地下室抗浮设计与分析

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1、地下室抗浮设计与分析徐冰（南京大学建筑规划设计研究院有限公司）【摘要】阐述了几种常用地下室抗浮方案，对于抗拔桩、锚在工程中的应用进行了分析，并探讨了计算分析时应注意的问题。【关键词】抗浮措施；设防水位；抗拔桩；抗浮锚杆；抗拔刚度；有限元分析1・前言随着中国社会经济发展，城市中的高层建筑如雨后春笋般出现，其地下室及配套的地下车库、商业等也大量增加，民用地下工程的抗浮成为结构设计必须要考虑并解决的环节。在地下水充沛地区，尤其地下室埋深较大时抗浮设计尤为重要。木文依据工程经验并结合相关对建筑物抗浮进行探讨。2•地下室结构抗浮理论分析地下

2、室位于地下水位之下时，根据阿基米德定律必然会受到浮力。文献1给出了不同土层和水层分布下地下室浮力的计算模型，但由于地质条件的离散性及地勘结果可靠性问题，表格不适合应用于一般工程设计。出于安全考虑及简化设计过程，一般设计假定地下结构直接承受上部潜水的浮力这种最不利情况，即浮力二水头高度x水容重。根据规范《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011第5.4.3.1条Gk/Nwk>1.05,即结构永久荷载大于水头产牛的浮力时，结构整体抗浮验算通过，,当Gk/Nwk小于等于1.05时,需要采取抗浮措施。地下室抗浮一般采取以下三种措

3、施：（1）自重抗浮及增加配重法当地下室永久荷载与水浮力差值不大时，增加自重或者增加配重的方案较为经济。可以采取加厚地下室顶板和底板的方式增加自重；而增加配重一般采取将地下室底板标高下降，其上回填素土至建筑标高的方式。此类抗浮方案局限性较大，水浮力与自重差值较大时，此方法基坑开挖深度增加较多，工程运用中需要对其经济性进行考量。（2）抗拔锚杆目前只有当地下室基底下为中风化岩或者风化程度更低的岩层时，抗拔锚杆才可以作为永久性被动抗浮措施使用。锚杆抗浮可根据规范GB5007-20U第8.6条设计，但是规范中给出的计算公式过于简单，实际应用

4、吋可以参考《全国民用建筑工程设计技术措施■结构（地基与基础）》（2009版）第7.3条执行。在工程应用中发现两个问题：首先，锚杆的单根抗拔承载力特征值一般较低,在工程中单位面积下一般会设置较多锚杆，防水卷材遇到锚杆时铺设不便，有可能导致地下室底板外防水不能起到预期作用；其次锚杆杆体直径较小，杆体材料如果采用细石混凝土会很难浇注，所以一般采用灌浆体以便于施工。采用下图做法可以有效的解决上述两个问题，通过工程冋访发现效果良好。（3）抗拔桩抗拔桩按照成桩方式的不同主要有灌注桩和预制桩。工程中应该根据工程地质情况、上部结构特点、施工现场条

5、件、周边环境等选择合适的抗拔桩形式。从可靠性及土层适应性上看，灌注桩应用更为广泛，而且后注浆灌注桩及扩底灌注桩能大幅提高抗拔承载力。预制桩分为管桩及方桩。由于过往管桩人量应用在工程中，工程事故也吋有发生，目前各地对其适用限定较为严格。目前江苏省发布的《先张法预应力混凝土抗拔管桩（一）抱箍式连接》解决了管桩抗拔接头问题和桩身刚度问题。在工程中选用抱箍式连接抗拔桩时应避免一柱一桩；每根桩宜采用单节桩，使用多节桩吋接头数量不应超过一个o0前对于方桩使用限制较少,但抗拔方桩的焊接接头质量与非抱箍式连接管桩一样不可靠，工程中如果设计及施工不

6、当易造成工程事故，故笔者认为在工程中应慎用方桩抗拔。抗拔桩正截面受拉承载力受桩身钢筋抗拉力设计值限制，同时抗拔桩的裂缝控制也较为严格，所以实际应用时抗拔桩单桩抗拔特征值相对其抗压承载力特征值要低很多，如果桩身范围内土侧阻较高，设计时应注意单桩抗拔承载力是否受桩身承载力控制。由于抗拔桩抗拔力是由桩侧表面土层侧阻力提供，桩径越小其单位体积桩身提供的侧阻力越大，出于经济性考虑，工程设计中在长径比满足要求的情况下应尽量使用直径较小的抗拔桩。3.抗浮设计分析工程中抗浮设计首先便是要确定抗浮水位。抗浮水位应由地勘报告提供，通过施工图审查并合格

7、的地勘报告会给岀明确的抗浮水位，但是设计人员在采纳前需要判断其是否满足抗浮设计需求。《全国民用建筑工程设计技术措施》中给出了抗浮水位参照考虑方法，但在实际工程应用中仍存在困难。文献2第6.3条则明确提岀抗浮水位“一般情况下可取室外地坪标高《2013年江苏省建设工程施工图审查技术问答》（结构专业）中指出“抗浮水位应根据通过审查的岩土工程勘察报告确定。如认为改变环境、地形地貌后，应由勘察单位重新核定抗浮水位标高。勘察单位不能明确提供时，设计抗浮水位标高--般取不低于室外地坪以下0.5米”。在我国南方地区按照以上两本资料结合当地水文情况

8、可以较为准确的选定抗浮水位。其次，工程设计中应考虑整体抗浮及局部抗浮验算，并确定施工降水措施的休止时间。Gk/Nwk>；l-05即可满足整体抗浮要求，Gk为建筑物自重及压重之和，不含活荷载。Gk计算时应注意混凝土容重不宜超过25KN/m3；建筑