李春慶

摘要:隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)用地也相對(duì)緊張，因此，地下工程的建設(shè)也非常廣泛。在地下工程的設(shè)計(jì)最常見的是抗浮設(shè)計(jì)問題，一旦處理不當(dāng)將直接影響建筑的安全性。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)地下室的抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，對(duì)地下室抗浮計(jì)算和方案制定中應(yīng)該注意的問題做一歸納總結(jié)，供設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞:地下室底板；抗浮計(jì)算；荷載計(jì)算；抗浮方案；設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，城市建設(shè)用地相對(duì)緊張，建筑物朝著高、大、深、重的方向發(fā)展，為了滿足需要，地下車庫(kù)、地下室的開發(fā)和利用越來越多。地下室等地下建筑不得不面臨的問題就是地下結(jié)構(gòu)物的防水與抗浮問題，埋深較大的地下室抗浮問題就顯得尤為重要。因?yàn)楦×Φ拇嬖?會(huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，地下建筑物整體不均勻浮起,導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)處開裂和底板破壞以及建筑物的傾斜等，如不進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì),將給結(jié)構(gòu)留下安全隱患。因此，如何解決地下室的抗浮問題引起工程師的廣泛關(guān)注。

1 工程概況

某建筑工程，地上17層，地下1層，建筑總高度為52.0m，采用框剪結(jié)構(gòu)。該工程有大片的一層地下車庫(kù)，采用框架結(jié)構(gòu)。主體采用靜壓預(yù)應(yīng)力方樁基礎(chǔ)加抗水板，地下車庫(kù)采用獨(dú)立基礎(chǔ)加抗水板。地下車庫(kù)與主體分縫，僅基礎(chǔ)相連。該工程0.000相應(yīng)于絕對(duì)高程為13.855。設(shè)計(jì)水位絕對(duì)高程為12.000，相當(dāng)于-1.855；抗浮水位絕對(duì)高程為13.150，相當(dāng)于-0.705。6＃樓地下室地面標(biāo)高為-5.400（以下稱為“地面一”），局部地面標(biāo)高為-6.400（以下稱為“地面二”），地下車庫(kù)地面標(biāo)高為-3.000（以下稱為“地面三”）。

2 地下室抗浮計(jì)算

2.1 6＃樓主體結(jié)構(gòu)抗浮方案初定

6＃樓為高層建筑，建筑總重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水浮力，所以可以不考慮整體抗浮，只需要考慮局部抗浮，即需要考慮抗水板的配筋計(jì)算。抗水板是抵抗水浮力的構(gòu)件，水浮力越大，抗水板配筋越大；抗水板上壓重越大，抗水板配筋越小。因此，當(dāng)時(shí)就有兩種方案選擇：方案一是將抗水板板面取到-6.400，即與地面二相平，地面一的地方壓重，以減小抗水板配筋。方案二是為了方便施工，將抗水板和大部分單樁承臺(tái)（高度1.0m）底作平，即板底標(biāo)高為-7.400，板面取到-6.900，地面一、地面二的地方壓重，以減小抗水板配筋。

(1)方案一荷載計(jì)算

該工程6＃樓所有承臺(tái)、基礎(chǔ)梁、抗水板的面標(biāo)高均為-6.400（電梯間筒體下承臺(tái)面標(biāo)高為-7.100），抗水板板厚取500mm，板底標(biāo)高為-6.900，在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400，回填厚度1.0m。（見圖1）

圖1 方案一示意圖

則抗水板所受浮力為：（6.9－1.855）×10＝50.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為：0.5×25＋1.0×20＝12.5＋20＝32.5kN/m2（方向向下，用于地面一），0.5×25＋0.0×20＝12.5＋0＝12.5kN/m2（方向向下，用于地面二）。

(2)方案二荷載計(jì)算

該工程6＃樓所有承臺(tái)、基礎(chǔ)梁、抗水板的底標(biāo)高均為-7.400（局部承臺(tái)底標(biāo)高為-8.400和-9.100），抗水板板厚取500mm，板面標(biāo)高為-6.900，在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400，回填厚度1.5m；在地面二處的抗水板上用毛石混凝土回填至-6.400，回填厚度0.5m。（見圖2）

圖2 方案二示意圖

則抗水板所受浮力為：（7.4－1.855）×10＝55.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為：0.5×25＋1.5×20＝12.5＋30＝42.5kN/m2（方向向下，用于地面一），0.5×25＋0.5×20＝12.5＋10＝22.5kN/m2（方向向下，用于地面二）。

(3)分項(xiàng)系數(shù)及荷載設(shè)計(jì)值

抗水板水浮力按活荷載考慮，分項(xiàng)系數(shù)取γQ=1.4，抗浮荷載為恒荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)有利，則其分項(xiàng)系數(shù)取γG=1.0。

