地下室抗浮设计分析

地下室抗浮设计分析（精选7篇）

地下室抗浮设计分析 第1篇

1 地下室工程抗浮措施的选择

影响抗浮措施的因素:水文地质是影响抗浮措施选择的重要因素, 为了减少施工时的安全隐患, 保障工程的质量, 在施工过程中一定要仔细勘探施工场地的水文地质状况, 并根据实际情况选择合理的施工措施。一般情况下, 进行地下施工有以下三种办法:其一是配重法, 配重法指的是在地下室结构中进行回填处理, 增加结构整体的重量, 使得整个结构的重心下沉, 结构也将更加稳定。配重法是最常见的抗浮措施, 也是比较有效的抗浮措施, 但是配重法不能适应所有的施工环境, 具有一定的局限性。第二种和第三种方法分别是进行抗浮桩设计和抗浮锚杆设计, 这两种方法是对配重法的一种补充, 具有造价低, 操作简单的特点, 也很受广大施工者的欢迎。不足之处在于施工场地有限制, 而且抗浮效果不如回填处理的配重法。在不同的施工项目中, 建筑者应当根据实际情况运用不同的抗浮措施, 做到既节约成本, 又不影响工程进度, 取得最优的抗浮效果。

2 抗浮失效的原因分析

地下水是影响抗浮效果的重要因素, 当前我国的地下建筑工程偶尔会发生抗浮失效的问题, 工程施工的进度受到了不同程度的影响。除了地下水, 当地气候变化也是影响抗浮效果的一大因素, 在气候变化时, 整个建筑结构会受到物理因素的影响, 发生热胀冷缩等现象, 使得整个抗浮结构出现松动, 抗浮失效。下面简要分析一下这两个因素对抗浮效果的具体影响。

2.1 地下水的影响

地下水对抗浮结构有较大的破坏作用, 尤其是当施工工期过长时, 地下水对整个地下工程的破坏性会加大, 整个建筑结构的稳定性和安全性会大幅度降低, 抗浮失效。地下水对抗浮结构的破坏主要是在其成为承压水之后, 由于地下建筑结构周围的地基得到了很好的夯实, 地面土层坚硬平整, 周围的水只进不出, 使得地下水位不断升高, 地下水也就变成了承压水。这种高强度的分离措施在没有设置好防水边界时, 就像给整个建筑工程埋下了定时炸弹, 随时可以击垮整个建筑工程。在地下工程施工的过程中, 容易出现部分基础处于下伏层的现象, 这违背了抗浮原理, 进一步破坏抗浮的效果。

2.2 气候因素的影响

在特殊的施工环境内, 一些抗浮桩, 锚杆容易受到物理和化学等因素的影响渐渐松动, 导致整个建筑工程的抗浮效果减弱, 最终在外力等因素下彻底失效。

3 针对地下建筑抗浮失效而采取的措施

3.1 在施工前仔细勘探施工环境的水文地质状况

在施工之前要进行地质水文的勘探工作, 并且计算出详细的参数对现场状况进行分析。如果误把不良地下水当成普通的上层滞水, 就会仅仅考虑基坑排水, 忽略了地面沉降和周围基地止水的不良影响, 大量的地下水会渗入基坑当中, 破坏了地下岩土层的结构, 最终岩土层的裂缝会不断扩大, 甚至会导致岩内浆体外溢, 这时抗浮设计也将失去效用。

3.2 严格控制挖基坑的时间

如果挖基坑的时间超过了293天, 在进行浇筑等措施的时候, 工程进度也会受到较大影响, 工期后延, 会加重地下水对抗浮结构的破坏性, 时间久了抗浮效果也将不复存在。

4 地下室的抗浮设计

4.1 采用复合处理地基

复合处理地基指的是采用多种措施处理地基, 在材料, 施工技术方面综合进行选择和配合, 确保地基结构的优良性能。比较常用的办法是在主要部位处采用水泥煤粉碎石灰桩复合地基, 在其余结构使用天然的地基, 这样既保证了结构的稳定, 又节省了经济开支。

4.2 设置抗浮桩

设置抗浮桩的时候, 要注意各个抗浮桩锚杆的布局, 一般锚杆的施工布局如图1所示。

增加地基的重量是抗浮设计的原理, 设置抗浮桩不仅利用了增加质量的原理, 而且还利用了桩侧和土层之间的摩擦力来加强整个抗浮桩的稳定性, 简单实用。但是抗浮桩设计的方法具有一定的局限性, 抗浮桩不仅仅具有抗浮的作用, 同时还起到了抗压的作用, 这就影响了有抗浮要求的地下室的合理沉降, 这会使得整个底盘地下室和上部结构产生不均匀的沉降差, 对结构的稳定不利。因此在设计抗浮桩的时候, 首先要计算出上下部的抗浮值, 然后进行合理的设计, 必要的增加或者减少抗浮力, 使得这两部分的抗浮差一致, 避免不均匀沉降的现象。

4.3 抗浮加固处理办法

在施工之前进行严格的水文勘探之后, 要确保所得资料数据的完整性, 可靠性和真实性, 一个小小的误差都有可能影响整个工程的施工效果, 造成无法挽回的损失。这些资料是确定各项参数的依据, 也是优化整个建筑结构的依据, 因此不仅仅要保证数据的完整科学, 还需要进行妥善的分类保管, 避免出现资料遗漏的情况。各个部门的合理配合也是整个抗浮设计的关键, 勘探, 设计, 施工和监测这四个环节都要做到一丝不苟, 而不是各行其是, 因为这几个部门是相互联系, 各有倚重的。在这种情况下, 最好能够依赖高科技进行信息化管理, 不仅可以集中处理各项工程参数, 也可以方便人员的调配安排。建立健全完整的质量管理体系可以有效减少员工玩忽职守, 懈怠渎职的现象, 确保整个工程的顺利实施。除此之外进行必要的抗浮加固措施也能有效延长抗浮效果, 可以采取集水排水法, 排水沟排水法, 泄水减压法, 注浆填充法和粘土夯实法等进行抗浮加固, 或者在地下室周围选准施工点, 挖一口水井进行泄水, 不仅可以方便人们的生活, 也有效地减小了地下水对抗浮措施的破坏。

