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实例探讨地下室的裙房抗浮设计

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：钟秀英

[导读] 摘要：城市土地资源供给日益紧张，人们对地下空间的需要不断增长，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大，致使裙房的地盘面积在不断增加，如何解决好地下室裙房结构设计中存在的地基承载力及变形问题、抗浮问题等。

        广东博意建筑设计院有限公司广东佛山 528000
        摘要：城市土地资源供给日益紧张，人们对地下空间的需要不断增长，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大，致使裙房的地盘面积在不断增加，如何解决好地下室裙房结构设计中存在的地基承载力及变形问题、抗浮问题等。本文结合工程实例，详细阐论带多层地下室的裙房的抗浮措施。
        关键词：抗浮水位；抗浮力；抗拔锚桩
        前言
        随着国民经济的发展，近年工程建设利用地下空间的建筑工程越来越多，大商业的裙房层数一般在二~五层，进而带来了多层裙房的地下室抗浮问题，进行建筑工程勘察时，往往有些人忽略地下室的抗浮问题，本文对建筑工程中遇到的地下抗浮问题进行简要的讨论。
        1抗浮设计概述
        地下室在建设完成时，其底板和侧壁会形成一个封闭体，若地下水位较高，则这个封闭体将承受较大的水浮力，其底板及侧壁的各个区域，也将因受到外部水压力而导致形变。因此，地下室的抗浮设计，应进行整体抗浮验算和局部抗浮验算。整体抗浮验算即是要求地下室在受水浮力作用下，不会产生上浮导致破坏。为防止地下室整体上浮，我们一般采用两种方式实现：①“压”；②“拉”。所谓“压”就是利用建筑的自重（结构自身重量，不包含活荷载）来抵抗水浮力的作用，当不能满足时，可采用增加结构自重或配重的方式来满足抗浮要求，用此方法的局限在于若地下水浮力较大，超过结构自重较多，则会大大增加材料用量，造成经济性差的问题。这时，我们可以采用另外一种方法，即是“拉”，所谓“拉”就是通过增设抗拔桩、抗拔锚杆等，利用桩或锚杆来抵抗地下水的浮力，以此来满足地下室整体抗浮的要求。无论是“压”还是“拉”的做法，都必须进行整体抗浮验算，保证结构抗浮力（自重+抗浮拉力）大于 1.05 倍水的总浮力。验算局部抗浮时，除验算底板和侧壁的强度、变形及裂缝宽度均应满足规范要求外，还应包括验算地下室的局部薄弱范围抗浮要求是否满足，对于大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，建筑自重不均匀，当上部为高层或恒荷载较大时，该范围的整体抗浮能力可能较高，但上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围，特别应进行分区、分块的局部抗浮验算。
        2工程概况
        某购物休闲中心总建筑面积为57万m2，地上由2 栋250 米超高层酒店写字楼、4-7 层大型购物休闲中心组成。根据现场勘察发现，该建筑工程施工区域地面粗糙度为 B 类，桩端持力层为中风化砂砾岩层，在基础施工中，采用钻孔灌注桩施工技术。地下总建筑面积为 21 万 m2，为三层裙房地下室，地下室东西向长度为 570m，南北向长度为 150m，地下室底板的标高为 -14.0m。地下室结构与地上建筑工程之间相互连接，同时，地下室顶板还可作为结构嵌固端。
        3地质水文情况
        在该建筑项目建设前，首先对施工区域进行地质勘查，通过对场地内勘察资料进行分析，未发生不良地质作用，另外，在勘察深度范围内，没有发现软弱层、洞穴、临空面等等，因此，适宜进行项目建设。在建设区域场地范围内，地层结构从上而下的组成分别如下：（1）填土。填土的均匀度比较低，不能作为建筑项目的基础持力层，工程特性比较差。（2）粉土。粉土为中密和中压缩状态，粉土厚度均匀性比较差，也无法作为基础持力层。（3）粉质黏土。粉质黏土的可塑性比较高，可压缩性中等，厚度不均匀，无法作为基础持力层。（4）淤泥质粉质黏土。淤泥质粉质黏土的压缩性比较好，承载能力比较差，无法作为基础持力层。（5）细砂。细砂为松散状，承载能力比较差，无法作为基础持力层。（6）粗砂。粗砂的密实度比较高，承载能力比较强，无法作为基础持力层。（7）砾砂。砾砂的密实度比较高，并且为饱和状态，承载力比较强，但是位于地下水位以下，无法作为基础持力层。（8）强风化粉砂质泥岩。强风化粉砂质泥岩为软质岩，遇水容易发生软化，而失水则呈干裂特性，承载力比较好，但是厚度比较小。该建筑项目地下室所占面积比较大，并且地下室底面埋深也比较大，地下水会产生较大的浮托作用，在抗浮设计过程中，要求加强抗浮验算。

