呂 春 明

(華藍(lán)設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司,廣西 南寧 530011)

1 概述

南寧永和路某商住建筑(以下簡(jiǎn)稱本工程)，距離江邊200多米，抗浮水頭12.30 m，地下水豐富。該建筑地下3層，層高從上到下分別為4.6 m,3.4 m,4.3 m；地上有2棟30層高層，帶局部商鋪；地上商鋪部分有0.5 m～1.0 m的覆土。根據(jù)初步計(jì)算，地上商鋪及純地下室僅靠自重?zé)o法滿足抗浮要求，必須采取有效的抗浮措施。

2 地下室抗浮設(shè)計(jì)主要規(guī)范與方法

對(duì)于抗浮穩(wěn)定計(jì)算，采用的主要規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)有JGJ 476—2019建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范。抗拔樁或錨桿計(jì)算主要參考JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范，GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范等規(guī)范。

設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下內(nèi)容：

1)恒載取值需切合實(shí)際，不可盲目放大。一般在主體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，恒荷載有時(shí)或許會(huì)適當(dāng)放大。但對(duì)于抗浮來說，恒荷載是有利的荷載，計(jì)算時(shí)需要輸入準(zhǔn)確的荷載。

2)地下水一般可按恒荷載輸入。因?yàn)閷?duì)于地下室來說，水位變化大多比較緩慢，計(jì)算可按恒荷載考慮。

3)水浮力需要考慮高水位和低水位。高水位用于抗浮計(jì)算，低水位用于不考慮浮力作用時(shí)地基承載力計(jì)算。

4)設(shè)計(jì)中應(yīng)注明地下室停止降水的條件，如完成地下室外墻填土、完成頂板覆土、主樓施工至哪一層等，地下室停止降水的條件應(yīng)該與計(jì)算相符。

3 本工程地下室抗浮設(shè)計(jì)

3.1 地質(zhì)情況介紹

本工程典型的工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

3.2 抗浮方案分析

一般來說，地下室抗浮有減少浮力和抵抗浮力兩種方法。

減少浮力方法是采用排水、泄水、隔水等措施減少浮力。一般用于水量不大，具有操作條件的場(chǎng)合，且該方法需要長(zhǎng)期觀察和維護(hù)。此方法對(duì)于水量充沛、臨江臨海等場(chǎng)地并不適合。

抵抗浮力方法有自重抗浮、結(jié)構(gòu)抗浮、抗拔樁(錨桿)等方法。建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同的地基情況、抗浮水位采用不同抗浮的方法。

本工程距離江邊200多米，地下室底板底土層圓礫層透水性強(qiáng)，地下水豐富，因此不適用減少浮力的方法。本文側(cè)重點(diǎn)在于抵抗浮力的方法。

本工程基底土層有圓礫、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖?？蛇x用的抗拔方案有抗拔樁、抗拔錨桿等。

由于本工程高層主樓采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁，樁徑800 mm。為方便施工，地下室抗浮方案上同樣選用了抗拔樁方案，樁型與主樓一致。

3.3 抗拔樁承載力計(jì)算

抗拔承載力計(jì)算可根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式5.4.6-1計(jì)算。對(duì)于樁長(zhǎng)可根據(jù)地勘以及施工經(jīng)驗(yàn)確定樁長(zhǎng)。本工程底板下土層為圓礫層，厚12 m～20 m不等，現(xiàn)樁長(zhǎng)按12 m計(jì)算。

單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

Tuk=∑λiqsikuili=0.6×

140×12×3.14×0.8=2 532 kN。

Tuk/2=1 266 kN。

抗拔樁承載力特征值：

Rta=Tuk/2+Gp=1 266+3.14×

0.4×0.4×12×25=1 416.72 kN。

故抗拔樁承載力特征值取1 400 kN。

我們?cè)诮Y(jié)果中對(duì)比樁反力的時(shí)候，需要考慮抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Ks，也就是：

Ks≤Rta/Nk。

其中，Ks為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取1.05；Nk為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的單樁拔力。

3.4 抗拔樁配筋計(jì)算

抗拔樁樁身配筋可根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式5.8.7進(jìn)行：

樁身配筋A(yù)s：

As=N/fy=1 400×1.05×1.4×1 000/360=5 716 mm2。

配16φ22(As=6 082 mm2)。

計(jì)算式中，1.05為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，1.4為恒活分項(xiàng)系數(shù)綜合值。

這里有一個(gè)設(shè)計(jì)者常常疏忽的地方，驗(yàn)收試驗(yàn)樁的抗拔力往往比較大，要單獨(dú)計(jì)算驗(yàn)收試驗(yàn)樁的鋼筋。

As(驗(yàn)收試驗(yàn)樁)=1 400×2×1 000/400=7 000 mm2。

配16φ25(As=7 854 mm2)。

3.5 抗拔樁裂縫控制

本工程樁為允許出現(xiàn)裂縫的三級(jí)裂縫控制等級(jí)基樁，按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響計(jì)算的最大裂縫寬度應(yīng)符合下式：

ωmax≤ωlim。

其中，ωmax為計(jì)算最大裂縫寬度，按GB 50010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中7.1.2條計(jì)算；ωlim為最大裂縫寬度限值，按GB 50010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求取值，本工程取0.2 mm。

3.6 本工程樁參數(shù)

綜合前面所述，本工程采用的樁基礎(chǔ)參數(shù)如表1所示。

表1 樁基礎(chǔ)參數(shù)