4.4 合理制定奖惩措施, 明确责权关系

除了自然因素对抗浮装置的影响之外, 人为因素也是重要的影响因素, 自然因素只能尽可能减小, 但是人为因素完全可以通过努力避免。因此企业要制定严格的奖惩制度, 一旦因为员工渎职的原因导致抗浮设计出现问题, 就要进行严厉的处罚。为了避免员工互相推诿责任的现象, 可以采取仲裁的手段进行判决。赏罚分明可以有效约束大家的行为使其尽最大努力去完成各自的本职工作。

5 结语

在建筑施工过程中优化抗浮设计可以有效减少地下建筑结构施工过程中存在的安全隐患, 提高整座建筑的质量, 增加建筑的稳定性。进行地下建筑抗浮加固措施不仅仅需要相关设计人员在施工之前进行周密的勘探工作, 计算出完整可靠的参数, 也需要施工者严格按照设计方案进行施工, 只有各个施工部门和监测部门密切配合, 按照施工要求落实每一个施工环节, 整个工程的进度才不会受到影响, 地下室的建筑质量也将得到保障。

参考文献

[1]方崇, 张信贵, 闭历平, 等.挤扩支盘桩在地下建筑抗浮设计中的应用[J].岩土工程技术, 2005, 19 (6) :281-283, 310.

[2]练齐操.浅谈地下建筑抗浮设计[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012 (33) :7-8.

地下室抗浮问题及抗浮设计 第2篇

关键词：地下水,地下室,抗浮,抗浮锚杆,侧压力

1 地下水的作用

地下水首先按埋藏条件可分为上层滞水、潜水及承压水三个类型;其次, 按含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三个类型。

地下水的作用包括:1) 地下水对混凝土基础的腐蚀作用;2) 地下水对基础持力层的软化侵湿作用:当持力层为花岗岩残积土及泥质软岩时, 地下水对其有软化作用;当持力层为对结构不稳定的岩土 (如湿陷性土、膨胀性岩土、盐渍土等) 时, 地下水对其有侵湿作用。软化作用会使持力层强度降低, 而侵湿作用不仅使持力层的强度降低, 还使其压缩性增大。基础设计时应考虑施工或建筑物使用阶段地下水对其产生的软化侵湿作用;3) 地下水对基础以及整个地下室结构的浮托力作用:当结构重量小于地下水的浮托力或施工过程中未对建筑基坑采取隔水或降水措施时, 地下室底板受到地下水对其的浮托力作用, 且浮托力的大小与地下水位的高度成正比;4) 地下水对地下结构的侧压力作用:当地下水位高度高于地下结构的基础底板标高时, 地下水对地下室的侧壁产生水平方向的作用力, 侧压力的大小与地下水位的高度成正比。

2 地下水对建筑物基础的浮托力及对地下结构的侧压力计算

1) 地下水的抗浮设计水位计算高度, 当有长期水位观测资料时应取建筑物在有效使用期间 (包括施工期间) 可能产生的最高水位, 此数据应由工程勘察单位根据当地的历年水文地质资料、工程重要性、工程建成后地下水位变化的可能性及依据相应规范等因素确定并提供给设计。

2) 在计算地下水的浮托力作用时, 通常不考虑地下室侧壁及底板结构与岩土接触面的摩擦作用和粘滞作用, 即对地下水水头不应进行折减。

3) 地下室侧壁所受的水土侧向压力宜按水压力与土压力分算的原则进行计算 (即按静水压力计算水压力, 按土的有效重度计算土压力) , 作用在侧壁上的侧压力为有效土压力与水压力之和。

3 地下室的抗浮设计

地下室的抗浮有两种情况:1) 当建筑物自重 (按结构的恒荷载计算) 大于水浮力时, 筏基处于整体稳定状态。但在整体稳定的情况下, 对于一些建筑的特殊部位仍要进行局部的抗浮验算, 且施工过程必须采取相应的隔水和降水措施将地下水水位降低至底板以下。2) 当建筑自重小于水浮力时, 筏基则处于不稳定状态, 基础要采取相应的抗浮措施, 措施可以采取加大自重 (如把地梁筏板基础的梁由梁面平板面改为梁底平板底的形式, 并在筏板顶覆土加压或在地下室顶板填土加压等用以平衡地下水对整体结构的浮托力作用) 或用锚杆进行。按具体情况采用, 对于抗浮锚杆的布置可分为分散式和集中式两种, 都可以运用抗浮要求。但这两种布置方式使得筏基梁板的受力情况是不同的, 从宏观的角度来考虑, 一般土层采用分散均布锚杆的布置方案比较合理, 尤其当抗浮水位比较高, 柱距和梁板跨度比较大的情况更是如此, 只有当遇到一些特殊地层, 如浅部有岩层, 对集中锚固可提供较大的锚固力, 或者浮力不大, 基础增加钢筋用量不多, 经过设计施工经济上的综合考虑, 集中式锚杆布置仍为可选方案之一。

为了减小地下室基础底板在混凝土硬化过程中的收缩应力, 沿基础长度方向每隔20 m～40 m留一道施工后浇带, 后浇带的宽度为800 mm～1 000 mm, 由于施工后浇带浇灌混凝土的时间为建筑两侧结构单元沉降基本稳定后再进行浇筑, 一般保留的时间不宜少于两个月, 与主体浇灌混凝土间隔时间较长, 在水位较高时地下水势必由后浇带处涌入, 造成施工困难及一定的经济损失, 故此时应在施工过程中采取降水措施, 按一般施工后浇带做法在未浇灌混凝土前降水不能停止, 因此将增加降水费用, 为此可采用如图1, 图2所示在施工后浇带的基础底板和外侧壁处增设抗水及防水措施, 只需要结构能量能平衡水浮托力时即可停止降水。

筏基抗浮状态分析:

