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抗浮設(shè)計范文1
【關(guān)鍵詞】 地下室；抗浮；對策
1.引言
伴隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，全國各地開展了大量的工程建設(shè)，建筑行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的重要支柱之一，為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了巨大貢獻。但隨著城市用地越來越緊張，以地下室為代表的地下建筑結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計階段越來越得到重視，從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度如何確保這類結(jié)構(gòu)在滿足結(jié)構(gòu)安全及耐久性要求是相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)當注意的問題。其中地下室抗浮作為地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部分，更加需要設(shè)計人員在抗浮設(shè)計方法及對策方面有所認識。
2.地下室抗浮主要對策
根據(jù)不同的地質(zhì)條件，地下室抗浮設(shè)計需采用不同的方法，以確保地下室抗浮力的穩(wěn)定性，在地下室抗浮設(shè)計中，人類探索出了各種不同的方法，并在實踐中得到了運用，筆者根據(jù)自己多年來的經(jīng)驗以及對相關(guān)文獻的概述，總結(jié)了以下幾種常用的抗浮設(shè)計方法：
2.1壓重抗浮
抗浮失效（建筑物傾斜或出現(xiàn)裂縫）是由于建筑物自重小于地下水浮力造成的，因此解決此問題最簡便的辦法就是增加建筑物自重，比如在地下室頂板部位覆蓋一定厚度的土層。對于土體的選擇，不同地區(qū)可結(jié)合當?shù)氐刭|(zhì)條件，就近選擇可利用覆土材料。
2.2工程樁抗浮
工程樁，就是在工程中使用的，最終在建構(gòu)筑物中受力起作用的樁，根據(jù)樁身材料可分為混凝土樁鋼樁和組合材料樁等，按承載性狀可分為摩擦型樁和端承型樁，工程樁基礎(chǔ)大多是現(xiàn)澆大直徑柱，整體性好，工程樁周圍與土層間摩擦力大。但同時也應(yīng)當注意工程樁在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)的裂縫及耐久性較差的問題，因此在地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計中使用工程樁抗浮應(yīng)當對于使用過程中可能涉及到的樁體變形問題進行有效預(yù)估。
2.3錨桿抗浮
錨桿抗浮是建筑工程地下結(jié)構(gòu)抗浮措施的一種，在建筑物采用天然地基且基巖或良好錨固土層埋深較淺錨桿長度較短等情況下，錨桿抗浮是地下室抗浮設(shè)計很好的選擇，錨桿抗浮為抗拔樁體承受拉力，普通抗浮樁受力也是自樁頂向樁底傳遞，樁體受力大小隨著地下水位的變化而變化，因此當?shù)叵滤畨毫^大，松散砂層太厚，錨桿受到的拉力也隨之發(fā)生變化，不宜采用錨桿抗浮，這種情況下如果采用錨桿，就會產(chǎn)生較大的變形，不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造成抗浮失效此外，當軟弱土層較厚或錨桿自由段過長時，這種方案抗浮也是不合適的，錨桿自由段長其永久防腐蝕措施要求就較高，工程費用也會顯著增加。
2.4排水法抗浮
排水法抗浮主要是通過修建排水盲溝將地下室周圍的地下水自流排到較低區(qū)域，這種方法只適用于建筑場地標高相對于周圍地面較高或附近有較低水位的排水系統(tǒng)工程中，不能普遍使用當前比較流行的一種排水法抗浮是標準靜水壓力釋放系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過多孔聚乙稀排水管網(wǎng)將地下水位降到地下室底板以下，使地下室地板不受或受很小的水浮力，能夠有效地防止地下室上浮。
3.目前地下室抗浮設(shè)計中存在的問題及解決措施
3.1存在的問題
在多個地下室因水浮力作用而引發(fā)的工程~故中，我們發(fā)現(xiàn)有些設(shè)計人員對地下水的作用認識不足，抗浮設(shè)計的基本概念不夠清晰，常見的有下列幾種情況：
（1）重視地下室的梁、板、柱、墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計，忽視整體抗浮驗算分析，忽視施工的抗浮措施，總認為具有上萬噸自重的地下室怎么不會浮起來；
（2）地下室底板裂縫、漏水，甚至成為地下游泳池，把某些實質(zhì)上是因為地下水的作用遠大于設(shè)計荷載而造的工程事故，錯判為溫度應(yīng)力作用、砼施工質(zhì)量問題等。
（3）對于基底為不透水土層的地基（基巖、堅硬粘土），深基坑支護又采用了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護，忽視水的浮力。
有些設(shè)計人員對上述最基本的概念還不夠清晰，例如，有些設(shè)計人員只對地下室底板的梁、板、墻在地下水浮力荷載作用下的強度計算，未做整體抗浮的認真分析，特別是獨立地下室、水池等，造成地下室整體上浮，給地下室結(jié)構(gòu)帶來嚴重破壞，難以進行復(fù)原處理。又如有些設(shè)計人員利用上部結(jié)構(gòu)自重抗浮，只計算上部結(jié)構(gòu)總自重標準值大于總的水浮力設(shè)計值，就認為抗浮設(shè)計滿足要求。既不分析其上部建筑荷載的分布，又未計算局部抗浮，局部范圍因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)大面積破壞。再如，在地下室底板計算中只驗算強度不進行變形的裂縫寬度的計算，造成底板產(chǎn)生裂縫，漏水嚴重，形成“地下游泳池”。
更值得一提的是，有些設(shè)計人員和施工人員對地表水作用認識不足，當?shù)叵率业鼗鶠椴煌杆膸r土層、支護又嚴密的基坑，一般認為不存在水的浮力，因此造成施工期間或使用期間地下室上浮破壞的盲點，一旦暴雨來臨，地面的地表水全流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)，即基坑為 “大腳盆”，地下室成為“小腳盆”。施工期間一旦未及時采取降水措施就會將“小腳盆”浮起，使用期間若不將四周的回填土采用粘性土分層夯實形成止水層，也同樣會產(chǎn)生“腳盆”效應(yīng)。
3.2解決對策
為防止地下室整體上浮我們通常采用兩類做法，一類為“壓”，一類為“拉”。 當采用“壓”的做法時，利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)及建筑裝修、上部覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力，當不能平衡時，必須增加“拉”的做法，即采用樁或錨桿等來抵抗地下水的浮力。無論是“壓”還是“拉”的做法，都必須進行整體抗浮驗算，保證抗浮力（壓重+抗拉力）大于水的總浮力。局部抗浮驗算，除了梁板墻柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度驗算、變形驗算和裂縫驗算，還應(yīng)包括局部的抗浮驗算，對于大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑，建筑自重不均勻，當上部為高層或恒荷載較大時，該范圍的整體抗浮能力可能較高，但上部沒有建筑或建筑層數(shù)不多的局部范圍，特別應(yīng)進行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗算，例如：柱、樁、墻的壓力或拉力能否平衡它所影響區(qū)域里的水浮力總值。同時在進行工程的抗浮設(shè)計時，要做到以下三個步驟：（1）仔細研讀勘察報告；（2）進行整體抗浮和局部抗浮驗算，并提出施工期間的抗浮措施和降水措施；（3）對存在“腳盆”效應(yīng)的結(jié)構(gòu)進行分析。
4.結(jié)論
經(jīng)濟的發(fā)展促進了建筑在向朝著高度不斷增加的同時，以地下室為代表的地下建筑也在不斷增加，其中地下水的存在是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的重要問題。地下室抗浮設(shè)計是修建地下室時十分關(guān)鍵的問題，必須慎重對待在實際操作中，必須仔細分析勘察場地條件周圍環(huán)境和土層情況，準確計算出地下水浮力，根據(jù)不同工程的具體情況靈活運用各種抗浮設(shè)計方法。
參考文獻：
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[3] 張思遠.在確定建筑物基礎(chǔ)抗浮設(shè)防水位時應(yīng)注意的一些問題[J].巖土工程技術(shù)，2004， 18（5）：227-229.
