抗浮。對高層塔樓范圍地下室一般結構自重大于浮力作用,不存在整體抗浮問題;當地下室結構重量小于浮力作用時,結構才可能上浮;常用的抗浮方案和措施有以下幾種。

2.1 盲溝排水法

這種方法適用于常年水位低于地下室底板標高。沿地下室四周和底板下設置濾水層和排水管道,將水引導匯集到排水井內并用水泵抽排,地下水位一直維持至地下室底板下某一標高,使得底板基本不受水浮力,這種方法不僅解決了地下室的整體抗浮問題,同時也解決了底板的局部抗浮,其經濟效益明顯。

2.2 配重法

抗浮安全度不夠是由于結構自重小于地下水對結構上浮力而造成,最直接的辦法是增加結構自重或增加其上恒載,利用底板外伸部分增加回填土重量;如在地下室頂板上覆土,既解決了建筑綠化問題,同時又能增加恒載來提高結構的抗浮能力。如果在底板上增加配重(可根據當地材料供應,選用鐵屑混凝土等重材料更為有效),能同時降低底板的局部有效壓力,有利于減小底板和基礎梁的尺寸。值得注意的是,增加覆土厚度或增加底板厚度對地下室抗浮有效,但基礎埋深勢必增加,地下水浮力也相應增加,于是增加結構重量的作用會部分地被增加埋深所引起的浮力抵消,因此,抗浮設計使用配重抗浮技術措施時應認真核算。

2.3 抗浮樁法

抗浮樁利用樁側阻力起抗浮作用,其抗浮能力與樁型、樁徑、樁長及周圍地質條件有關。抗浮樁的單樁承載力較大,一般布置在柱、墻下,其抗浮面積較大,受環境條件、施工條件影響較大,造價較高。當按常規布置柱下樁基不能滿足抗浮要求時,需要在抗浮底板下增設抗拔樁。規程[3]規定:對地下水水位或使用荷載變化較大的地下室宜選用抗浮樁。抗拔樁的抗拔承載力應通過現場抗拔靜載荷試驗確定。

抗浮樁按軸心受拉構件進行承載力計算,在設計中限制樁身受荷后的裂縫寬度或裂縫出現,JGJ 94-2008建筑樁基技術規范中規定:“對于受長期或經常出現的水平力或拔力的建筑樁基,應驗算樁身的裂縫寬度,其最大裂縫寬度不大于0.2 mm。對于處于腐蝕介質中的樁基,應控制樁基不出現裂縫”。抗拔樁配筋一般由裂縫控制,考慮裂縫0.2 mm控制后配筋比承載力驗算需要提高約40%。

2.4 抗浮錨桿法

抗浮錨桿因具有造價低廉、施工方便、受力合理等優點而被廣泛使用。但抗浮錨桿的設計、施工和檢測還沒有專業規范,給抗浮錨桿的應用帶來不便。抗浮錨桿分預應力錨桿和非預應力錨桿,普通錨桿只有結構底板發生一定的位移才開始被動受力,適用于水浮力不大且對位移要求低的地下室;當水浮力較大且對位移及滲漏要求較高的地下室應采用預應力錨桿。預應力錨桿初始預加力增加了樁基的負荷,預應力的張拉也須結構達到設計強度后方能進行。

普通抗浮錨桿一般為全長粘結型錨桿,孔徑不大于200 mm,一般為100 mm～180 mm。錨桿間距一般為2 m左右,土層錨桿長度4 m～10 m,巖層錨桿長度3 m～8 m。相對抗浮樁其單根錨桿的抗浮能力較小。在錨桿布置時,一般沿柱或其周邊,或在底板平面內均勻布置。如沿底板均勻布置,因在底板上附加應力較小并均勻,可減少底板厚度,降低工程造價。

抗浮錨桿長度由計算確定,錨桿主筋錨入底板結構的長度按有關結構規范要求,桿體直徑宜為16 mm～32 mm,并采用HRB335,HRB400類鋼筋,并設桿體隔離架,使錨桿居中,為防止抗浮錨桿銹蝕,在底板與巖土界面上下一定范圍內涂環氧樹脂或防銹漆,在桿頭底板內設止水板。

3 結語

地下建筑物的抗浮設計關系到結構設計使用年限內的安全問題,抗浮設計措施應根據工程地質資料、施工條件、地下結構情況進行周密的設計計算、精心施工,尤其注意在施工階段的抗浮問題。設計中應考慮工程造價的合理性,并盡量利用一些簡易的抗浮措施,以達到降低工程造價的目的。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[2] GB 50021-2001,巖土工程勘察規范[S].

[3] JGJ 72-2004,高層建筑巖土工程勘察規程[S].