为了说明筏基, 在地下水位升降过程中分析整体稳定时设定3种状态:1) 建筑物自重与基底浮力相等。2) 建筑物自重大于基底浮力。3) 建筑物自重小于基底浮力。

图中设定符号:W为建筑物自重, 为定值;H为基础埋深, 为定值, 即基础底标高在同一平面;H0Ⅰ, H0Ⅱ, H0Ⅲ分别为三种状态的水位变化;F0Ⅰ, F0Ⅱ, F0Ⅲ分别为三种状态下水的浮托力作用;V为筏基排水体积;ρ水为地下水的密度 (见图3～图5) 。

下面的分析主要以“阿基米德”原理作为依据, 一物体在水中所排出水的体积重量等于物体本身重量。

第一种状态A (见图3) :建筑物自重W与基底浮力相等, 此时建筑物的自重在水头H0Ⅰ作用下, 在水中所排出水的体积重量gV排ρ水与建筑物自重W相等时, 基底的浮力即等于建筑物自重W, 实为抗浮的临界状态。在结构设计中, 基底的设计反力就等于在水头H0Ⅰ作用下所产生的水浮力F0Ⅰ。

第二种状态B (见图4) :建筑物自重W大于基底浮力, 即此时在水头H0Ⅱ作用下, 基础排出的水体积重量gV排ρ水小于建筑物自重W, 但这一部分H0Ⅱ水头已对基底产生相应的浮力F0Ⅱ, 与此同时建筑物自重W由于受水的浮托力而减小, 其剩余重量为W0=W-W1, 此部分重量也直接作用于基底, 产生基底反力F0Ⅱ, 所以在此状态下, 基底反力实际由两部分组成, 同时作用于基底, 即水浮力F0Ⅱ加由建筑物部分自重所产生的基底反力F0W (F0Ⅱ+F0W) , 但这两部分反力相加结果和无地下水时由建筑物自重W产生的基底反力数值相等。这时基底反力是恒定的, 在总量相等的前提下, 是两种荷载的互相转换, 所以筏基底板的M, Q值及柱子轴向力N值都没有发生变化。所以通常在这种状态时, 设计上简化为用W所产生的基底反力进行设计 (满足W/F>1.05) 。

第三种状态C (见图5) :建筑物自重W小于基底浮力。当水位由基底升高到H0Ⅰ时, 基础所排出水的体积重量gV排ρ水已相当于建筑物自重W, 达到抗浮的临界状态 (见图3) 。其基底产生相应浮力F0Ⅰ, 当水位继续升高, 增加水头H0Ⅲ, 并在基底也产生相应浮力F0Ⅲ, 在 (H0Ⅱ+H0Ⅲ) 高水头作用下, 基底浮力大于由建筑物自重W产生的基底反力, 此时基础处于不稳定的悬浮状态, 必须采取相应有效的抗浮措施。假定基底的总浮力为水头 (H0Ⅱ+H0Ⅲ) , 即采用抗浮锚杆措施时, 锚杆P的抗浮力应为基底总浮力减去建筑物自重W所产生的基底反力, 其值为F0Ⅲ, P= (F0Ⅰ+F0Ⅲ) -W, P=F0Ⅲ (因F0Ⅰ=W) 。

注:抗浮措施也可加大建筑物自重方法处理, 此时基础的抗浮状态同上述A, B两种情况。

4 关于局部抗浮

当筏基满足整体抗浮的条件时, 若基础形心和重心偏移过大, 局部荷载在平面上分布不均, 这时可能出现基底大部分满足抗浮要求, 而局部则不能满足要求的情况, 如图6, 图7所示。此时建筑物自重产生的反力呈梯形分布或呈反凹形分布, 而基础所受水浮力是均布的, 两者互相影响的结果, 就可能产生基底局部抗浮不足。

这种局部抗浮的计算, 可取单柱抗浮范围进行考虑 (见钢筋混凝土结构设计手册11.4条) , 也可用整个基础作为计算单元按公式δ=N/F±M/W求出基础边缘应力, 以判定该范围是否满足抗浮要求, 当局部不满足时, 也需采取抗浮措施。

5 抗浮锚杆的集中和分散布置

当基础不能满足抗浮整体稳定条件, 采用抗浮锚杆作为抗浮措施时, 锚杆在基底板下的布置可分为分散式和集中式两种。

1) 分散式锚杆布置, 从图5可以看出, 对基础而言, 抗浮锚杆分散布置时的拉力与由H0Ⅲ水头所产生的浮力F0Ⅲ大小相等方向相反, 互相抵消, 基础底板结构可按浮力F0Ⅰ设计, 亦等于按建筑自重W产生的基底反力进行结构分析及配筋, 其结构传力情况如图8所示, 结构概念是明确的。

2) 集中式布置锚杆时, 一般布置在建筑平面上与柱同一轴线, 为了简化计算便于与原有筏基梁板结构对齐。此时从图5中可以看出, 无论是分散或集中的锚杆布置, 其总抗浮拉力P是与水头H0Ⅲ所产生的水浮力F0Ⅲ相等的, 因此F0Ⅲ水浮力实际作用于基础底板时是以均布形式出现, 即均布于F0Ⅲ/基底面积。因此, 集中式锚杆的布置, 其拉力仅起支座抗浮作用, 并不能影响基底浮力F0Ⅲ的作用分布情况, 其结构传力情况如图9所示。集中锚杆反力应满足R=PL/基底面积, 又因浮力F0Ⅲ直接作用于底板, 产生附加弯矩及剪力M′, Q′值与由建筑自重W产生的梁板M″, Q″是同向的, 所以梁板实际产生的弯矩和剪力应为两者叠加的结果。简单来说, 就是当采用集中布置锚杆时, 基础底板的结构荷重应考虑由建筑自重W再加由部分浮力F0Ⅲ同时作用于板底时所产生的M, Q值, 并按此进行配筋, 至于具体工程采用何种布置方式, 应按工程的情况综合经济、安全及工期等因素来进行考虑。抗浮锚杆布置与结构关系表见表1。

参考文献

[1]GB 50108-2001, 地下工程防水技术规范[S].

[2]JGJ 3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]GB 50021-2001, 岩土工程勘察规范[S].

[4]GB/T 50279-1998, 岩土工程基本术语标准[S].

[5]JGJ 72-2004, J 366-2004, 高层建筑岩土工程勘察规程[S].