抗浮設(shè)計范文2
關(guān)鍵詞：地下室;抗浮設(shè)計;概念
Abstract: the basement anti-uplift design is often neglected, and lead to adverse consequences is the basement float, basement floor crack ooze water, etc., are directly affect the structure of normal use and even is safe. Therefore, the basement anti-uplift should cause enough attention. This paper introduces the basic concept of basement design, and connecting with the engineering example discusses basement anti-uplift design.
Keywords: the basement; Anti-uplift design; concept
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
地下建筑物的抗浮設(shè)計關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限內(nèi)的安全問題, 抗浮設(shè)計措施應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)資料、施工條件、地下結(jié)構(gòu)情況進行周密的設(shè)計計算、精心施工, 尤其注意在施工階段的抗浮問題。設(shè)計中應(yīng)考慮工程造價的合理性, 并盡量利用一些簡易的抗浮措施, 以達到降低工程造價的目的。
一、抗浮設(shè)計中基本概念
在多個地下室因水浮力作用而引發(fā)的工程~故中，我們發(fā)現(xiàn)有些設(shè)計人員對地下水的作用認識不足，抗浮設(shè)計的基本概念不夠清晰，常見的有下列幾種情況：
1、有些設(shè)計人員經(jīng)常把設(shè)計重點放在地下室的梁、板、柱、墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計上，往往忽視整體抗浮驗算分析，忽視施工的抗浮措施，總認為具有上萬噸自重的地下室是怎么也不可能浮起來。
2、地下室底板裂縫、漏水，甚至成為地下游泳池，實質(zhì)上大部分是因為地下水的作用遠大于設(shè)計荷載而造的工程事故，有些設(shè)計人員卻錯誤判斷為溫度應(yīng)力作用、砼施工質(zhì)量問題等。
3、對于地下水位高的地下室應(yīng)進行整體抗浮和局部抗浮驗算。對于基底為不透水土層的地基（基巖、堅硬粘土），深基坑支護又采用了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護，忽視水的浮力。試想萬噸級以上大船能在江、河、海中航行，可見水的作用力之大。地下室就像一條“船”，地下室底板和側(cè)墻形成一個密閉的船身，它的水浮力有多少呢，是它浸泡在水中的體積乘以水的容重，可見水浮力之大。地下室的抗浮設(shè)計就是要使這個船既不上浮，船身又不破壞，因此，地下室的抗浮設(shè)計應(yīng)進行整體抗浮和局部抗浮驗算。
然而有些設(shè)計人員對上述最基本的概念還不夠清晰，例如，有些設(shè)計人員只對地下室底板的梁、板、墻在地下水浮力荷載作用下的強度計算，未做整體抗浮的認真分析，特別是獨立地下室、水池等，造成地下室整體上浮，給地下室結(jié)構(gòu)帶來嚴重破壞，難以進行復(fù)原處理。又如有些設(shè)計人員利用上部結(jié)構(gòu)自重抗浮，只計算上部結(jié)構(gòu)總自重標準值大于總的水浮力設(shè)計值，就認為抗浮設(shè)計滿足要求。既不分析其上部建筑荷載的分布，又未計算局部抗浮，局部范圍因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)大面積破壞。再如，在地下室底板計算中只驗算強度不進行變形的裂縫寬度的計算，造成底板產(chǎn)生裂縫，漏水嚴重，形成“地下游泳池”。
更值得一提的是，有些設(shè)計人員和施工人員對地表水作用認識不足，當?shù)叵率业鼗鶠椴煌杆膸r土層、支護又嚴密的基坑，一般認為不存在水的浮力，因此造成施工期間或使用期間地下室上浮破壞的盲點，一旦暴雨來臨，地面的地表水全流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)，即基坑為“大腳盆”，地下室成為“小腳盆”。施工期間一旦未及時采取降水措施就會將“小腳盆”浮起，使用期間若不將四周的回填土采用粘性土分層夯實形成止水層，也同樣會產(chǎn)生“腳盆”效應(yīng)。
另外，有些設(shè)計人員和施工人員忽視施工對地下室抗浮的重要性，設(shè)計圖紙對施工時抗浮措施的要求只字不提，施工人員在施工過程中不關(guān)注降水，沒有采取降水措施或在抗浮結(jié)構(gòu)未達到設(shè)計預(yù)定目標時就停止了降水，導(dǎo)致在施工期間產(chǎn)生地下室整體上浮事件時有發(fā)生，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因除經(jīng)驗外，主要是對我國現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范、規(guī)定不了解。例如《地下室防水技術(shù)規(guī)范》在第10章中明確規(guī)定了，“明挖法地下室防水施工時，地下水位應(yīng)降至工程底部最低高程500mm以下，降水作用應(yīng)持續(xù)至回填完畢”；建設(shè)部《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》的第4.4.3條第8款中，規(guī)定了“地下室抗浮（防水）設(shè)計水位及抗浮措施，施工期間的降水要求及終止降水的條件等”應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計說明中明示；這些規(guī)定是經(jīng)驗的總結(jié)，我們應(yīng)該嚴格按照相關(guān)規(guī)定做好地下室的抗浮設(shè)計和抗浮施工。
只要工程地下室基礎(chǔ)底板標高低于該場地地下室抗浮水位標高, 設(shè)計時應(yīng)考慮地下室的抗浮問題。我們通常采用兩種做法來防止地下室整體上浮，一種為“壓”，一種為“拉”。 當采用“壓”的做法時，利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)及建筑裝修、上部覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力，當不能平衡時，必須增加“拉”的做法，即采用樁或錨桿等來抵抗地下水的浮力。無論是“壓”還是“拉”的做法，都必須進行整體抗浮驗算，保證抗浮力（壓重+抗拉力）大于水的總浮力。