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        4地下室抗浮设计
        4.1抗浮措施选型
        在建筑工程施工中，常用的抗浮施工技术包括抗拔锚桩施工技术、截水排水施工技术、配重抗浮技术等等。其中，抗拔锚桩施工技术可以作为建筑工程的永久性抗浮施工技术，如果建筑项目的基岩比较浅，并且地下水不会对钢筋材料造成腐蚀作用，则可应用抗拔锚杆锚索技术。如果建筑项目地下室的基岩深度比较大，并且地下水丰富，则在锚杆施工过程中容易发生漏浆、离析等施工质量问题，进而影响施工质量。截水排水施工技术主要被应用于山地建筑工程施工中，地表水可以通过地表截水沟排放，而地下水则可以通过底板滤水层或者盲沟排出。配重抗浮施工技术指的是通过增加建筑工程结构重量，达到抗水浮力的效果，在具体的施工过程中，可以在地下室结构顶板或者底板采用密度较大的砂石进行回填处理。在上述三种常用抗浮施工技术中，抗拔锚桩不仅具有抗压效果，而且抗拔性能也比较高，在建筑工程地下室施工中，在基坑开挖施工前，可同时进行抗压桩、基坑支护桩施工。在基坑开挖施工完成后即可进行锚杆施工，抗拔锚桩施工工期比较短，同时还能够减少施工造价。在本工程施工中，综合考虑施工现场地质条件、水文条件、施工技术等因素，选用抗拔锚桩作为抗浮施工方案。
        4.2底板防水板方案选型
        在建筑工程底板防水施工中，常用防水形式有梁板式、带承台柱帽倒无梁底板式。在梁板式防水底板的应用中，传力路径为底板、地梁、承台、基础结构。梁具有分割作用，因此，梁板施工中混凝土用量比较小，同时钢筋材料的使用量也比较少。另外，带承台柱帽倒无梁楼盖的传力路径分别为底板、承台柱帽、基础。在该建筑工程施工中，裙楼施工区域面积比较大，裙楼外范围的地下室比较小，对此，采用倒无梁形式施工方式，钢筋用量比较少，有利于降低施工成本。
        4.3抗浮桩布置方式选取
        在该建筑工程施工中，抗浮设防水位高程为 20.5m，地下室底板面板的高
        程为 8.1m，厚度为 0.7m。在标准跨柱距 9m×11.4m 范围内，底板水浮力的标准值为 13440kN。在裙楼的标准跨柱距 9m×11.4m 范围内，总竖向力为16800kN，综合考虑该建筑工程建设要求，需采用 2 根以上的抗压基桩。另外，在标准跨柱距内，水浮力标准值为 13440kN，而恒载标准值则为 13200kN，总抗浮荷载标准值 912kN，在基础施工中，需采用1 根抗拔基桩，同时还需要采用 2 根抗压基桩，保证建筑基础的抗压抗拔施工要求。在该建筑工程项目建设中，除裙楼以外，地下室的标准跨柱距 9m×11.4m 范围内，总竖向力标准值为 9600kN，要求采用1 根抗压基桩进行施工。另外，在标准跨柱距内，水浮力的标准值为 13440kN，而恒载标准值则为 7500kN，，总抗浮荷载标准值6612kN，在具体的施工过程中，要求采用 3根抗拔基桩。在除裙楼以外的地下室工程桩布置方面，主要有两种布置形式，包括工程桩集中式和工程桩分散式两种。在工程桩集中布置形式的应用中，需采用 3 根抗拔基桩兼作抗压基桩，能够有效利用建筑工程上部结构横载自重抵抗水浮力，但是，抗浮效果比较差。在工程桩分散布置形式的应用中，可以采用 3 根抗拔桩进行分散布置，在标准柱跨施工范围内，需要布置 4 根工程桩，不仅能够有效减少支座弯矩以及底板主控应力，同时还有利于降低施工成本。
        5结语
        综上所述，地下室裙房抗浮设计属于是高层建筑设计中的重要环节，相关设计人员需要对实际布置种类和地质条件进行全面掌握，确保地下室抗浮设计方案的全面平衡，进而将地下室抗浮设计的合理性呈现出来。通过该项设计，能够为高层建筑使用者提供更多便利条件，同时也能让地下室抗浮设计得到合理优化。
        参考文献：
        [1]肖伟.大型地下室抗浮设计若干问题研究[J].福建建筑,2019(10):15-16+28.
        [2]潘杰,熊后元,杨鹏.地下室结构抗浮设计中若干问题的探讨[J].福建建设科技,2019(05):19-20.
        [3]唐意.建筑地下室抗浮设计若干问题探讨[J].智能城市,2019,5(15):56-57.