陳志華

（華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510640）

關(guān)鍵字：建筑工程；抗浮設(shè)計(jì)；設(shè)防水位；抗浮錨桿；結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度；盲溝

0 引言

建筑上地下工程的廣泛應(yīng)用，帶來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題也較為多樣，其中地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)問題就是一種比較普遍但又相當(dāng)重要的一個(gè)問題，由于場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)條件以及經(jīng)濟(jì)性、施工工期等各種因素，進(jìn)行地下抗浮設(shè)計(jì)時(shí)也需要綜合多方面的因素進(jìn)行，這樣才能保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)又滿足經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。

本文根據(jù)某地下車庫項(xiàng)目的實(shí)際情況，綜合各項(xiàng)設(shè)計(jì)條件，針對(duì)地下抗浮設(shè)計(jì)工程中，設(shè)計(jì)上考慮到的步驟、措施、做法等，以及設(shè)計(jì)過程中碰到的一些問題進(jìn)行簡(jiǎn)單探討，為類似工程提供參考。

1 項(xiàng)目概況

某地下車庫位于廣州市郊區(qū)，建筑物方案為5 層混凝土結(jié)構(gòu)，其中底下3個(gè)樓層為完全地下室（設(shè)定底下3個(gè)樓層頂板面-北側(cè)地坪標(biāo)高為首層±0.000 m，絕對(duì)標(biāo)高為19.700 m），其余上面2個(gè)樓層周邊為南高北低的背山坡地，南側(cè)室外地面與屋頂平，北側(cè)地面與南側(cè)地面相差2個(gè)樓層高度，且在上面2個(gè)樓層周邊設(shè)置通廊排水，場(chǎng)地周邊三面環(huán)山，西側(cè)不遠(yuǎn)處尚有一水庫。結(jié)構(gòu)平面自下至上一致，主結(jié)構(gòu)平面如圖1所示，場(chǎng)地及結(jié)構(gòu)剖面如圖2 所示。主體結(jié)構(gòu)采用板柱-剪力墻體系，層高均為3.6 m，標(biāo)準(zhǔn)柱距為8.4 m×8.4 m。

圖1 主體結(jié)構(gòu)平面示意圖Fig.1 The Main Structure Plane Sketch （mm）

圖2 結(jié)構(gòu)剖面示意圖Fig.2 Structural Section Sketch （mm）

根據(jù)工程地勘報(bào)告，場(chǎng)地的地下水主要為基巖裂隙水，基巖裂隙水存于基巖裂隙中，其透水性和富水性取決于裂隙的發(fā)育程度，富水性不均勻，具有明顯的區(qū)段性，基巖裂隙水的補(bǔ)給來源主要為同一含水層滲透補(bǔ)給，場(chǎng)地西側(cè)約150 m有一水庫，水面標(biāo)高比工程項(xiàng)目的北側(cè)地面低2.5 m，地表水與地下水聯(lián)系成補(bǔ)排關(guān)系。場(chǎng)地總體上地下水自東、南、西周邊向場(chǎng)地中心匯集，向北排泄。地下水位的變化與地下水的賦存形式及排泄、補(bǔ)給方式關(guān)系密切，設(shè)計(jì)擬建項(xiàng)目需開挖填平，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，建議本場(chǎng)地的最高水位（抗浮水位）埋深取室外地坪標(biāo)高。

2 抗浮水位

根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：JGJ 476—2019》［1］、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007—2011》［2］以及項(xiàng)目地勘報(bào)告綜合考慮，抗浮設(shè)防水位的具體標(biāo)高采用完全地下室范圍地面的標(biāo)高時(shí)，即抗浮水頭按底下3個(gè)樓層高度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，統(tǒng)一的設(shè)防水位并不適合作為該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使用參數(shù)，因?yàn)榭紤]場(chǎng)地周邊水文地質(zhì)條件以及項(xiàng)目面積比較大，統(tǒng)一按一個(gè)設(shè)防水位標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計(jì)存在浪費(fèi)或者偏不安全的情況，設(shè)防水位的取值在李國勝［3］的有關(guān)論點(diǎn)下，結(jié)合抗浮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的第5.1.3條的條文精神，該項(xiàng)目需要增加設(shè)防水位的咨詢報(bào)告，作為抗浮設(shè)計(jì)水位的最終設(shè)計(jì)依據(jù)文件。