對于大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑，建筑自重不均勻，當上部為高層或恒荷載較大時，該范圍的整體抗浮能力可能較高，但上部沒有建筑或建筑層數(shù)不多的局部范圍，特別應(yīng)進行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗算，例如：柱、樁、墻的壓力或拉力能否平衡它所影響區(qū)域里的水浮力總值。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員除了要進行梁板墻柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度驗算、變形驗算和裂縫驗算，還應(yīng)進行地下室局部的抗浮驗算。
二、工程實例
1、工程概況
某工程地下室一層, 上部由主樓( 17 層) , 附屬樓( 4 層) 等兩個單體組成, 主樓為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu), 附屬樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為六度, 場地類別為Ⅱ類, 設(shè)計基本地震加速度值為0. 05g , 設(shè)計地震分組為第一組。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級, 基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土沖鉆孔灌注樁。地下室底板結(jié)構(gòu)平面布置( 見圖1) , 地下室剖面簡圖( 見圖2) 。
圖1地下室底板結(jié)構(gòu)平面簡圖
圖2地下室剖面簡圖
2、抗浮設(shè)計地下水位標高
確定用于計算地下室水浮力的設(shè)計水位, 當有長期水位觀測資料時, 場地抗浮設(shè)防水位可采用實測最高水位; 無長期水位觀測資料或資料缺乏時, 按勘察期間實測最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定, 由地質(zhì)勘察部門提供, 具體體現(xiàn)在巖土工程勘察報告中。只要工程地下室基礎(chǔ)底板標高低于該場地地下室抗浮水位標高, 設(shè)計時應(yīng)考慮地下室的抗浮問題。若地下室自重小于地下水浮力作用, 應(yīng)設(shè)置抗浮錨桿或抗浮樁。
3、抗浮樁的布置
本工程5 軸~ 8 軸間為純地下室, 兩端上部分別有主樓和附樓, 因此兩端地下室部分建筑物自重較大, 足以抵抗地下水浮力, 在使用期內(nèi)靠自重抗浮是沒有問題的。而對于純地下室部分, 建筑物自重較小, 靠自重抵抗地下水浮力不能滿足抗浮要求, 所以該工程僅在5 軸~ 8 軸間的純地下室部分考慮布置抗浮樁。抗浮樁的布置與抗壓樁的布置一樣要做到結(jié)構(gòu)設(shè)計最省, 就要做到力的傳遞路線最短。常見布樁大致有三種形式: A、柱下承臺布樁, B、柱下地梁上布樁, C、板內(nèi)布樁。本工程按板內(nèi)均勻布樁, 并在樁位上設(shè)置承臺與地梁( 如圖1) 。這樣在水浮力作用下傳力比較直接均勻, 且在抗浮樁滿足抗浮承載力要求的情況下, 樁與承臺可作為地梁的支座, 使得地梁跨度大大減少, 同時地下室底板的跨度也會相應(yīng)減少, 減少了用鋼量, 節(jié)省了造價。
4、抗浮樁的驗算
抗浮計算無統(tǒng)一的計算公式, 各設(shè)計者采用各自的計算公式。該工程筆者抗浮計算按下式:
G+ nR a > 1.1F w式中
G ―― 柱底傳來恒載標準值即建筑物自重包括覆土自重( 向下)
N――柱下抗浮樁的樁數(shù)
Ra――抗浮樁的單樁抗浮承載力特征值
Fw ――與柱對應(yīng)的受荷范圍內(nèi)地下水浮力標準值( 向上)
該公式中荷載標準值對應(yīng)于樁的特征值, 相當于基礎(chǔ)地耐力計算式, 概念較為明確, 且在驗算建筑物的抗浮能力時不應(yīng)考慮建筑物上的活荷載。水浮力標準值F w = H w×10× A,H w 為水頭高度, 即抗浮設(shè)計水位與地下室底板底之間的高度,A 為水浮力的作用面積。因地下室抗浮是一個十分重要的問題, 若考慮不當將會帶來嚴重的后果, 且補救較為困難, 所以抗浮驗算時安全系數(shù)取1.1。另外在設(shè)計中有許多對抗浮有利的因素在公式計算中無法體現(xiàn), 且均未予以考慮，如粘性土的阻水作用, 地下室側(cè)壁的側(cè)阻作用, 底板與土壤的粘結(jié)力和吸力均未記入, 上部建筑物及地下室的整體剛度很大, 上部建筑物的壓重在地下室部分的擴散作用均未考慮, 這些有利因素均可作為安全儲備。
該工程樁基抗浮驗算時分兩種情況, 一種為柱下抗浮樁,另一種為非柱下抗浮樁。對于柱下抗浮樁( 取6 軸交F 軸處柱下樁計算) 建筑物自重及覆土自重的標準值G= 1755kN, 而該處承受的向上的水浮力標準值Fw = 1037kN, G > 1.1 Fw , 說明在有柱子的情況下, 建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多, 足以滿足抗浮要求而無需抗浮樁。因此, 對于柱下樁可不考慮抗浮要求, 僅需滿足豎向抗壓承載力就可以了。對于非柱下抗浮樁( 取6 軸~ 7 軸交F 軸~ G 軸中間處非柱下樁計算) , 由于其承受的建筑物自重較小, G= 489kN, Fw =1037kN, G< 1.1Fw 。因此, 非柱下樁必須考慮抗浮要求。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告提供的數(shù)據(jù)及土層情況, 經(jīng)計算確定該工程抗浮樁的單樁豎向抗浮承載力特征值Ra= 680kN, 因此,根據(jù)上述抗浮計算公式G + nRa > 1.1Fw, 489kN+ 680kN= 1169kN> 1.1×1037kN, 滿足抗浮要求。
參考文獻：
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[2] 魏坤,戴西行,楊勇.地下室抗浮錨桿布置方式設(shè)計探討[J]. 山西建筑. 2011(08)
抗浮設(shè)計范文3
【關(guān)鍵詞】 府河路苑 地下結(jié)構(gòu) 抗浮錨桿
Abstract: this paper take The Fuhe Rode , 9#Building subsidiary of the basement podium for instance, for its characteristics of foundation as an independent base + waterproof board, do the anti-floating bolt design similar to ground anchor design method.