[6]DBJ/T 15-20-97, 建筑基坑支护工程技术规程[S].

[7]张元坤, 李胜勇.建筑结构设计实用指南[M].广州:广东省土木建筑学会建筑结构学术委员会, 2001:111-114.

[8]龚晓南, 高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001:9-16.

[9]罗福午, 张惠英, 杨军.建筑结构概念设计及案例[M].北京:清华大学出版社, 2003:232-235.

地下室抗浮锚杆设计和应用 第3篇

1 工程概况

本工程位于厦门湖边水库上湖洪塘片区, 为一个地上6幢25～28层, 地下一层的住宅小区。工程建筑面积108082㎡, 其中地下室面积为15860㎡, 上部无塔楼的单层地下室面积8780㎡, 地下室底板埋深5.3m, 塔楼部分采用人工挖孔桩, 持力层为中风化花岗岩层, 计算沉降量为15～18mm, 单层地下室部分采用天然筏板基础, 基础持力层为残积砾质粘性土层, 计算沉降量为5mm, 为调整沉降差, 地下室间设置沉降后浇带, 后浇带应在主楼封顶且主楼沉降量达到10mm后方可浇筑;场地地下水主要贮存与运移于残积砾质粘性土层及各风化岩带的孔隙-网状裂隙中, 总体水量不大;场地较稳定, 不存在岩溶作用, 未发现埋藏的河道、墓穴、溶洞等, 场地平整至设计地下室底板底标高后, 基本上无软弱土层分布;地基稳定性好, 地下水较贫乏;地下水对混凝土无腐蚀性, 对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下无腐蚀性。

2 抗浮设计

根据地质勘察报告, 本工程的地下室设计抗浮水位取室外地面以下0.5m, 地下室剖面如图1所示。

故F浮= (5.30m-0.5m) ×10kN/m3=48kN/㎡ (标准值)

地下室自重 (标准值) :

F抗

F浮>F抗, 所以应进行抗浮设计。

地下室底板大部分落在残积砾质粘性土层上, 该土层的天然地基承载力特征值为250kN/㎡, 能满足单层地下室天然地基要求;该土层以下不存在软弱土层及强透水层, 场地地质良好, 技术经济比较如表1。

备注:由于地下室水浮力比自重大, 采用筏板基础与桩基础底板造价基本没差别

3 锚杆设计

由于锚杆抗拔设计无明确的规范条文, 设计时参考《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002) (以下简称《地基规范》) 及《建筑边坡工程技术规范》 (GB50330-2002) (以下简称《边坡规范》) 的有关内容进行计算和构造措施。

(1) 土力学参数

单层地下室筏板基础位于残积砾质粘性土层上, 土层分布相对均匀, 根据地质勘察报告,

计算了4种典型剖面的平均厚度和物理力学指标, 见表2。

物理力学指标为地质勘察报告推荐值

(2) 锚杆抗拔承载力特征值计算

锚杆设计直径为D=130mm, 基底以下土层性质良好, 按全粘结锚杆设计, 根据土层及施工情况, 设计锚杆锚固长度la为8m。

根据《地基规范》第6.7.6条, 对永久性锚杆的初步设计, 可按下式估算:

Nak=ζfurhr=112kN

式中:Nak为锚杆抗拔承载力特征值;ur为锚杆周长, 为0.408m;hr为锚杆锚固段锚入岩层的有效锚固长度, 本工程按各土层平均高度取值, 即土层③5m, 土层④1.75m, 土层⑤1.25m; f为水泥砂浆与岩土层的粘结强度特征值, 同表1中的frb; ζ为经验系数, 对于永久性锚杆取0.8。

设计取Nak=100kN。

(3) 锚杆钢筋截面积计算

锚杆体选用三级钢, fy=360N/mm2

根据《边坡规范》第7.2.2条

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式中:As为锚杆钢筋面积;Na为锚杆抗拔承载力设计值, Na=1.3Nak; ζ……2为锚筋抗拉工作条件系数, 对于永久性锚杆取0.69;γ0为工程重要性系数, 取1.0。

设计选用1Ф28 (三级钢)

(4) 锚杆钢筋与锚固砂浆的锚固长度计算

根据《边坡规范》第7.2.4条

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式中:l为锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度;d为锚杆钢筋直径;fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值, 设计砂浆为M25时, fb=2.1MPa;ζ3为钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数, 对于永久性锚杆取0.60。

(5) 锚杆布置

根据以上内容, 选定锚杆直接D=130mm, 锚杆钢筋为Ф28 (三级钢) , 锚杆长度la=8 m, 全粘结, 采用M25水泥砂浆, 如图2所示。

单根锚杆抗浮面积为

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地下室柱网为8.1×8.4㎡

柱网内布置锚杆根数为n≥8.2根,

采用基础板下均匀分布的方式进行布置, 平面布置如图3。

显然, 锚杆的作用力对地下室底板 (梁) 的抗弯、抗剪是有利的, 局部抗冲切验算如下:

Fl≤ (0.7βhft+0.15σpc, m) ηumh0=265kN 满足要求

其中:βh=1.0 ft=1.57N/mm2um=3.14×428mm

σpc, m=3.0N/mm2η=1.0

(6) 注浆设计

锚杆注浆采用425#普通硅酸盐水泥, 细砂搅拌而成, 砂浆的强度为M25, 坍落度约75mm左右, 注浆压力应≥1.0MPa;且应采用二次注浆, 二次注浆选用水灰比0.45～0.5的纯水泥浆, 注浆压力≥2.0MPa。

4 基本试验

锚杆全面施工前, 会同参建各方选择三根进行基本试验, 根据试验数据作为调整设计和指导施工的依据。根据现场实际情况, 基本试验的位置选择在钻探孔附近, 各土层厚度如表1中点1、2、3示意, 试验锚杆的钢筋选用1Ф32 (三级钢) , 锚杆钢筋的锚固长度为4m, 试验结果如表3。

根据以上试验结果, 锚杆的极限抗拔承载力为≤210kN, 本工程锚杆设计是可行的, 锚杆与土体的粘结强度及钢筋与砂浆的粘结强度均满足要求, 锚杆施工基本可靠。根据试验点3的土层对地勘推荐的粘结强度特征值作验算:

