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        建筑地下結(jié)構抗浮設計

        2020-03-06 20:36:36楊士友
        工程建設與設計 2020年14期
        關鍵詞:抗浮浮力底板

        楊士友

        (貴州地質(zhì)工程勘察設計研究院,貴陽550081)

        1 引言

        隨著近年來建筑業(yè)對建筑地下結(jié)構抗浮性能重視程度的逐漸增高,建筑的抗浮性能也成為衡量建筑整體質(zhì)量的一個重要指標,在建筑地下結(jié)構抗浮分析的過程中,由于很多因素都會使抗浮設防水位受到影響,從而增加工程事故出現(xiàn)的概率。此時,為確保抗浮工作充分發(fā)揮作用,及時采取相應的措施十分關鍵,實踐證明,其能夠在保證建筑使用壽命的同時,實現(xiàn)資源合理利用的目的,幫助結(jié)構專業(yè)人員綜合解決各類問題。

        2 抗浮設計相關規(guī)定與標準

        GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》中明確指出,若出現(xiàn)地下水埋藏較淺或者地下構筑物上浮情況,相關人員必須進行科學的抗浮驗算。但是,與抗浮設計相關的標準規(guī)范依然十分籠統(tǒng)。實際上,抗浮設計的復雜性很強,涉及面也很廣,很多因素都是無法避免、不可抗衡的,這也是抗浮問題始終無法得出統(tǒng)一定論的關鍵原因。

        3 地下結(jié)構抗浮設計影響因素

        地下水位及其變幅是建筑地下結(jié)構抗浮設計的重要依據(jù)。進行地下結(jié)構的抗浮設計時,通常僅考慮正常使用的極限狀態(tài),而對施工過程和洪水期重視不足,因而會造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞。另外,在地下結(jié)構的上部常建有多棟高層和低層建筑,由于地下結(jié)構的面積較大、形狀不規(guī)則,且上方局部沒有建筑,此類抗浮問題相對難以處理,須作細致分析后再進行處理。

        4 建筑地下結(jié)構抗浮主要措施

        實際上,多數(shù)建筑的地下結(jié)構都存在抗浮問題,如地下室、下沉式廣場、地鐵及游泳池等,而通常情況下采取的抗浮措施以配重、錨固、降水以及側(cè)墻加載措施為主。

        4.1 配重抗浮

        配重抗浮,是通過增加結(jié)構自重實現(xiàn)抗浮的目的,可以加厚底板或者將低等級混凝土掛于底板。當?shù)叵滤母×εc結(jié)構自重相差不多時,可選擇配重抗浮法進行抗浮設計。但地下水的浮力與結(jié)構自重相差較大時依然采取這種方法,會導致工程造價不合理增加。

        4.2 錨固抗浮

        錨固抗浮實際上是預應力技術的應用,該方法具備更強的抗浮性和耐久性,但相對而言造價高且工序十分復雜,防水處理難度很大,該方法適用于結(jié)構上浮問題已經(jīng)出現(xiàn),配重無法再增加的情況。錨固抗浮常用的工具有錨索、錨桿、抗拔樁等。在基巖較淺的情況下錨桿效果最好,但若地下水有可能腐蝕鋼筋,錨桿會受到耐久性的影響而導致抗浮效果不佳,因此,應用局限性實際比較強。

        4.3 降水抗浮

        降水抗浮主要應用于施工期間或水池等建筑,可采用盲溝排水、觀察井及降水井降水等方式實現(xiàn)[1]。

        4.4 側(cè)墻加載抗浮

        側(cè)墻加載抗浮是將地下結(jié)構物側(cè)墻的混凝土加厚,這種做法雖然增加了水的上浮力,但也由此加寬了地下結(jié)構物上方覆土的范圍。這種做法雖然也可得到較大的抗浮力,并且不需要加深基坑開挖,但開挖的范圍卻因此增寬,在地價昂貴的地區(qū),經(jīng)濟效益也將因此折減。此法一般適用于不受場地限制、地價不貴地區(qū)的規(guī)模較小地下結(jié)構物的抗浮。