Key words: House River Road Court; underground structures; anti-floating anchor
一、引言及工程概況
“府河•路苑”工程聚住宅、商業(yè)用房、幼兒園于一體，其中9號樓周邊為二層地下室，總面積3287，主體面積1086，周邊需進行抗浮錨桿設(shè)計地下室面積約2200。±0. 00 為絕對海拔高度508.63m ,抗浮地下水位為絕對海拔高度506.63 m ,基坑計算深度為10. 0m。由于基礎(chǔ)為獨基＋抗水板, 結(jié)構(gòu)專業(yè)在確定抗浮方案時，經(jīng)常選擇抗浮錨桿做為抵消地下水浮力的方案，而不是抗浮樁方案，因為選擇抗浮錨桿方案造價相對便宜，施工也方便。因此采用抗浮錨桿進行抗浮設(shè)計是最為合適的。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告提供的斷層剖面,與地下室抗浮設(shè)計有關(guān)的土層及相關(guān)指標如下:
③稍密卵石層:土層與錨桿的摩阻力qsk =90 kPa , ④中密卵石層: qsk = 110 kPa ,⑤密實卵石層: qsk = 130 kPa。
二、設(shè)計理論
1.浮力的計算
理論上以基底的孔隙水壓力作為抗浮水位標高是科學的,因為基底的孔隙水壓力與水位高低有關(guān),還與水在土體中的連通與滲透條件有關(guān);而且真正處于靜止狀態(tài)的地下水是很少的,水在土體中多表現(xiàn)為流動狀態(tài)。但是為了簡化計算,還是采用長期穩(wěn)定水位或?qū)崪y穩(wěn)定最高水位進行抗浮設(shè)計,浮力還是按照靜力計算,計算如式(1) 所示:
F浮= PA =ρg hA(1)
式中:ρ為水密度; g 為重力加速度; h 為計算深度,即地下水位到基底的高度; A 為基底面積。
2.單錨極限承載力及錨桿根數(shù)確定
(1) 單根錨桿抗拔極限承載力標準值Uk
Uk = Σλiqsik ui l i(2)
式中:λi 為摩阻力折減系數(shù); qsik 為第i 土層與錨桿的摩阻力; ui 為錨桿橫截面周長; li 為錨桿進入第i 土層的深度。
(2) 錨桿自身抗拉強度極限值Uq
錨桿采用二次注漿工藝,近似認為水泥漿和鋼筋結(jié)合為一個整體,且以鋼筋的屈服作為整個材料的破壞標準。因此錨桿自身抗拉強度極限值為:
Uq = f yA s (3)
式中: f y 為鋼筋抗拉強度; As 為錨桿的橫截面積。
(3) 確定單根錨桿抗拔承載力設(shè)計值N
N = min (Uk /γk ,γqUq) (4)
式中:γk 為抗力分項系數(shù);γq 為永久性錨筋抗拉工作條件系數(shù)。
(4) 確定錨桿數(shù)量n
nN +γg S g ≥ F浮 (5)
式中: n 為錨桿根數(shù); S g 為上部結(jié)構(gòu)自重;γg 為荷載分項系數(shù),當對結(jié)構(gòu)有利時取0. 9 。
三、設(shè)計與計算
1.抗浮設(shè)計
兩層地下室，水頭高度7.8 m，地下室部分結(jié)構(gòu)主體自重52 kN/m2，錨桿間距2 m x 2m。則水浮力標準值為9.8 ×7.4－52=24.44 kN/m2，設(shè)計值為1.2 × 9.8 ×7.8－52=39.7 kN/m2 (水位常年變化幅度不大)。錨桿錨同土(巖)層為強風化泥巖層。
(1) 錨桿數(shù)量確定
根據(jù)建設(shè)單位提供的各柱抗浮自重與浮力,對于豎向抗浮自重小于浮力的柱及其基礎(chǔ),采用抗浮錨桿進行設(shè)計。采用的錨桿成孔直徑150 mm ,鋼筋采用HRB335 ,直徑為22 mm ,暫定長度為6.3m ,錨固長度la ≥34 d = 34 ×32 = 1088 mm ,取la = 1. 2 m ,則錨桿計算長度為6.3 - 1. 2 - 0. 1 = 5 m。本文按地勘資料(最不利情況) 進行設(shè)計,錨桿進入土層深度如表1 。
表1 錨桿進入土層深度
土層 進入土層深度m
稍密卵石層 1.3(除去無效長度0.5，取0.8)
中密卵石層 3.5
密實卵石層 10
由式(2) 得單根錨桿抗拔極限承載力標準值:
Uk = Σλiqsik ui l i = πd Σqsik l i= 0. 15 ×π×(90×0.8 + 110×3.5 +130×0.7)= 0. 471 ×548 = 258 kN
由式(3) 得錨桿自身抗拉強度極限值:
Uq = f yA s = 300×(π/ 4) ×222×3 /1000= 342 kN
由式(4) 得到單根錨桿抗拔承載力設(shè)計值:
N = min (Uk /γk ,γqUq)= min (252/ 1.43 , 0. 69 ×342) = 180 kN
所以錨桿根數(shù)
n =（F浮－γg S g）/N=39.7×22000/180=489根
(2)錨固長度及配筋計算
《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》CECS22：2005
La>(kNt)/(πφDfmg) (7.5.1-1)
式中：K=2.2，Nt=180KN，D=150mm，fmg=200kpa，φ=1.3
則La>（2.2×180）/（π×0.15×200×1.3）=3.2m
La>(kNt)/(nπφdξDfms)（7.5.1-2）
式中：K=2.2，d=22mm，ξ=0.75，fms=2000kpa，φ=1.3
La>(2.2×234)/(3×π×0.022×0.75×2000×1.3)=1.3m
La> max（3.2,1.3）=3.2m滿足實際長度
As（KtNt）/fyk（7.4.1）
式中：Kt=1.6，Nt=180KN，fyk=335kpa
As（180×1000×1.6）/335=8602 ＜1140 滿足實際配筋
四、施工要求
(1) 錨桿桿體采用直徑22 mm 的二級鋼并進行防腐處理(除銹、刷瀝青船底漆) ;定位器采用Φ6. 5鋼筋焊接制作,定位器間距不宜大于2000 mm。
(2) 注漿材料為P. O42. 5R 普通硅酸鹽水泥,水灰比為0. 4～0. 5 ,28 d 無側(cè)限抗壓強度不得小于30MPa 。二次注漿采用高壓,注漿壓力為2. 0 MPa ,注漿管應(yīng)隨鋼筋一同放入錨孔,其頭部距孔底30 cm ,水泥用量不得少于80 kg/ m。
(3) 錨桿試驗與檢測:錨桿施工前,進行3 根錨桿的工藝檢測及抗拔試驗,其最大試驗抗拔力為340kN 。錨桿施工結(jié)束后,應(yīng)進行抗拔力試驗檢測,檢測數(shù)量不宜少于錨桿總數(shù)的6 % ,且不宜少于6 根。
五、結(jié)論