地勘推荐平均值:f= (7×24+1×110) /8=34.75 kPa

根据《地基规范》第6.7.6条验算实际平均值:

f=Rt/ (ζurhr) =40.2 kPa 各参数取值同前

可见, 地勘推荐的粘结强度特征值是偏安全的, 可以作为设计依据。而且, 土层锚杆设计时可按《地基规范》中岩层锚杆的相关内容进行设计, 设计锚杆体钢筋及其与砂浆的粘结强度可参考《边坡规范》有关内容进行验算。

5 锚杆施工要点

(1) 钻孔施工应做好对中支架, 使保护层均匀, 形成完整的握裹体。在钻进过程中, 泥

浆性能会因钻孔情况的变化而发生变化, 应及时调整泥浆的性能, 维持正常的钻进。

(2) 杆体应在注浆前放入, 插入孔内的深度不应小余锚杆长度的95%, 且应防止制作好

的杆体损伤或溅到油渍, 不得扭压和弯曲, 需要连接时应采用机械连接。

(3) 注浆时应自下而上连续灌注。

6 锚杆验收

锚杆验收试验的锚杆数量取锚杆总数的5%, 本工程共检测60根;最大试验荷载取锚杆设计特征值的二倍。《锚杆检测报告》由厦门市建筑工程检测中心有限公司提供, 试验结果显示, 全部样品在200kN荷载作用下, 锚头位移稳定, 未出现破坏现象, 均满足设计要求, 试验结果如表4。

7 结语

本工程采用了锚杆抗浮技术, 不但保证了工程的质量, 而且在工期和经济上都取得了显著的效果;锚杆抗浮较其它技术抗浮有显著的优点。由于土层的不确定性, 锚杆全面施工前应进行基本试验。

参考文献

[1]《建筑边坡工程技术规范》 (GB 50330-2002) , 北京:中国建筑工业出版社, 2002

[2]《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007-2002) 北京:中国建筑工业出版社, 2002

地下室抗浮加固设计施工 第4篇

某星级酒店, 总建筑面积5.8万m2, 地下两层, 地上十一层, 框架结构。单层地下室面积9800 m2, 其中约3000 m2为没有上部塔楼的纯地下室 (见图1) , 无覆土。地质报告提供的地下水位为-1.500m。地下二层底板板面标高-9.65m, 底板厚300mm, 采用φ500PHC静压管桩桩基础, 柱下桩基 (2桩、3桩、4桩) , 总桩数112根, 单桩承载力设计值3000kN。该工程于2007年底主体施工完毕, 进入装修阶段, 停止降水, 停止降水时, 没有进行上浮稳定验算。2008年2月进入雨季后, 发现纯地下室部分上浮, 最大上浮量达到195mm。

2 上浮分析及第一次加固处理

根据地质资料, 抗浮设计洪水位为室外地面标高 (按-1.5m计算) , 底板底标高9.95m, 不利状态下总向上水浮力F=3000×8.45=253500kN;不计装修面层厚度下, 地下室结构总竖向荷载G1=100000kN。调查现场上浮破坏状态, 本次上浮量最大的点主要集中在塔楼远端 (图1所示右端) , 但梁柱破坏主要集中在塔楼与纯地下室交界处。分析其原因, 主要是由于设计时两者间设置了沉降缝, 但施工过程中沉降缝间的梁板却并未断开, 由于塔楼部分上部荷载远远大于纯地下室部分, 在浮力作用下, 这种连接方式相当于给纯地下室的端部设置了一个倒悬壁构件的支座, 自然造成自由端上浮量大, 但破坏位置却发生在支座处。至于上浮原因尚未进行详细分析。

由于基坑围护采用人工挖孔桩, 桩底标高低于地下室底标高约8m, 地下室三侧侧墙总长约150m (另一侧与主体结构相连) 。因此可以考虑在地下室外墙与原基坑支护桩之间设置拉结筋并浇捣混凝土, 将两者有效连接, 以充分利用原基坑围护桩的抗拔作用, 节省抗浮加固的费用。同时, 由于地下二层层高较高, 可考虑结合地下室底板的加固, 浇注一定厚度的混凝土作为反压层。

据此, 业主自行确定了加固处理方案, 即在围护桩与外墙间浇注连结墙, 同时在底板上浇注500mm厚的混凝土的反压层。其思路是:不利水浮力253500kN, 上部自重100000kN, 反压层自重37500kN, 剩余水浮力116000kN, 考虑围护桩的抗拔作用要远远大于这个值, 局部稳定部分考虑原有抗拔桩的作用, 能够满足。此方案的最大问题在于, 由于地下室已上浮, 且上浮量很大, 因此原有管桩已几乎丧失了抗拔作用, 局部稳定部分无法满足要求。基于此我们建立了四边嵌固、不考虑原有抗拔桩作用的简化有限元模型, 分析在净水浮力作用下的挠度, 结果发现, 跨中挠度达到35mm。这就意味着, 若抗拔管桩失效, 即使采取了上述加固措施, 局部稳定是无法得到保证的。果然, 在周边连接墙施工结束, 反压层小部分 (边跨一跨) 施工后的2008年4月下旬, 一场暴雨过后, 地下室二次上浮, 这次上浮的最大值达到112mm, 发生在地下室的中间部位, 而周边构件由于围护桩的嵌固作用, 几乎没有上浮。这就说明原有抗拔桩已经几乎失效, 而上浮量要远大于理论值, 其主要原因应该是反压层尤其是中跨部位的反压层尚未施工, “反压”作用不能发挥所致。同时新的上浮状态已完全不同于第一次 (这次是倒锅盖形式, 上次是倒悬壁形式) , 因此抗浮加固和梁柱构件的加固更为复杂。

3 抗浮设计

地下室水浮力主要有三种平衡的办法:一种是在结构上加恒载来平衡浮力的“压重法”;第二种是用抗拔桩或抗拔锚杆来平衡浮力的“抗拔法”;第三种是从地下室底板将地下水引排的“引排法”。从本工程的实际情况看, “引排法”明显不适用于星级酒店的使用功能。