根據(jù)該項(xiàng)目的設(shè)防水位咨詢報(bào)告，場(chǎng)地在只靠完全地下室以上的周邊管廊進(jìn)行排水時(shí)，在南方暴雨的極端情況下，地下室底板的水頭高度如圖3?所示（圖示水頭為絕對(duì)標(biāo)高），可知地下室底板水頭高度均大于北側(cè)室外地坪標(biāo)高，但是也小于南側(cè)室外地坪標(biāo)高，由此可知該項(xiàng)目在未采取任何相關(guān)措施的情況下，無論設(shè)防水位按北側(cè)或南側(cè)的室外地坪標(biāo)高，都不是一個(gè)合適的設(shè)防水位標(biāo)高；考慮項(xiàng)目周邊存在水庫，參考李慧慧等人［4-5］的研究結(jié)果，可知對(duì)于坡地建筑設(shè)防水位的確定相對(duì)復(fù)雜。

基于上述情況和曹洪等人［6］的設(shè)計(jì)概念，考慮采用比較常用的減壓措施：設(shè)置盲溝排水減壓進(jìn)行處理，即對(duì)應(yīng)后澆帶位置設(shè)置疏水溝以及建筑物周邊設(shè)置排水盲溝，排水盲溝的諸多效益可參考郭春艷等人［7］的研究結(jié)果，這樣可以有效降低地下室底板抗浮水頭，從而達(dá)到降低工程造價(jià)的效果。綜合針對(duì)在不同標(biāo)高盲溝設(shè)置方案，包括盲溝設(shè)置在相對(duì)標(biāo)高-2.00 m、-5.00 m、-10.00 m 不同的情況下，對(duì)應(yīng)的底板抗浮水頭高度如圖3?～圖3?所示，通過對(duì)比不同方案的結(jié)果可知，盲溝設(shè)置標(biāo)高越低，對(duì)應(yīng)降低底板抗浮水頭的效果越明顯，但是同時(shí)盲溝的排水要求也越高，在正常情況下以及暴雨情況下排水量如表1所示。

表1 排水量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of Water Discharge

最終綜合各方面的設(shè)計(jì)條件，考慮盲溝管井與地下室排水一體處理時(shí)綜合效益最高，最終采用按-10 m位置（底板標(biāo)高）設(shè)置盲溝條件下的底板抗浮水頭，作為地下室抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高，相應(yīng)的抗浮措施及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也據(jù)此基礎(chǔ)上進(jìn)行。

3 抗浮設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目根據(jù)確定的地下室底板的抗浮水頭標(biāo)高進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，在采用盲溝措施后，對(duì)于不滿足抗浮設(shè)計(jì)的位置設(shè)置抗浮錨桿，抗浮錨桿的布置需要結(jié)合不同位置的水頭情況進(jìn)行，保證抗浮錨桿的充分利用，具體錨桿布置如圖4 所示。地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)工程中以下幾個(gè)問題需要注意：

圖4 錨桿布置平面Fig.4 Anchor Layout Plan

3.1 錨桿抗壓剛度問題

對(duì)于天然筏板基礎(chǔ)，錨桿的抗壓剛度對(duì)地基承載力有提高作用，會(huì)對(duì)筏板基底受力帶來不利的影響，因?yàn)榭紤]抗浮效果，參考張志浩［8］的研究結(jié)果可知，錨桿通常布置在豎向構(gòu)件的跨中區(qū)域，考慮錨桿抗壓剛度作用，相當(dāng)于提高了跨中位置基底的基床系數(shù)，這就帶來跨中筏板的受力增加，相應(yīng)柱帽外圍的沖切力會(huì)增加，在不考慮錨桿抗壓剛度的情況下進(jìn)行的沖切驗(yàn)算滿足時(shí)，當(dāng)考慮錨桿抗壓剛度的作用下可能存在不滿足的情況；即在考慮錨桿抗壓剛度較大時(shí)或考慮錨桿抗壓剛度較小時(shí)，按不同的基床系數(shù)假定進(jìn)行計(jì)算，柱帽沖切驗(yàn)算的結(jié)果會(huì)存在明顯的差異，當(dāng)基床系數(shù)較大而其他條件相同的情況下，柱帽需要配置更加多的抗沖切鋼筋才能滿足承載力要求。

