地下工程的抗浮优化设计

发表时间:2016/1/14   来源:《工程建设标准化》2015年9月供稿   作者:崔璨
[导读] 苏州东吴建筑设计院有限责任公司,江苏,苏州 随着地下建筑工程的不断发展,地下工程的抗浮设计将会成为地下工程结构设计中非常重要的一个部分组成。
崔  璨
  (苏州东吴建筑设计院有限责任公司,江苏,苏州,215123)
  【摘  要】随着经济的不断发展,大型建筑物越来越多,城市车位需求越来越迫切,将空间往地下发展已经成为一个必然的趋势。对于地下建筑物来说,水浮力对地下结构的影响是一个不可忽视的荷载工况,可以说对于水浮力工况的考虑,对于地下工程建筑的安全和经济起到决定性的作用。因此,做好地下工程的抗浮优化设计是非常必要的。
  【关键词】地下工程;抗浮;优化设计
  一、前言
  随着经济的发展和人口的不断增多,使得城市的用地面积越来越紧张。这就使得很多城市为了缓解用地压力,修建了很多的地下广场、地下商场等各种地下工程。这些地下工程往往会深入到地下8到9米左右,这时地下工程所受到的浮力是非常大的。特别是在那些高水位的地区,地下建筑工程往往存在着必须要解决的抗浮问题。如果地下建筑工程所受到的地下浮力太大,不仅会使得地下工程的底板会遭到隆起破坏,而且还会危及到人们的生命安全。因此,做好地下工程的抗浮设计是地库设计中极为重要的一环。
  二、地下工程抗浮设计
  对于地下工程进行抗浮设计的时候,抗浮设计的公式可以表示为:
  N+F≥KV
  在这个公式当中,N所表示的是地下建筑工程的结构自重;F所表示的是地下建筑工程所受到的抗浮力;V所表示的是地下建筑工程所受到的静水浮力;K所表示的是抗浮安全系数,根据建筑地基基础规范K值取值为1.05。地下工程的抗浮设计的重中之重,是对地下工程所受到的水浮力进行仔细地计算,经过慎重考量之后选择合理的抗浮设计水位。第二步才是对自身不能满足抗浮要求的地下建筑进行选择必要的抗浮措施,完成相应的抗浮设计工作。
  1、水浮力计算
  对于地下建筑工程来说,要想进行合理的抗浮设计,首先就必须要做好水浮力的计算,只有做好了水浮力的计算,才能对地下工程的设防水位进行一个合理的确定。因此,对于用来进行计算地下水浮力的设计水位,一定要确保其准确性。工程勘察单位在提供设计水位的时候,一般会对历年来当地的水位地质资料进行详细地分析,然后在根据地下工程建成后,地下水位变化的可能性提出抗浮设计的设防水位。
  从一些资料中可以知道,地下水所起的作用是非常复杂的,所以就很难保证地下水压力的准确性。在工程施工中,虽然不同的地基的地下水浮力是不断变化的,但是地下水浮力压力是不会有所减少的。同时对于节理裂隙中不发育的岩石地基,地下水浮力会有所减少。再次,地下工程的底板与岩石地基进行紧密结合的时候,可以不用考虑浮力的使用。因此,在对工程进行实际施工的时候,对于符合规定条件的地基,就应该将浮力减少,或者可以当成工程抗浮储备起来,作为设计人员必须要充分的考虑这一点。
  从目前的现状来看,由于没有防水位的位置进行明确的确定,一般可以选择最高洪水位作为抗浮设计设防水位。特别需要注意的是,对于坡地建筑的防水位的确定应经过仔细的论证,决不能一刀切的取在一个标高,而应该根据场地的实际情况和土层的蓄水效应确定不同位置的抗浮水位。
  2、抗浮设计
  对地下工程进行抗浮设计的时候,首先要确定工程结构的尺寸、形式以及埋设的深度;然后根据设防水位,对工程自身抗浮能力进行计算,并且还要对结构的施工和使用细节进行判断,判断是否需要抗浮设计和抗浮措施。最后在施工阶段、竣工阶段要根据实际的情况,判断其是否需要采用不同设计的抗浮设计和抗浮措施。
  (1)施工阶段抗浮设计措施
  在对地下工程进行施工的时候,通常情况下,地下室顶板作为工程建设的堆场,覆土是没有完成的,但是底板和外墙的施工却已经完成了,在地下水作用下,就形成了一定程度的浮力。当水浮力比较小的时候,就可以利用集水井、排水明沟等设备对基坑内的水进行排出,这样就很大程度的减小了结构承受的水浮力。当基坑埋深较深时,通常采用深井点降水的施工方法进行降水。


