地下结构的浮力计算与抗拔桩设计参数的合理选用

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1、地下结构的浮力计算与抗拔桩设计参数的合理选用摘要：针对当地下水位较高时，地下车库等附属建筑物不得不对抗浮问题进行考虑，抗拔桩被越来越多地应用与工程中，结合工程经验，提出了水浮力计算的实用方法，以及考虑水位变化下抗拔桩的合理设计方法。关键词：地下结构、设计水位、抗拔桩、抗拔力中图分类号：TU2文献标识码：A1、引言：随着城市建设的发展和居民生活水平的不断提高，地下空间（地下室、地下车库、地下商场等）的利用已经成为一种趋势。地下建筑设计中最重要的核心问题就是抗浮设计，其关键是以抗浮设计水位的确定和抗拔桩的合理设计方法为主，

2、虽然，现行的设计规范中要求，在进行设计时需对所有地下结构物进行抗浮验算，然而，规范没有具体的设计方法规定。因此，对设计人员而言，抗浮验算方法以及设防水位的选取没有统一规定，造成了很多不合理的设计。从经济角度来看，经常考虑抗浮原因而大量使用抗拔桩，地下工程造价与地上结构相比大了许多；从安全角度来看，时常造成施工过程中或竣工后结构物的上浮事故。因此，如何正确地进行地下结构的抗浮设计，已成为岩土工程界共同关注问题。7随着人们逐渐意识到对水浮力计算方法规范化，统一化的必要性，学者提出了一些符合本地区地质情况的水浮力计算，并取得

3、了不错的成果。如王建英等建议利用总安全系数法，裴豪杰利用水头折减系数法考虑各种情况下的水头折减，李广信等提出的粘土地基水浮力计算，以及杨瑞清等提出的浮力折减系数等。有针对性地选取合理的抗浮水位，并根据水位变化的范围来考虑桩基础的抗拔与抗压受力性状的变化，以此提出抗拔桩的合理设计方法。2、抗浮设防水位的确定方法2.1、对抗浮设防水位认识的现状现有的岩土工程勘察报告只提及最高水位及常年平均水位。因此，设计人员出于安全考虑，通常以最高水位作为设计水位。但以勘察报告提及的最高水位作为设计水位显然缺乏合理性和经济性。其实，地下水

4、位包括历年最高水位，最低水位，静止水位、稳定水位等，它是随季节或补给条件而变化的，地下水位变化是一个随机过程，受人为因素和自然因素影响很大，因此，合理确定抗浮水位十分困难，取历史最高水位明显是不合理的7合理的确定方法应该是，在结构设计基准周期内（包括施工期），对多层地下含水层的水位进行测量，确定各含水层的赋存状态和地下水位，在此基础上确定抗浮水位。针对此情况，勘察部门应该对拟建场地进行较长期的跟踪、观测和水文地质勘察，在此周期内给出历年的最高、最低水位，为设计人员提供合理的抗浮设计水位的变化范围作为设计依据。3、抗拔桩

5、，也叫抗浮桩，是指当建筑工程地下结构，如果低于周边地下水位的部分时，为了抵消地基水对结构产生的上浮力而打的桩，抗拔桩主要靠桩身与桩测土层摩擦力来受力。由于抗拔桩与抗压桩的工作机理不同，所以其受力模型不同。随着地下建筑受力状态变化，桩的受力性状也会出现变化，而这种桩的受力模型的改变正是由于地下水位的变化而造成的。例如：当单建式地下室埋深较浅，地下水位又较高且变化幅度范围大时，考虑上部覆土等的较大恒载及上部消防车等的较大活载，由于水位变化，荷载组合形式不同，会出现抗拔桩转换成抗压桩的情况，因此，需要就两种情况进行分类讨论，

6、设计人员往往会忽略这个问题。对各工况下的荷载也没有统一，较合理的荷载组合方法。下面将着重讨论一种考虑水位变化的基桩设计方法3.1、考虑水位变化的抗拔桩设计3.1.1、设计思路7目标―抗拔（压）桩设计方法―找出该目标下的最不利情况（包含最高、最低设计水位，各工况下最不利荷载组合）计算―分别计算出抗拔（压）桩所需的桩数结果―取大值作为设计所需桩数3.1.2、计算步骤（1）抗浮状态下设计根据地下室底板直接持力层的类型及地下最高水位（水头）值选取合适的浮力计算，确定产生最大水浮力的设计水位，完成对水浮力的计算（2）荷载组合恒载

7、：地下室顶板覆土，结构自重活载：车库内车辆，地下室顶板处车辆（消防车）水浮力：在抗浮设计状态下，应取最大水浮力，并在设计中作为活载考虑。根据建筑结构荷载规范GB50009-2012，对活载仅考虑其对结构的不利效应，分项系数取1.4，恒载其效应对结构有利时的分项系数取0.9，不利时的分项系数取1.35.综上，抗拔桩设计公式为：式中，K为安全系数，通常取结构的重要性系数。以此求出抗拔桩总承载力设计值。（3）桩长与桩数的确定桩长确定应分两种情况讨论71）当结构在任何情况下，桩基都是处于抗拔状态时，桩长仅根据单桩抗拔承载力的需

8、要选取2）当结构可能出现随水位变化，桩基由抗拔桩转变成抗压桩时，桩长需要根据抗压桩的需要选取合适的持力层，以此确定桩长，在此基础上，综合各条件确定了桩长和桩径后，通过计算可得单桩抗拔承载力。则总桩数=（2）抗压桩状态下设计1）浮力计算:根据地下室底板及地下最低水位（水头值）选取合适的浮力计算模型，确定产生最小水浮力的设计水位。并按