3.2 錨桿抗拔剛度問題

對(duì)于樁基礎(chǔ)，當(dāng)采用抗浮錨桿提高結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定能力和底板抗浮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，抗浮錨桿的抗拔剛度大小直接影響到基礎(chǔ)和底板構(gòu)件設(shè)計(jì)，因?yàn)榕c普通抗浮工程樁對(duì)比，錨桿截面較小，剛度差距較大，根據(jù)他們之間不同的相對(duì)剛度情況，對(duì)于工程樁及錨桿的抗浮受力計(jì)算影響都比較大，進(jìn)而導(dǎo)致筏板的配筋計(jì)算影響也較大，這就需要采用比較合理結(jié)構(gòu)計(jì)算假定，然后獲得相對(duì)合理的構(gòu)件剛度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，錨桿剛度可按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013》［9］和參考劉俊生［10］的研究結(jié)果等進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)抗拔剛度大小不相同的情況下，分別按工程樁與錨桿抗拔剛度比為2.0 倍和4.5 倍條件下對(duì)某工程進(jìn)行試算，根據(jù)底板板面鋼筋的試算結(jié)果，計(jì)算配筋結(jié)果差距大約10%，當(dāng)剛度比差距更大而其他條件相同時(shí)，配筋差距更加明顯。

3.3 局部全埋地下的抗浮設(shè)計(jì)問題

當(dāng)結(jié)構(gòu)存在完全在地下的時(shí)候（見圖5），結(jié)構(gòu)頂部的覆土荷載輸入需要另外復(fù)核計(jì)算。對(duì)于該部分結(jié)構(gòu)的整體抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算的時(shí)候，結(jié)構(gòu)頂部的覆土荷載是否可以按照一般的q=γ h2進(jìn)行輸入？按照文獻(xiàn)［1］中第6.3.7條的要求，對(duì)于不同的抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)時(shí)，抗浮設(shè)計(jì)中考慮的配重需要采用不同的組合系數(shù)，對(duì)于甲級(jí)或乙級(jí)時(shí)為0.9、丙級(jí)時(shí)為0.95，即覆土荷載需要按照0.9/0.95γ h2計(jì)算，這個(gè)需要特別注意，因?yàn)橐话阌?jì)算軟件對(duì)于基底水浮力直接按輸入的板底標(biāo)高及地下水位標(biāo)高直接計(jì)算得到，相應(yīng)的覆土荷載也直接自動(dòng)計(jì)算獲得。

圖5 局部地下示意圖Fig.5 Local Underground Sketch

4 結(jié)語

⑴對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)地地質(zhì)、水文情況的項(xiàng)目，進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)防水位咨詢分析，既符合相關(guān)條文的精神，又滿足工程上的經(jīng)濟(jì)性要求，對(duì)于項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有極大的幫助，可以盡可能推廣應(yīng)用。

⑵盲溝的設(shè)置對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗浮水位影響較大，合理的設(shè)置盲溝可以很大程度上降低結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)上的工程造價(jià)，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的便利性，但同時(shí)需要做好相關(guān)的保障措施，除針對(duì)項(xiàng)目具體情況采取的，其他通用的措施可以參考曹彥凱等人［11］研究中的相關(guān)措施內(nèi)容。

⑶抗浮錨桿的剛度設(shè)定，對(duì)于抗浮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)有比較大的影響，特別是對(duì)于地下室底板的配筋、柱帽沖切驗(yàn)算等影響較大，抗浮錨桿的最有利布置形式可以參考羅佑新等人［12］研究內(nèi)容。對(duì)于不同的地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)體系及基礎(chǔ)形式的項(xiàng)目，需要針對(duì)性的對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算，保證在不同情況下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。

⑷對(duì)于完全地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，不同的荷載計(jì)算需要采用相對(duì)應(yīng)的組合系數(shù)，保證結(jié)構(gòu)及構(gòu)件設(shè)計(jì)的安全。