如前述, 水浮力F=253500kN, 总竖向荷载G1=100000kN。地下室抗浮稳定分析与加固处理应包括整体稳定和局部稳定两个部分。同时由于地下室已经历两次反复上浮, 预应力管桩的抗浮力不应再行考虑。

3.1 整体稳定

⑴为了降低造价, 充分利用现有的有利结构和条件, 考虑已经浇注了连接墙的围护桩的作用, 其有效抗拔段的土层应以淤泥质土为主, 总抗拔力考虑为P2=25000kN。

⑵考虑地面花园及地下一层的装修层的自重, 这两层的厚度均按150mm计算;结合地下室底板的加固, 地下室底板上加设约500mm厚混凝土的反压层;计及该部分的总自重约为G2=55000kN。

⑶除上述措施外, 不满足部分用地下室底板上设置抗浮锚索来承担。每根抗浮锚索采用8φs15.2高强钢绞线, 锚索锚入强风化岩层不少于8m, 总长约为33m, 单根锚索抗浮力标准值约为Nak=660kN;抗浮整体稳定计算所需抗浮锚索数量:

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3.2 局部稳定

经分析计算, 中跨柱底轴力约为g=3500 kN (已计入装修及底板面层的后浇混凝土层自重) , 水浮力f=6480kN (标准值) 。f>g, 跨中部分抗浮局部稳定不能满足要求, 解决抗浮局部稳定的措施如下:

⑴边跨部位, 由于外侧墙与原基坑围护桩之间已经连接, 可利用围护桩的抗拔作用。

⑵中跨部位, 结合地下室底板的结构加固与处理, 在柱底承台边或基础梁板跨中设置抗浮锚索, 抗浮锚索数量原则上将不少于整体稳定计算所需抗浮锚索数量, 中柱所需锚索为:

undefined根

⑶进行水浮力作用和竖向荷载作用下的地下室整体结构分析计算, 控制地下室结构的变形与内力满足规范及图纸要求。

地基基础设计参数见表1, 抗浮锚索需进入强风化花岗岩层, 大约33m。经过计算整个加固地下室设置抗浮锚索189根, 具体平面布置见图2, 锚索结构见图3。

3.3 底板底与土层间隙间的处理

由于水位的不断变化, 地下室整体有多次的上浮与下沉, 造成了预应力管桩的竖向承载力要小于原设计要求的承载力。为了充分利用地基土的承载力, 以弥补管桩的承载力损失, 应对底板底与土层的间隙间进行注浆, 保证底板底与地基土直接接触, 以充分利用地基土的承载力。注浆处理可与抗浮锚索的施工同步进行, 注浆的浆液由水泥、水组成, 水灰比宜取1.5:1～1:1之间。注浆采用常压注浆。

4 抗浮锚杆施工

4.1 临时措施

预应力锚索施工前, 地下室周边应先设置降水减压井以降低地下水位, 同时在底板及顶板上堆放砂袋以增大竖向抗浮力。

4.2 施工工艺

预应力锚索→成孔→洗孔、下锚索→注浆→张拉、锁定→质量检验

4.3主要施工控制工艺简介

⑴成孔测量定位的水平方向位移偏差不大于50mm, 垂直度偏差不大于1%, 钻具直径为Φ168mm;钻孔深度应超出设计深度不少于0.5m。

⑵洗孔过程中, 为了保证孔内泥浆较彻底洗净, 在清水洗孔后应采用高压空气洗孔。高压气管应伸至孔底, 气管底端封死, 底部500mm范围内布置4～5排出气孔, 底部气管的直径应在Φ10mm以上。洗孔时, 应从孔底洗起, 慢慢来回转动出气管, 并缓慢拔出气管, 气管拔出的同时应通过注浆管从孔底注入水泥浆, 水泥浆的水灰比为1.5:1, 比重为1.3～1.4之间。气管的拔出速度应控制在1m/min之内, 每根锚索洗孔时间不小于10min。

⑶下索时, 应防止锚索扭压弯曲, 注浆管开裂等, 同时注浆管应随锚索下放。下索时应避免对中支架 (架线环) 、承载体等移位, 并注意锚索的预留张拉长度不得小于1.5m。

⑷锚杆注浆采用两次注浆工艺。第一次注浆为常压注浆, 通过注浆管从孔底开始注浆, 待浆液流至孔口结束, 一次注浆管采用Φ20塑料管;一次注浆时可边灌注边拔管, 保证注浆管的管头插入浆液口以下不小于1m, 严禁将注浆管拔出浆液口, 实际注浆量应大于理论注浆量, 即充盈系数不得小于1.0。第二次注浆范围为强风化岩, 为高压注浆, 注浆压力不小于2.5MPa;第二次注浆应在第一次注浆体初凝之后进行, 一般为第一次注浆后4～12小时进行, 并采用注浆压力控制 (压力达到5MPa后, 稳压注浆2min) 。二次注浆管采用φ15铁管, 管底注浆范围内每间距750周圈各钻3φ5孔后用工程胶布封牢, 管底部封死。注浆水泥采用P.O42.5R硅酸盐水泥, 第一次水灰比为0.4:1, 二次注浆水灰比为0.6～0.7:1。

⑸张拉、锁定

锚杆张拉锁定在注浆体强度达到30MPa、锚头混凝土达设计强度80%后进行后进行, 锚具为OVM锚具, 用YC-100型穿芯式千斤顶、电动油泵加荷锁定。锁定张拉系统事先经过标定, 并用此油压表的读数换算成张拉压力进行控制。在锁定过程中, 采用锚杆拉力计进行校核。

锚索正式张拉前, 应取10%～20%的设计张拉荷载, 对其预张拉1～2次, 使其各部位接触紧密, 钢绞线完全平直。对于分散型锚索, 因各单元锚索长度不同, 张拉应注意严格按设计次序分单元采用差异分布张拉, 根据设计荷载和锚筋长度确定差异荷载, 并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。

为确保工程安全, 锚杆张拉值为660kN, 锁定荷载为600kN。下锚固段的补偿荷载 P1=30～35kN, 中锚固段的补偿荷载 P2=110～120kN。当锚固段长度和锚索总长度与图纸不符时, 补偿张拉荷载应进行调整。