3.7 抗拔樁布置

本工程抗浮主要針對(duì)的是純地下室部分、商鋪部分。

抗拔樁的布置一般有兩種：一是布置在框架柱附近，也就是獨(dú)立基礎(chǔ)或柱下承臺(tái)范圍；二是布置在獨(dú)立基礎(chǔ)與獨(dú)立基礎(chǔ)之間。對(duì)于樁加承臺(tái)基礎(chǔ)的工程，承壓樁可兼做抗拔樁，抗拔樁一般就布置在承臺(tái)范圍內(nèi)。而對(duì)于本工程，純地下室和商鋪部分采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。在浮力的作用下，框架柱由于有上部荷載作用，柱附近的凈浮力較小，板跨中間的凈浮力較大，因此抗拔樁應(yīng)盡量布置在獨(dú)立基礎(chǔ)與獨(dú)立基礎(chǔ)之間。

本工程的抗拔樁布置見圖2，可見，抗拔樁是在獨(dú)立基礎(chǔ)與獨(dú)立基礎(chǔ)之間布置。

3.8 地下室抗浮計(jì)算

地下室抗浮計(jì)算包括整體抗浮計(jì)算、樁承載力計(jì)算、底板配筋計(jì)算、樁沖切計(jì)算等方面。

本工程計(jì)算采用盈建科V2.0.0軟件基礎(chǔ)有限元模塊進(jìn)行計(jì)算。

抗浮設(shè)計(jì)中，如何判斷地下室整體或局部能否滿足抗浮要求，是個(gè)令初學(xué)者時(shí)常感到困惑的問題。我們可以通過以下幾方面判斷一個(gè)地下室能否滿足要求。

1)看整體指標(biāo)，在盈建科軟件基礎(chǔ)模塊中可讀取以下整體抗浮結(jié)果(見表2)。

表2 抗浮結(jié)果

可見，由于有主樓作用，Gk/Nw,k>1.05，整體抗浮滿足要求。為驗(yàn)證非主樓部分抗浮是否滿足，計(jì)算時(shí)可將主樓部分模型刪除，單獨(dú)保留商鋪和地下室部分，布上抗拔樁，再查看抗浮指標(biāo)是否滿足。

2)查看“恒—高水位浮力”工況下的位移，如圖3所示。

由圖3可見，由于抗拔樁的作用，筏板的位移較小(位移值不大于板跨1/250)。如出現(xiàn)較大的位移，說明局部抗浮無法滿足要求。

3)查看基礎(chǔ)底地基反力。

基底反力同樣查看“恒—高水位浮力”工況下的反力。如果是采用自重抗浮，基底反力出現(xiàn)正值，說明該區(qū)域自重大于浮力；如果基底反力為0，說明該區(qū)域自重?zé)o法抵抗浮力。而對(duì)于采用抗拔樁(錨桿)的底板，抗拔樁(錨桿)出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，基底反力為0。

4)查看抗拔樁(錨桿)的反力。

抗拔樁(錨桿)的反力同樣是查看“恒—高水位浮力”工況下的反力。如果樁(錨桿)反力值大于樁(錨桿)抗拔承載力特征值，說明樁(錨桿)數(shù)量不足，需要補(bǔ)樁(錨桿)。

最后，查看底板的配筋結(jié)果，如果配筋值過大或超筋，說明板厚不足，需要調(diào)整板厚或板混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

3.9 樁檢測(cè)試驗(yàn)

根據(jù)JGJ 106—2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范要求，本工程抽取總樁數(shù)的1%且不少于3根進(jìn)行豎向抗拔承載力檢驗(yàn)；總樁數(shù)的1%且不少于3根進(jìn)行豎向抗壓承載力檢驗(yàn)；本工程全部樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)；抽取不得少于總樁數(shù)的10%進(jìn)行聲波透射法檢驗(yàn)。

3.10 一些構(gòu)造措施

對(duì)于地下室抗浮，我們還可以采取一些有效措施改善地下室抗浮。

1)底板(筏板)外挑。

對(duì)地下室外墻，底板(筏板)可考慮外挑一部分，用外挑的填土平衡水浮力。本工程中，外墻位置，填土加自重能抵消大部分水浮力，此處位置不需布置或少量布置抗浮樁。

另外，外挑板面鋼筋，需按懸挑板計(jì)算；水下面的土重度，按浮容重計(jì)算。做法見圖4。

2)增加覆土厚。

增加覆土可有效增加自重。覆土可加在地下室頂板上面，也可加在底板之上。如加在地下室頂板，需要與建筑專業(yè)核對(duì)地面標(biāo)高；而加在底板位置，則需要把底板往下降，這同時(shí)也增加了一定的水浮力。

本工程純地下室頂板考慮了1.0 m覆土；商鋪部分，考慮0.5 m覆土。

3)地下室外墻填土材料要求。

地下室外墻填土宜為隔水性較好的粘性土，也就是含砂粒較少的粘性土。設(shè)計(jì)中還要強(qiáng)調(diào)填土的質(zhì)量要求，如分層夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)等等。

4 結(jié)語

在工程應(yīng)用中，抗浮設(shè)計(jì)需要先進(jìn)行方案分析，然后根據(jù)規(guī)范或文獻(xiàn)相關(guān)公式計(jì)算抗力與浮力，再判斷選用的方案是否滿足要求。本論文根據(jù)特定的工程實(shí)例分析了地下室抗浮方案，并指出了設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)和容易疏忽的地方，可為相似的工程提供借鑒。