(1) 施工前后對錨桿進行試驗與檢測,最大抗拔力均超過340kN ,證明采用的假設(shè)條件及設(shè)計計算方法是可行的,為類似的工程設(shè)計提供了參考經(jīng)驗。而且由于抗浮錨桿造價低廉、施工方便,可以廣泛地應(yīng)用于地下工程的抗浮設(shè)計。
(2) 采用錨桿進行抗浮，其方法較簡單，經(jīng)濟性較高，但沒有專門的計算規(guī)范和公式。建議有關(guān)部門抓緊制定抗浮錨桿設(shè)計及施工的規(guī)范，以指導(dǎo)目前越來越廣泛的抗浮錨桿的設(shè)計、施工及檢測。
參考文獻
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抗浮設(shè)計范文4
關(guān)鍵詞：地下水池；抗浮設(shè)計；處理措施
1 水池的抗浮驗算
1.1 池頂荷載
池頂荷載包括恒荷載或活荷載，恒荷載為覆土重、防水層重和結(jié)構(gòu)自重。整體式水池的防水層僅用冷底子油打底，然后刷一層熱瀝青，其重量可略去不計。池頂覆土的作用是保溫和抗浮。活荷載考慮的因素是上人、堆料及車載。
1.2 池底荷載
池底所受的荷載有池底結(jié)構(gòu)自重及地下水向上的反作用力。
1.3 水池的抗浮計算
地下水池產(chǎn)生的上浮現(xiàn)象的原因是結(jié)構(gòu)體的重量和地下水池側(cè)壁摩擦力之和小于水浮力所引起。地下結(jié)構(gòu)所受的地下水浮力，為作用在基礎(chǔ)板上的靜水壓強與底板面積的乘積，即水浮力：
P=pxA (1)
式中P――基底所受的水浮力；
p――作用在底板上的靜水壓強；
A――底板面積。基底靜水壓強p一般按以下式確定；P=Yw×H(2)
式中Yw――水的密度；
H――抗浮設(shè)計水頭值。
1.4 水池的總體抗浮按下式計算：
(水池總自重+池頂覆土重)/總浮力≥1.25
總浮力=F底×(Hw+h1)Yw
式中F底――水池底面積，必須算至最外周邊
Hw――地下水位至底板面層的厚度；
h――底板厚度；
Yw――水的密度，取lOkN/m3。
由以上代入可得，抗浮穩(wěn)定性驗算式為：
W/(Yw×H×F底)≥1.25
(3)
式中：W――基底以上全部凈荷載，KN；
F底――水池底面積，m2；
H――抗浮設(shè)計水頭值，m；
Yw――水的密度，取lOkN/m3；
上式只適用于平底水池。
2 滿足抗浮要求的措施
地下結(jié)構(gòu)抗浮方法很多，其中運用較多的技術(shù)措施有：增加自重法即壓載抗浮、降排截水法和抗浮錨樁等。當整體抗浮不能滿足時，均應(yīng)采取相應(yīng)抗浮措施。
(1)封閉水池可用增大覆土厚度的辦法來解決；
(2)開敞式水池的整體抗浮不能滿足時，可將底板挑出池壁以外，在上面壓土或塊石以增大抗浮力(這種方法同樣適用于封閉水池)，此時底板應(yīng)以浮力作為均布荷載進行強度及抗裂計算；
(3)在地形受到限制而不能用上述兩種方法時，可采用錨樁抗浮。
3 頂蓋厚度的確定
水池的頂蓋一般均有覆土，由于長期承受大荷載作用，鋼筋保護層厚度大，則單向板厚宜大于或等于L/25且≥90mm。
4 工程實例
某封閉式400t地下水池，用于住宅樓供水，其上覆土400mm，矩形結(jié)構(gòu)，長×寬×高=17.2m×6.1m×5.9m，池底為風化巖層(砂巖)，池四邊附近均建有構(gòu)筑物，地勢極低，地下水位很高(幾乎與地面持平)，因此抗浮是設(shè)計的重要內(nèi)容。
4.1 池頂荷載
頂板重力8.05kN/m2，覆土重力7.2kN/m2，活載(考慮消防車)10kN/m2，則q頂=25.25kN/m2。
4.2 池底荷載：
q底=q頁+池壁重/底板面積=51.63(kn/m2
4.3 水池的抗浮驗算
水池的整體抗浮：
水池的總自重荷載=5065 kN；
池頂覆土荷載=755.6 kN；
總浮力=6610 kN；
抗浮力=水池總自重荷載+池頂覆土荷載=5820.6kN
抗浮力/總浮力=O.88
計算結(jié)果表明，不滿足抗浮要求。根據(jù)現(xiàn)有場地情況，底板不能外挑以增大抗浮力，埋深也不可能加大，而覆土亦無法增加，于是考慮底板下設(shè)錨樁基礎(chǔ)以增加抗浮力，錨樁需進入風化巖中。底板所受浮力設(shè)計值為73.5 kN/m2。
錨樁布置如圖1所示，單根錨樁所受拔力設(shè)計值為po=111.35 kN。
設(shè)錨樁直徑D=90mm，用M30水泥砂漿。根據(jù)規(guī)范，水泥砂漿與風化巖間粘結(jié)強度設(shè)計值為f=450kPa，則錨樁須進入風化巖的最小深度為：L=pO/(πDf)=0.88m。
錨樁配筋計算：
Ag=Po/fy=111.35X103/310=360mm2。
最后確定，錨樁為1φ22，長1030mm(圖2)
5 管道敷設(shè)的處理
5.1 水池底管道的敷設(shè)處理
本工程水池下管道敷設(shè)，即在地下泥床上開挖一條基槽，進行拋砂、土工布等基礎(chǔ)處理后，再將管道經(jīng)過沉放至水下基槽，在管道胸腔以下拋砂，管道胸腔以上填砂、石袋并進行理坡處理等，完成水池下管道敷設(shè)。一般的水池下連接上面的管道有數(shù)倍于水下管道的長度。在管道運行時，大量上面管道內(nèi)的空氣因溢氣閥來不及排氣而被壓送至水池下管段，在水池下的管段較容易積累大量氣泡而形成空管。
根據(jù)以上情況，水池下管道全部在水下，當管道存在空管或局部空管時，造成管道浮力大干管道自重而引起上浮。其計算公式如下：
F＝π R2ρ-2(R-δ/2)δρ2
式中：F――每米管道浮力(T/m)；
R――管道外半徑(m)；
p――水的密度，―般取1×103kg/m3；
δ――管道壁厚，水下鋼管道一般取δ=Dn×1％+1～2mm(Dn為管道公稱直徑)；
ρ2――管道材質(zhì)密度，鋼管一般取7.8×103Kg/m3。
水池下管道上浮造成管道折斷或整體上浮的事故不斷，管道抗浮措施一般分為：(1)主動抗浮，就是控制空氣被壓送至水下管道，盡量避免形成水池下管道空管現(xiàn)象，從根本上解決水池下管道上浮問題。其措施主要有設(shè)置高位井、排氣管、閥門控制排氣管等。(2)被動抗浮：在可能造成空管后，管道在上浮時增加向下的拉力，從而避免管道上浮。其措施主要有設(shè)置抗浮樁、鋼砼壓塊、壓翼結(jié)構(gòu)、配重等
本工程采用閥門控制排氣管，外加設(shè)計抗浮樁等措施進行池下水管抗浮處理。
5.2 水池上管道敷設(shè)的處理措施；
5.2.1 管道埋設(shè)時管溝寬度一般為管外徑加0.5m，深度應(yīng)依據(jù)冰凍深度，外部荷載等因素綜合確實，在一般情況下，人行道為0.9m；住宅基道為0.6m，埋深且應(yīng)在冰凍線以下0.2m。