锚索的预应力在补足差异荷载后, 分5级按有关规范或规定施加, 即设计荷载的25%, 50%, 75%, 90%, 100%, 110%。在张拉最后一级荷载时, 应持荷稳定20min后卸荷锁定。锚索锁定后48小时内, 若发现明显的预应力损失现象, 则应及时进行补偿张拉。

保持最大总荷载20min, 并测量20min内锚索的徐变位移量, 若徐变值不超过1mm, 则认为锚索合格;否则需要再稳压45min。锚索合格后, 以20kN/min左右的速率均匀卸载至设计荷载锁定。张拉锁定后48h内, 发现预应力损失超过设计张拉应力的10%时, 应进行补偿张拉。补偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至超张拉荷载。补偿张拉次数一般不能超过2次。

张拉结束后应对地下室的沉降情况进行监测, 若由于地下水位的变化, 导致地下室整体 (或局部) 出现下沉时, 相应的抗浮锚索将出现应力损失, 此时应再次进行补偿张拉。

⑹锚杆检测:采用抗拉试验检测承载力, 同一条件下, 试验数量不少于锚杆总数的10%。最后选择10根锚索进行试验, 在各自最大试验荷载作用下, 锚头位移相对稳定, 未出现异常现象。在室内数据分析中, 锚索在各自极限荷载作用下的弹性变形值满足《建筑边坡工程技术规范》 (GB 50330-2002) 规范中“锚杆 (索) 在各自极限荷载作用下的弹性变形值均大于自由段长度变形计算值的80%”, 而且满足“且均小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值”的要求。检测结果见表2。

5 结语

本工程于2008年8月施工结束, 至今超过一年半的时间, 期间经历了几次大暴雨及特大暴雨和春季雨季的考验, 没有丝毫上浮, 说明加固取得了预期的效果。从本次实践还能得出, 地下室的抗浮加固不仅应重视整体稳定, 更应重视局部稳定的要求;在现场条件受限的情况下, 采用锚索进行抗浮加固是合理可行的, 但其造价要相对其余的加固方式高。

参考文献

[1]江林锋.大厦地下室上浮的处理[J].福建建设科技:2003, (2) :12-13.

[2]中国建筑科学研究院.GB5007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[3]冶金建筑研究总院.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

某大型地下室抗浮锚杆设计 第5篇

关键词：抗浮锚杆,设计,防水板,受力性能

1 引言

近年来, 随着人们生产活动对地下空间利用的增多, 兴建了大量带有地下室的建筑物、下沉广场、地下车库等。由于上述建筑物通常地下水位较高, 水浮力较大, 仅靠建筑物自重和顶板回填土的重量往往不能平衡水的浮力, 因此抗浮设计就成了地下建筑物结构设计比较重要的一部分。目前国内外抗浮设计的方法主要有四种: (1) 抗力平衡法, 即可以设置抗拔桩或者抗浮锚杆来消除或部分消除地下水浮力的影响; (2) 自重平衡法, 即通过增加配重 (回填土、石、或混凝土) 来平衡浮力; (3) 浮力消除法, 即采取疏、排水措施降低地下水位, 消除或减小浮力的影响; (4) 综合设计方法, 即采用上述两种或多种抗浮设计方法[1]。

当地下水位较高, 建筑物长期处在地下水浮力作用下时, 宜采用抗力平衡法。对于基础持力层为岩石的地区, 抗浮锚杆被广泛应用于锚杆的抗浮设计中。抗浮锚杆是利用锚杆和砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力的一种新的抗浮手段, 具有良好的受力性能[2]。抗浮锚杆不仅不影响地下室净高, 而且由于锚杆间距小, 地下室底板可以做得较薄, 因而造价低。

本文结合工程实例, 对某基础持力层为岩石的地下室抗浮锚杆设计进行探讨, 以期为其它类似工程设计提供参考依据。

2 工程概况

某商务写字楼位于山东沿海某市, 该项目总用地面积62999m2, 总建筑面368880㎡, 拟建建筑物包括5栋高层 (局部多层) 办公楼、1栋多层中心书城及地下停车库等。该项目有3层地下室, 层高由下至上分别为3.8m, 3.9m, 4.0m。基础防水板板顶标高为-13.95m (相对标高) , 基础防水板厚度为0.6m, 抗浮设计水位为-1.0 (相对标高) 。由于裙楼不能平衡地下水浮力, 采用抗浮锚杆作为永久性抗浮结构。该地区所处大地构造位置为华北地台, 自元古代以来本区地壳处于缓慢的上升期。燕山晚期, 区域性构造活动强烈, 发生大规模酸性岩浆侵入, 形成稳固的以深成相似斑状中粗粒黑云母花岗岩为主的岩基。受新华夏系构造影响, 形成NE向为主的压扭性断裂构造, 酸性~中基性岩浆沿岩基内薄弱面入侵, 形成煌斑岩、细晶岩和辉绿岩等浅成相岩脉, 与花岗岩岩基组成复合岩体。它们之间虽然岩性不同, 但属于同源异相的岩浆岩类硬质岩石, 是坚硬稳固的地质体, 无后期沉积夹层、溶洞等不良地质作用。

通过地质勘察得知地质情况如下: (1) 素填土:平均厚度为1.5m; (2) 强风化花岗岩:平均厚度为3.0m; (3) 中风化花岗岩。强风化花岗岩承载力特征值为1000kpa, 中风化花岗岩承载力特征值为2500kpa。地下水按赋存方式分为第四系松散堆积层的孔隙水和基岩风化裂隙水。孔隙水与基岩风化裂隙水水力联通, 具有自由水面, 为潜水。强风化基岩为主要含水层, 中风化基岩为相对隔水层。大气降水为主要补给源, 以侧向径流排泄和蒸发方式排泄。由于高层建筑荷载较大, 抗浮能力较强, 基础可按勘察报告推荐的抗浮水位进行设计。多层建筑及纯地下室部分抗浮能力较弱, 尤其是裙楼与主楼的交接部位, 因其抗浮能力不同, 可能造成不均匀上浮而产生建筑裂缝, 故采用抗浮锚杆措施, 中风化花岗岩岩层与锚固体的粘结强度特征值为400kpa。

