地下结构抗浮方法及抗拔桩的设计研究

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1、地下结构抗浮方法及抗拔桩的设计研究余义华长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010摘要介绍了地下结构常见的抗浮措施优缺点及适用范围，针对工程中比较常用的抗拔桩设计，给出了其合理抗浮设计水位的确定方法、抗拔桩破坏形态与特征、抗拔桩承载能力的确定及裂缝验算方法。对抗拔桩的设计有一定的指导意义。关键词地下结构抗浮措施抗拔桩近年来，随着国民经济的发展，城市的建设日新月异，城市土地日益紧缺,高层及超高层建筑不断涌现，地下空间（地下室、地下车库、地下商场、地铁等）的利用己经成为了一种趋势，地下建构筑物建设项目日益增多，对地下结构的研究

2、越来越重视。国内外专家学者在这方面做了比较深入的研究，取得了大量科研成果，需要指出的是，抗浮设计作为地下结构设计过程中的重要环节，虽然现行规范作出了一些规定，但是在具体设计方法上，却没有给予明确的规定，工程实践中，由于地下水的不稳定性，使得设计和施工中存在很多隐患，地下结构抗浮事故时有发牛。因此对地下结构抗浮进行深入硏究，避免工程事故的发生很有必要。1、目前常用抗浮措施现阶段工程上常用的抗浮措施主要有：锚杆（索）的锚固抗浮、配重抗浮、降排截水抗浮、抗拔桩抗浮等措施。1丄锚杆（索）抗浮锚杆（索）是一种受拉杆件，它一端与地下结构相连

3、，一端锚固在稳定的岩层或者土层中，利用材料木身的抗拉性来抵抗地下水的浮力，有施加预应力和不施加预应力之别，从计算方法的角度看差别不到，最大的差别是锚杆（索）强度和截面的差别。它具有施工方便、造价低、工期相对较短等优点，在很多工程中得到应用。1.2配重抗浮配重抗浮一般有三种方法：一是在底板上部设低等级混凝土压重；二是设置较厚的钢筋混凝土底板；三是在底板下部设低等级混凝土挂重、配重抗浮，不仅方法简单、易于操作，而且造价低廉，常常运用在单独的地下空间和处理地下结构抗浮事故中。当建构筑物的自身重量和浮力相差不大时，应尽量采用配重抗浮，其

4、对工程造价的影响小，且后期无管理维护成本。但建构筑物的自身重量和浮力相差较大吋，本方法将会增加混凝土用量，配重吋需增加埋置深度，较人的埋深也将增加土方量和排水费用，同时也会增加基底附加应力，导致地基变形增加。1.3降排截水抗浮地下水位的高低是影响结构所受浮力大小最直接的因素，如果没有地下水或者地下水位很低不足以引起结构上浮破坏，也就不存在地下结构抗浮问题了，所以采用降排截水法也是一种有效的抗浮措施。目前此方法主要应用在一些整体结构自重可以克服浮力，在尚未施工完成的工程中，一些抗浮失效后的事故处理和永久抗浮中也会使用此类方法。采用

5、降水、排水或截水方法是一种处理抗浮问题最根本的方法，但在实施过程中可能对周围的环境造成影响或破坏，在工程施工到足以抵抗浮力之前，为防止地下水的浮力破坏，通常要对工程施工场地所在的局部范围内进行降水。降水过程中很多细土、砂土以及基坑挖土会导致土体流失，若处理不当，可使附近地面沉降、沉陷或使建构筑物发生开裂或倾斜。因此，在处理抗浮问题的同吋，应尽量减少降水量，减少对周边建构筑物的影响。1.4抗拔桩抗浮抗拔桩是利用桩体自重和桩侧摩阻力来提供抗拔力以抵抗地下水浮力的基础。抗拔桩作为抗浮设计的一种主要形式有着很多突出的优点，在工程中运用日

6、益广泛。它具有承载力高、沉降量小的特点。抗拔桩按受力差异可分为端承桩和摩擦桩，不论哪种，最初的应用目的只是作为-•种基础形式来传递上部结构的荷载到地基，保证结构的安全与稳定。随着工程技术的不断进步以及功能要求的多样化，桩除沿袭常规的使用功能外，还被赋予了新的用途■地下结构抗拔，在一些工程设计中，也有将抗压桩兼用做抗拔桩。但由于抗拔桩与柱子相连，使抗拔桩的间距太大，导致产生很大的附加弯矩及剪力，通常会加大底板厚度来减小不利影响。由于抗拔桩既可作为抗拔又可作为抗压的结构特性，在沿海及地质情况i般的场地运用广泛，本文对抗拔桩的特点及设

7、计要点作简要的论述。2抗拔桩特点及设计要点2.1抗浮设计水位确定方法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，设计人员岀于安全考虑，通常以最高水位作为设计水位，这样设计的结果使得我们的设计缺乏合理性和经济性。其实，地下水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，确定合理的抗浮水位十分困难，取历史最高水位明显是不合理的。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），对多承地下含水层的水位进行测量，确定

8、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。2.2抗拔桩破坏形态与特征上部结构受浮力作用时，单桩承受上拔荷载，抗拔力主要由摩阻力承担，通过桩身将荷载传递到桩侧土，随着桩顶向上位移的增加，在桩的顶部产生桩身拉应力逐渐向下部扩展。当桩尖处桩土相对位移达到临