管道可直接敷設(shè)在未經(jīng)擾動的原土地基上，但如地基為巖石、礫石時，必須在地基上鋪設(shè)厚度為0.15-0.2m的土或砂作為墊層并夯實。隨著管道的敷設(shè)，管道兩肋及頂部宜用符合要求的砂土分多次回填搗實，但接口前后0.2m范圍內(nèi)不得回填，以便試壓觀察。
管道試壓前，管頂以上回填土厚度應(yīng)小于0.5m，以防試壓時產(chǎn)生推移，當試壓合格后，方可進行大面積回填土并夯實，見圖3。
5.2.2 管道接頭之混凝土防護
當有壓水沿著管道流入彎頭，三通和管道末端塞頭或法蘭盲板時，會產(chǎn)生向外的沖力，故在這些部位必須提供固定支座，以防移動，參見圖4、圖5。
(1)水壓在彎頭處產(chǎn)生的推力W=2P?π/4?d2?sin(Ф/2)
式中：W――為推力(kg)；
P――水壓(kg/cm2)；
d――管內(nèi)徑(cm)；
φ――彎頭彎曲角度(°)。
(2)水壓在三通接頭或末端塞頭產(chǎn)生的推力
W=P?π/4?d2式中：W――為推力(kg)；
P――水壓(kg/cm2)；
d――管內(nèi)徑(cm)。
(3)管道上閥門的混凝土鞏固防護
為了防止因開啟、關(guān)閉操作時發(fā)生扭曲或因自身重量而發(fā)生下陷，對口徑大于110mm閥門需以混凝土來鞏固防護。
抗浮設(shè)計范文5
0 引言
地下軌道交通是一座城市現(xiàn)代化的標志，也是解決日益緊張的城市交通狀況最理想的交通方式。地鐵出入口作為進出地下車站的通道，為市民提供乘車便利及緊急情況下的疏散可能，其結(jié)構(gòu)安全性是不言而喻的。地下結(jié)構(gòu)所處地層有地下水時，結(jié)構(gòu)設(shè)計計算要求計及地下水壓力及其產(chǎn)生的浮力影響。地鐵出入口結(jié)構(gòu)的抗浮驗算通常是采用整體抗浮設(shè)計的理念進行設(shè)計，即覆土壓重與自重之和大于結(jié)構(gòu)所受最大浮力。一般情況下，出入口頂板在平坡段因覆土較厚，結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空較小，斷面抗浮安全系數(shù)較大；但在出入口出地面U形槽范圍，因覆土淺，壓重小，斷面抗浮安全系數(shù)不足，造成出入口各部位抗浮力不均衡，存在U形槽段繞平坡段旋轉(zhuǎn)的趨勢。
1 工程概況
無錫某地鐵車站位于兩條城市主干道路口正下方，為地上二層10m島式車站，單柱雙跨箱型結(jié)構(gòu)，車站設(shè)4個出入口、2組風亭。四個出入口分別設(shè)置在交叉路口4個象限。本文以3號出入口為研究對象，根據(jù)3號出入口工程特點、地質(zhì)條件、環(huán)境保護要求，該出入口均采用明挖法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁加內(nèi)支撐形式。
3號出入口位于車站東南角，為戰(zhàn)時人員出入口，標準段覆土厚度4.35m，斜坡段覆土厚度0.36~4.35m，出入口頂板結(jié)構(gòu)圖如圖1，出入口爬坡段縱剖面如圖2，標準段斷面尺寸如圖3、4。
2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)
2.1 工程地質(zhì)概況
出入口從上至下地層分別為：①2層雜填土、③1層粘土、③2層粉質(zhì)粘土夾粉土、③3層粉土夾粉質(zhì)粘土、④層粉砂、⑥1-1層粉質(zhì)粘土、⑥1層粘土、⑥2-1層粉質(zhì)粘土夾粉土、⑥2層粉質(zhì)粘土
各土層主要物理力學指標綜合建議值
層號 重度 基床系數(shù)K
(Mpa/m) 側(cè)壓力系數(shù)
γ(kN/m3) 垂直 水平 K0
③1 20.1 25 45 0.37
③2 19.3 20 25 0.45
③3 19.4 18 25 0.44
④ 19.6 25 32 0.4
⑥1-1 20.4 35 45 0.38
⑥1 20.4 48 60 0.36
⑥2-1 19.7 25 30 0.45
⑥2 19.7 39 45 0.4
出入口標準段結(jié)構(gòu)底板座落在③3層粉土夾粉質(zhì)粘土。
2.2 地形地貌及水文地質(zhì)條件
出入口所在場地地形平坦，地貌單元屬長江三角洲沖積平原。
根據(jù)場地地形、標高、場地地下水的類型、變化幅度、補給排泄、根據(jù)設(shè)計提供資料及無錫市氣象水文資料等因素綜合考慮，建議本工程場地車站結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計水位按規(guī)劃地表以下0.5m考慮。
3 斷面抗浮驗算
3.1 地鐵車站抗浮驗算原則
根據(jù)當?shù)氐罔F技術(shù)要求及相關(guān)規(guī)范要求：軌道交通結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)地下水位的抗浮設(shè)防水位進行結(jié)構(gòu)抗浮驗算，不滿足抗浮要求時須采取抗浮措施。
結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)按最不利地下水位情況進行抗浮穩(wěn)定驗算，在不考慮側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.05，當計及側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.15。
3.2 人防段斷面抗浮計算
項目 荷載
名稱 寬度m 長度
m 厚度
m 重度
kN/m3 荷載KN
抗浮力 覆土
自重 7.20 1.00 4.35 19.00 595.08
頂板
自重 7.20 1.00 0.60 25.00 108.00
底板
面層 6.00 1.00 0.15 22.00 19.80
底板 7.20 1.00 0.60 25.00 108.0
側(cè)墻 3.65 1.00 0.60 25.00 54.75
總計：土重+內(nèi)襯結(jié)構(gòu)自重 886
水浮力 7.2 1 8.72 10 628
抗浮安全系數(shù)：抗浮力/水浮力 1.41
結(jié)論：抗浮安全系數(shù)大于1.05，滿足抗浮設(shè)計要求
3.3 標準段斷面抗浮計算
項目 荷載
名稱 寬度
m 長度
m 厚度
m 重度
kN/m3 荷載值KN
抗浮力 覆土
自重 5.70 1 4.35 19.00 471.11
頂板
自重 5.70 1.00 0.60 25.00 85.50
底板
面層 4.50 1.00 0.15 22.00 14.85
底板 5.70 1.00 0.60 25.00 85.50
側(cè)墻 3.65 1.00 0.60 25.00 54.75