        5 建筑地下抗浮處理

        設計人員可將建筑特征考慮在內(nèi),在常規(guī)抗浮的同時注重地下水的疏導,使建筑地下結(jié)構的抗浮問題得到經(jīng)濟、快速、系統(tǒng)的處理。具體而言,設計人員可采用水力坡降代表建筑地下底板開孔泄壓的具體情況,即在水壓差保持不變的情況下,不僅水頭間距離出現(xiàn)大幅度的縮減,密閉的地下室箱體長度也會隨之銳降,這種情況下若水力坡降呈上升趨勢,土的滲透性能會隨之加強,進一步充分發(fā)揮地下水疏導以及降低地下水位的重要作用。

        首先是建筑地下結(jié)構的常規(guī)抗浮。設計時,若建筑物的地上結(jié)構外邊線與地下室外邊線基本重疊,則地下室抗浮設計按以下原則進行:當結(jié)構重量大于地下水的浮力且滿足上式時,不必考慮地下水對地下室的整體浮力作用,但應在設計中采取隔水或降水措施降低地下水水位。當結(jié)構重量小于地下水的浮力時,地下室需要設置永久性抗拔構件或采取其他有效措施(如頂板填土加壓等)以平衡地下水對整體結(jié)構的浮托力。

        上述情況還必須考慮地下水浮托力對地下室底板的反向作用,保證地下室底板構件在地下水反向作用下應具有足夠的強度和剛度,并滿足構件的上拱抗裂要求。如果底板配筋量過多或截面尺寸過大而造成造價太高或施工困難時,也可考慮在底板中部設置抗拔樁或抗拔錨桿以改善底板的受力狀態(tài)。

        然后是泄水減浮。若建筑為坡地建筑,設計人員即可利用疏導的方式進行抗浮設計,使水位下降。設計人員可在地下室底板與山體接近的一側(cè),選取合適距離分別設置泄水孔,同時,將配水管合理鋪設于地下室底板墊層,采取柔性套管密閉連接泄水孔及排水口一端,排水口另一端則需連接水處理池,出水標高與抗浮設計水位相符即符合抗浮要求。根據(jù)連通器的原理,若地下水的水位高度超過抗浮設計水位,多出的水會向水處理池自動排入,對原場地水環(huán)境沒有影響。除此之外,抗浮人員還應結(jié)合實際情況,將排水盲溝合理設置于地下建筑外墻側(cè)填土內(nèi),盲溝最低點需與抗浮設計水位基本一致,最高點需按照地下結(jié)構的不同設定[2]。排出的水可用于室外植物澆灑,十分環(huán)保。

        實踐證明,同時采取地下室底板虹吸排水以及側(cè)壁外盲溝排水2種方法,可以更好地保證地下室抗浮設計效果,使水位達到設計標高后自然溢流,從而避免了對周邊地下水環(huán)境的影響;在非結(jié)構層內(nèi)設置泄水孔與排水盲溝效果也十分顯著,并且出現(xiàn)堵塞情況時便于檢修;利用場地自然高差進行排水,可減少人工因素帶來的影響,并且技術與管理風險相對極低。上述3種技術效果好、成本不高且環(huán)保,屬于典型的綠色技術,不僅能保證建筑全壽命周期內(nèi)的結(jié)構安全,也能在節(jié)約資源、能源的基礎上,達成環(huán)境保護的主要目的,值得進一步的研究推廣。

        6 結(jié)語

        綠色技術與普通建筑地下結(jié)構抗浮技術相比較而言,不僅能提高地下結(jié)構的質(zhì)量,還能為建筑物在全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟性、實用性以及安全性提供保證。在科學技術飛速發(fā)展的大背景下,抗浮技術也必然會得到更好的發(fā)展,而綠色技術旨在建筑地下抗浮設計中實用性、綜合性以及系統(tǒng)性的充分體現(xiàn),值得我們進一步去探索實踐。

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