  (2)永久性抗浮设计措施
  现阶段,在地下工程施工中,永久性抗浮设计措施有很多,主要包括:增加自身的重力、锚杆设计以及抗浮桩设计等。
  其一,增加自身的重力是一个比较传统和可靠的施工方法,这一方法的具体措施主要包括增加底板配重以及边墙压载等重力,这样就可以有效的确保工程结构自身自重抗浮满足要求,从而就可以防止结构不上浮。
  其二,在对地下工程进行抗浮设计的时候,锚杆设计是非常重要的环节,它主要是通过利用锚杆的抗浮力来对水浮力进行有效的抵抗。具体的说,就是将地下工程中建设在粉质粘土、风化基岩等地方的时候,由于这些地方比较适合在土层上进行钻孔灌浆,所以可以利用锚杆来对这些土层进行抗浮。同时抗浮锚杆具有施工简单以及布置灵活的特点,并且其主要的结构形式包括:预应力锚杆和非预应力锚杆。目前来说,我国对于锚杆用于抗浮设计还没有明确的规范条文,对于锚杆规范比较明确的是基坑支护(临时)和边坡支护这两种形式,对于永久性的锚杆,规范规定是需要进行定期的检测和维护的,这就对于将锚杆抗浮应用于地下工程带来较大的不便。对于抗浮锚杆,目前来说主要的问题存在于锚杆的耐久性无法保证;工程属于隐蔽工程无法进行观察检测和维护。如果能解决这两个问题,相信抗浮锚杆会是一个非常好的抗浮设计措施。
  其三,地下工程中的抗浮桩设计主要是指可以利用桩体自身的重力和桩侧摩阻力来抵抗水浮力的设计方法。现阶段,我国在进行抗浮桩设计的时候,主要是采用经验参数法进行抗浮设计,也可以通过工程试桩来确定抗拔力。抗拔桩一般按轴心受拉构件设计,桩身按裂缝控制配筋。抗浮桩可以说是目前应用最广的地下室抗浮设计措施,它具有受力明确、施工便捷、可靠度高、耐久性高、便于检测的优点。抗浮桩唯一目前还存在争议的问题就是,在土质良好的基础上,抗浮桩是否必须兼做抗压桩。
  三、地下工程抗浮加固措施
  1、控制结构上浮的措施
  在地下工程中,如果地下结构发生了上浮事故,就要采取一定的抗浮加固措施对其进行处理,比较常用的抗浮加固措施主要包括:加载、排水。
  其一,架在方法主要是通过增加结构自身的重力,这样就可以有效的抵制和消除水的浮力,从而就可以回到原来的位置。通常情况下是将比较重的建筑物放在浮量比较大的地区,但是加载并不是一定能够达到所需要的效果,还有很多因素需要注意,例如:楼板的极限承载能力;底板和基地间泥沙受到淤积的影响等。
  其二,排水也是一个非常重要的加固措施,排水主要是通过水泵将结构所在的位置的地下水排出,这样就可以有效的降低水压力,从而促使地下结构回到原来的位置。在地下水比较高、排水量比较小的地方,要在底板下增加倒滤层,这样就既可以保证地下水能够顺利的留出,还能够防止回填土中的细颗粒不会被水冲走。
  2、抗浮加固
  在对地下工程进行抗浮加固施工的时候,首先要有效的控制结构物出现上浮的情况,然后要对结构的抗浮进行加固处理,在这一期间要考虑基础底板上钢筋布置,其中钢筋的布置要比较密,并且补桩的孔不可以很大,不然的话就会有很多的底板钢筋会被截断。同时使用的钢锚杆在底板上钻孔的直径要很小,只有这样才能够很大程度的减少底板钢筋被截断的可能性,这是相对比较好的抗浮加固措施。
  四、结束语
  随着地下建筑工程的不断发展,地下工程的抗浮设计将会成为地下工程结构设计中非常重要的一个部分组成。因此,在今后的地下工程施工的过程中,一定要根据当地的实际地质情况和地下工程的施工结构特点来进行选择合理的抗浮措施。在进行地下工程结构抗浮设计的过程中,只有选择合理的设计参数,根据当地的实际情况做好地下工程构造的处理,才能使地下工程的抗浮设计更加可靠。
  参考文献:
  [1]袁正如.地下工程的抗浮设计[J].地下空间,2004,24(1):41-43
  [2]吴明.对地下工程背水面防水的认识[J].中国建筑防水,2006,02:7-9.
  [3]金霞,张渺.浅谈地下工程防水施工技术措施[J].科协论坛(下半月),2012,07:1-2.
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