總計：土重+內(nèi)襯結(jié)構(gòu)自重 711.71
水浮力 5.7 1 8.72 10.00 497.04
抗浮安全系數(shù)：抗浮力/水浮力 1.43
結(jié)論：抗浮安全系數(shù)大于1.05，滿足抗浮設(shè)計要求
3.4 U形槽斷面抗浮計算
項
目 荷載
名稱 寬度
m 長度
m 厚度
m 重度
kN/m3 荷載KN
抗浮力 覆土
自重 5.70 1.00 0.00 19.00 0.00
頂板
自重 5.70 1.00 0.00 25.00 0.00
底板
面層 4.50 1.00 0.00 22.00 0.00
底板 5.70 1.00 0.60 25.00 85.50
側(cè)墻 5.90 1.00 0.60 25.00 177.06
總計：土重+內(nèi)襯結(jié)構(gòu)自重 262.56
水浮力 水浮力 5.7 1 6.5 10.00 370.50
抗浮安全系數(shù)：抗浮力/水浮力 0.71
結(jié)論：抗浮安全系數(shù)小于1.05，不滿足抗浮設(shè)計要求
經(jīng)以上斷面分析驗算，斷面抗浮不完全滿足抗浮設(shè)計要求,平坡段抗浮有余，U形槽段抗浮不足。
4 三維模型抗浮驗算
根據(jù)本出入口施工圖尺寸建立三維板單元模型進行整體抗浮設(shè)計驗算，模型如下：
根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，假定車站位于出入口接口部位位移為零，出入口板、墻與車站接口以“只受壓連接”連接。采用只受壓面彈簧模擬出入口結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻與巖土之間相互作用。為簡化模型，統(tǒng)一取底板、側(cè)墻受壓面彈簧剛度為K=25Mpa，分析出入口結(jié)構(gòu)整體模型在水壓力、土壓力、結(jié)構(gòu)自重、底板面層自重作用下，分析結(jié)果如下：
UX位移云圖(單位：mm)
UY位移云圖(單位：mm)
UZ位移云圖(單位：mm)
水浮力工況下的結(jié)構(gòu)變形值統(tǒng)計如下表：
位移方向 位移最大值 變形部位
UX（mm） +2.10 敞口段頂部周邊
UY（mm） +0.84 下坡段側(cè)墻中部
UZ（mm） -5.92 平坡段轉(zhuǎn)角部位頂板中部
由上表可知，水浮力工況下出入口結(jié)構(gòu)位移幅值中，豎向位移最為主要。
此外，以U形槽頂部位移為研究對象，查詢模型計算結(jié)果可知，U形槽頂部豎向位移-0.3~-3.6mm，頂部水平X方向位移約為+2mm。由此可知U形槽段均存在整體沉降位移，滿足整體抗浮驗算要求；U形槽頂部整體有+X方向位移，經(jīng)力學分析可知，此現(xiàn)象是出入口U形槽段底板水浮力對出入口平坡段的力及力矩作用使然。以上數(shù)據(jù)趨勢均與實際情況比較吻合。
5 結(jié)論
斷面驗算出入口抗浮能力通常出現(xiàn)兩種情況，平坡段斷面抗浮有余，U形槽段斷面抗浮不足，在實際地鐵設(shè)計工作中往往根據(jù)經(jīng)驗，僅僅通過平坡段斷面抗浮驗算來衡量整體出入口抗浮能力，而忽略考慮抗浮不足范圍。經(jīng)出入口三維整體抗浮計算驗證了水浮力工況下結(jié)構(gòu)的抗浮能力滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求，U形槽段抗浮能力不足由出入口平坡段富余的抗浮能力補充。
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抗浮設(shè)計范文6
關(guān)鍵詞:地下工程；地質(zhì)條件；抗浮設(shè)計；優(yōu)化工作
中圖分類號：F407.1 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著國民經(jīng)濟建設(shè)步伐的加快，城市建筑行業(yè)得到蓬勃的發(fā)展，許多建筑工程開始對地下空間進行開發(fā)及利用，這對地下工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全也提出了更好的要求。我國沿海地區(qū)地下水文普遍較高，地下水浮力較大，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗浮樁由于自身具有一定的缺陷，已無法滿足當前地下工程建設(shè)的需要，若建設(shè)單位不進行抗浮優(yōu)化設(shè)計，很可能會出現(xiàn)地下室上浮、地下結(jié)構(gòu)被破壞等情況。而將鋼筋混凝土支護樁作為抗浮樁具有成本低、抗浮承載力高、施工工期短等優(yōu)點，能夠較好彌補傳統(tǒng)抗浮樁的不足之處，并降低工程基坑開挖和支護結(jié)構(gòu)的風險及難度，目前在城市地下工程中得到廣泛的應(yīng)用及推廣。本文通過探討地下工程抗浮優(yōu)化設(shè)計研究工作，希望為類似工程設(shè)計研究工作提供借鑒依據(jù)。
1工程概況
某地下人防工程位于該市中心某商業(yè)繁華地段，按照平-戰(zhàn)結(jié)合原則設(shè)計，地面為車輛交通道路，地下人防平時用作步行商業(yè)街。
該工程的結(jié)構(gòu)類型為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板、柱、墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，下沉式廣場為樁筏基礎(chǔ);工程類型為甲類人防地下室工程(掘開式)，抗力系數(shù)為6，防核武器抗力級別為6、7，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。支護樁采用鉆孔灌注樁，沿基坑周邊布置，樁徑d為900mm，樁長為12～16.5m，樁中心距s為1400mm，所用混凝土強度為C30。基坑內(nèi)支撐采用平面鋼桁架，支護樁樁頂冠梁兼作圍囹。基坑四周樁間土用三重管高壓旋噴樁豎向加固，與鉆孔灌注樁聯(lián)合作業(yè)，形成止水帷幕。基坑開挖時采用對地表水和上層滯水設(shè)置排水溝和集水井的方法進行明排，下部砂層承壓層采用管井群疏降水。
2場區(qū)水文地質(zhì)條件
該工程場區(qū)的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。場區(qū)域自中更新世末期至晚更新世中期堆積了近百米厚的砂卵(礫)石層，勘探深度內(nèi)的卵石層屬其上部，地層層位為上更新統(tǒng)洪積、沖積層，之上為全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、沙層。