則方案一荷載設(shè)計(jì)值為：50.45×1.4-32.5×1.0＝38.13kN/m2（方向向上，用于地面一），50.45×1.4-12.5×1.0＝58.13kN/m2（方向向上，用于地面二）；則方案二荷載設(shè)計(jì)值為：55.45×1.4-42.5×1.0＝35.13kN/m2（方向向上，用于地面一），55.45×1.4-22.5×1.0＝55.13kN/m2（方向向上，用于地面二）。

(4)6＃樓主體結(jié)構(gòu)抗浮方案最終決定

經(jīng)過上述計(jì)算對(duì)比，方案二比方案一的抗水板板面低0.5m，考慮在上面多填充荷載以抵抗部分水浮力來減小抗水板的配筋。但經(jīng)過計(jì)算，抗水板的荷載設(shè)計(jì)值相差不大，所以得出結(jié)論：降低抗水板板面標(biāo)高，在其上填充荷載以抵抗水浮力的效果是不明顯的。所以采用方案一，使抗水板盡量淺埋，且能減少土方的挖方量。

至于抗水板的配筋計(jì)算，則可以通過上述的荷載設(shè)計(jì)值查結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)來確定梁板的內(nèi)力和配筋，也可以用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（例如PMCAD）來建一層模型來計(jì)算梁板配筋。

2.2 地下車庫(kù)抗浮方案

對(duì)于地下車庫(kù)，由于只有一層，建筑總重較小，有可能不足以抵抗水浮力，所以需要整體抗浮計(jì)算和局部抗浮計(jì)算。地下車庫(kù)基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深取1.5m，基底標(biāo)高為-4.500，抗水板250mm厚，板底與基底想平，上面碎石砂回填至設(shè)計(jì)地面-3.000回填厚度1.25m。（見圖3）

圖3 地下車庫(kù)抗浮方案示意圖

(1)地下車庫(kù)局部抗浮設(shè)計(jì)

場(chǎng)地設(shè)計(jì)水位為-1.855，則抗水板所受浮力為（4.5－1.855）×10＝26.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為0.25×25＋1.25×20＝6.25＋25＝31.25kN/m2（方向向下）；荷載設(shè)計(jì)值為26.45×1.4－31.25×1.0＝5.78kN/m2（方向向上）。由于抗水板荷載較小，經(jīng)過計(jì)算配筋均為構(gòu)造配筋（此處計(jì)算省略）。

(2)地下車庫(kù)整體抗浮設(shè)計(jì)

該工程地下車庫(kù)建筑平面布置均勻，所以結(jié)構(gòu)荷載均勻。因此只需要地下車庫(kù)平均每平方米總重力不小于水浮力即可滿足整體抗浮要求。粗略計(jì)算如下：地下室頂板180mm（重0.18×25＝4.5kN/m2），上面覆土600mm（重0.6×13＝7.8kN/m2），抗水板250mm厚（重0.25×25＝6.25kN/m2），抗水板上覆1.25m厚的碎石砂（重1.25×20＝25kN/m2），則總的抗浮荷載為4.5＋7.8＋6.25＋25＝43.55kN/m2（方向向下）。場(chǎng)地抗浮水位為-0.705，則抗水板所受浮力為（4.5－0.705）×10＝37.95kN/m2（方向向上）。

水浮力37.95kN/m2小于抗浮荷載43.55kN/m2，所以地下車庫(kù)整體抗浮滿足要求。

(3)地下車庫(kù)整體抗浮設(shè)計(jì)擴(kuò)展

當(dāng)抗水板整體抗浮不滿足要求時(shí)，常規(guī)做法有壓重和抗拔兩種。壓重就是在抗水板板面或地下室頂板覆土壓重以抵抗水浮力；抗拔就是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)抗拔樁或者錨桿來抵抗水浮力?？拱螛兑酥苯釉O(shè)計(jì)在柱下，枯水期地下水水位較低時(shí)作為框架柱的基礎(chǔ)，此時(shí)樁身受壓；豐水期地下水水位較高時(shí)作為抵抗水浮力的抗拔樁，此時(shí)樁身受拉。錨桿一般和獨(dú)立基礎(chǔ)相結(jié)合來設(shè)計(jì)，其僅僅起到抵抗水浮力的作用，一般設(shè)計(jì)在獨(dú)立基礎(chǔ)底部。但是，為了優(yōu)化抗水板的配筋設(shè)計(jì)，可以將錨桿設(shè)計(jì)在抗水板上，大概在板跨1/3和2/3處，以減小抗水板的配筋。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，地下室的抗浮是建筑工程設(shè)計(jì)過程非常重要的一部分，但地下室的抗浮設(shè)計(jì)往往被忽略，而導(dǎo)致的不良后果便是地下室浮起、地下室底板裂縫滲水等等，都是直接影響到結(jié)構(gòu)的正常使用甚至是安全的。在進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照工程的特點(diǎn)，選擇合理的計(jì)算條件，來充分考慮地下水對(duì)建筑的影響。

參考文獻(xiàn)

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。