場區(qū)孔隙潛水動態(tài)變化受大氣降水影響明顯，枯水期水位埋深0.5～1.5m，豐水期水位與地面平齊，勘探期間測得水位埋深0.55～1.12m。孔隙承壓水水位呈水文型自然動態(tài)變化，即隨江河水位變化而變化，態(tài)勢明顯，如圖1所示。全年中，1、2、3、11、12月份為孔隙承壓水的枯水期，勘探期間測得地下水位埋深1.85～2.05m，7、8月份為地下水豐水期，其他為地下水平水期。
圖1地下水位和江河水位動態(tài)曲線圖
3原設(shè)計抗浮驗算及分析
原設(shè)計考慮到地下結(jié)構(gòu)自重作用下抗浮穩(wěn)定性不足，采取了如下措施:①街道下采用增加抗浮混凝土配重墊層(厚1400mm)，如圖3所示;②沉入式廣場采用有擴大頭的鋼筋混凝土灌注樁(直徑為800mm)作為抗拔樁。
根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式:
Kw=Gk/Nw，k (1)
式中:Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù);Gk為底板單位面積抗浮力，即建筑物自重及壓重之和，kN;Nw，k為浮力作用值，kN。
抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw一般情況下可取1.05，考慮本工程的工程線路較長、水文地質(zhì)情況較為復(fù)雜，Kw按1.10設(shè)計。
根據(jù)“安全、經(jīng)濟、合理、科學”的設(shè)計原則，單位面積板底浮力作用值w，k為
w，k=γw(h1+h2)(2)
式中: w，k為單位面積底板浮力作用值，kN/m2;γw為地下水的重度，γw=10kN/m3;h1為地下結(jié)構(gòu)的高度，m;h2為最大動水位離地下結(jié)構(gòu)頂面的距離，m。
由圖2中可知，原設(shè)計中地下結(jié)構(gòu)頂面標高±0.000，相當于絕對標高30.000m。根據(jù)地下水位動態(tài)曲線分布規(guī)律(見圖1)，取抗浮承壓水水位絕對標高為32.00m，則h2=2m，由圖2所示，h1=4.9+1.4+0.5=6.8m，故w，k=10×(6.8+2.0)=88kN/m2。
圖2原設(shè)計方案
以街道下23m寬(3跨區(qū))區(qū)域為例進行驗算，底板單位面積抗浮力在計算上覆土及路基路面、混凝土頂板、底板、抗浮混凝土配重墊層、柱(柱帽)、墻、基礎(chǔ)底板自重及壓重并考慮外挑影響后為92.64kN/m2。
按公式(1)計算可得Kw=Gk/Nw，k=92.64/88=1.05，不滿足設(shè)計中抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.1的要求，可見原設(shè)計中23m寬(3跨度)區(qū)域抗浮承載力(未考慮活荷載抗浮)略有差欠。
進一步對其他位置進行分析可知，39m寬(5跨度)區(qū)域等更寬的位置，因為側(cè)墻、底板外挑作用的當量均布抗浮力計算值會減小，不能滿足抗浮設(shè)計要求;有樓梯的位置，因為上覆土、頂板等的抗浮力計算值大大減小，更不能滿足抗浮設(shè)計要求。
4抗浮優(yōu)化設(shè)計
4.1街道下主體結(jié)構(gòu)利用支護樁抗浮設(shè)計方案
為了提高原設(shè)計的抗浮承載能力，提出了街道下主體結(jié)構(gòu)抗浮優(yōu)化方案，如圖3所示。新方案與原方案相比，主要區(qū)別如下:
(1)利用支護樁參與街道下人防主體結(jié)構(gòu)的抗浮。
(2)減少原設(shè)計的室內(nèi)抗浮混凝土配重墊層厚度。
(3)盡可能地減小底板外挑長度，為基坑開挖施工提供方便。
圖3 利用支護樁抗浮方案
4.2優(yōu)化后方案抗浮驗算
利用支護樁作為抗浮樁時，單樁抗拔承載力除了考慮樁自重外，還應(yīng)考慮支護樁側(cè)旋噴混凝土等側(cè)阻的有利影響。由計算分析并經(jīng)抗拔承載力試驗確定本方案中抗拔承載力特征值按350kN計算。分別按混凝土配重墊層厚度減除0.7m和0.5m來計算，街道下主體結(jié)構(gòu)利用支護樁抗浮的驗算結(jié)果如表2所示。
根據(jù)表1計算可知，利用支護樁抗浮后，混凝土抗浮配重層減除一定厚度的方案是可行的，其中在23m寬(3跨度)區(qū)域，可減除0.7m厚混凝土抗浮配重墊層，減除后抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw為1.12，滿足設(shè)計要求;而在39m寬(5跨度)區(qū)域，宜將混凝土減除厚度控制在0.5m或采取在跨中增設(shè)抗浮樁等其他處理措施，減除配重層厚度0.5m后相應(yīng)的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw等于1.10，滿足設(shè)計要求。
表1利用支護樁抗浮驗算結(jié)果
4.3沉入式廣場抗浮樁樁型優(yōu)化
原設(shè)計中沉入式廣場抗浮樁采用有擴大頭的鋼筋混凝土灌注樁(直徑為800mm)，雖然其抗拔力學性能占優(yōu)，但存在當?shù)厥┕だщy、成本太高的問題。從成樁可能性、節(jié)約費用，尤其是施工時間等考慮，建議取消沉入式廣場抗浮樁的擴大頭，直接采用鋼筋混凝土灌注樁。
4.4新方案實施效果
優(yōu)化后的方案可減少室內(nèi)混凝土抗浮配重墊層厚度0.7m或0.5m，同時減小了基坑開挖深度，縮小基坑邊緣距離(沿街道縮進約1000mm)，在大大減少基坑開挖土方量的同時，也對周邊管網(wǎng)的保護和利用提供了極大的便利。新方案中提高了基坑降水水頭，減小了降水的風險和難度;沉入式廣場抗浮樁取消擴大頭，直接采用鋼筋混凝土灌注樁節(jié)約費用明顯，效果良好。據(jù)統(tǒng)計，以上各項合計節(jié)約工程總造價達1016.7萬元以上。由于本工程要求必須在枯水期和平水期間一次性連續(xù)開挖施工完成，因此，相對于工程造價，確保施工工期按時完成更為重要，實踐證明，優(yōu)化方案對縮短施工工期起到了非常好的作用。
5結(jié)語
綜上所述，地下工程抗浮設(shè)計是影響工程整體質(zhì)量安全的重要因素。因此，加權(quán)抗浮優(yōu)化設(shè)計的研究工作就顯得十分必要了。本工程通過利用廢棄的鋼筋混凝土支護樁作為抗浮樁，大大提高了地下工程主體結(jié)構(gòu)的抗浮承載力，同時減少了基坑開挖及抗浮工程的成本，降低了工程的施工難度，并取得了較好的經(jīng)濟效益。
參考文獻