3 整体抗浮设计

工程柱网布置为8.4mx8.4m, 柱截面尺寸为700mm×700mm。

(1) 荷载计算

自重及压重计算见表1。

抗浮水头13.55m, 水浮力为135.5 k N/m2, 按《建筑地基基础设计规范》5.4.3对基础进行抗浮稳定性验算:, 抗浮稳定性不满足设计要求, 应采取措施。

(2) 锚杆布置

通常锚杆的布置方式有以下三种[3]:①集中点状布置, 布置于柱下, 当为岩石地基且水浮力较小时可采用;②集中线状布置, 布置于地下室底板梁下, 一般较少采用;③面状均匀布置, 布置于地下室底板下。因为采用面状均匀布置的方式能在满足抗浮设计的同时减小底板配筋, 使得底板的配筋一般为构造配筋即可满足设计要求, 故在实际工程中应用最多。本工程也采用面状均匀布置方法。为了使得底板受力更合理, 锚杆采用菱形布置, 如图1所示。

(3) 锚杆计算

根据锚杆布置方案, 单根锚杆的受力面积为2×2=4m2, 若单位面积的净水浮力设计值为qf, 则, 单根锚杆承受的轴向拉力为。

①锚杆面积计算:

由《全国民用建筑技术措施》 (地基与基础) 计算单根锚杆锚筋面积[4], 若单根锚杆锚筋面积为sA, 因为地下水位较高, 钢筋采用HRB500钢筋,

根据计算结果, 锚杆取, 取钻孔直径D=200mm, 采用M30水泥砂浆灌浆。

②锚杆锚固段长度计算:

根据《建筑地基基础设计规范》, 锚杆锚固段长度

4 局部抗浮设计

将锚杆作为弹簧, 采用有限元分析软件SAFE软件进行模拟, 分析出防水板的内力, 防水板配筋为构造配筋即可满足要求, 防水板构造配筋率为0.15%, 配筋选择双层双向18@200, 满足要求。抗浮锚杆的锚固也十分重要, 锚杆杆体锚入底板的竖直段不小于0.4La, 总的锚固长度不小于La。

5 结论

本文结合实际工程某地下车库, 探讨了抗浮锚杆的设计, 可以为同类工程的设计提供参考。限于篇幅, 很多因素没有考虑, 以下问题可以作为将来继续研究的方向:

(1) 在可能的情况下借助有限元软件计算分析, 可以对结构受力的特点及趋势进行较为明确的判断, 但是计算结果的精度很大程度上依赖于计算参数 (如锚杆的刚度、基床系数、分析模型等) 的准确程度[5]。

(2) 因为地下水的浮力随季节变化而呈准周期性, 所以抗浮锚杆承受的外力是非稳态的。在这种准周期性荷载作用下, 抗浮锚杆将产生疲劳破坏, 其破坏时的荷载比抗拔力设计值要低。

(3) 地震动力作用对永久性抗浮锚杆的稳定性影响也不能忽视, 在设计中应采取相应措施。

参考文献

[1]朱丙寅.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[2]戴西行, 杜涛, 李轶慧.抗浮锚杆在烟台某大型车库中的应用[J].中国水运, 2011, 11 (2) :209-210.

[3]孙绍东, 胡海涛, 井彦青, 等.抗浮锚杆合理设计探讨[J].建筑结构, 2013, 43 (22) :80-85.

[4]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑技术措施 (地基与基础) [M].北京:中国计划出版社, 2012.

关于地下室结构的抗浮设计的探讨 第6篇

近年来, 建筑行业的飞速发展, 使得城市建筑逐渐向空中和地下的发展, 同时也为了满足社会发展和人民群众的生活需求, 摩天大楼、大型地下建筑逐渐成为城市建设的主题。高层建筑因其结构和功能的因素, 需要设置了地下室。由于地下室的抗浮是地下室工程设计过程非常重要的一部分, 因此, 地下室的建造就需要面对抗浮设计问题。

地下室的抗浮设计就是结合了地下水位与建筑物所承受的水浮力以及结构本身自重以及压重来进行综合考虑设计的一种方案。地下室的抗浮设计包括整体抗浮设计和局部抗浮设计。

因为高层建筑本身要求一定的埋置深度, 而且随着人们生活水平的提高以及土地价格的飞涨, 需要建造更多的地下车库及人们防空地下室, 来解决了现在停车的问题和人防问题。人们对地下空间的开发越来越重视, 要求也越来越高, 在设计过程中要考虑的问题也多了。要确保在修建地下室和以后使用地下室时不因抗浮设计不满足而导致结构上浮或开裂。

在地下开挖大面积的空间本身就是一件难度系数较大的事, 尤其是还要考虑到大面积范围与地下水浮力的平衡问题, 在高层建筑中有很多的建筑设计采用的是整体裙房或者是纯地下结构的设计, 在地下室的埋深越来越深。下面, 根据自身的设计经验, 对地下室抗浮设计中应注意的几个关键问题进行分析和讨论, 供同行参考。

2 地下室抗浮设计水位

《建筑地基基础设计规范》第3.0.2条第6款规定“建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时, 尚应进行抗浮验算”。并在条文说明中指出:抗浮设计水位是很重要的设计参数, 影响因素众多, 不仅与气候、水文地质等自然因素有关, 有时还涉及地下水的开采等复杂因素。对情况复杂的重要工程, 要在勘察期间预测建筑物使用期间水位可能发生的变化和最高水位有时相当困难。故现行国家标准《岩土勘察规范》GB50021规定, 对情况复杂的重要工程, 需论证使用期间水位变化, 提出抗浮设防水位时, 应进行专门研究。

3 地下室结构的抗浮设计

抗浮设计首先应验算结构的整体抗浮, 若满足则再进行局部抗浮计算。

3.1 整体抗浮

根据GB 5007-2011《建筑地基基础设计规范》中的第5.4.3条规定, 地下结构物的抗浮设计对地下室抗浮设计的总原则是应满足式 (1) 要求:

当不满足 (1) 式的要求, 应进行地下室抗浮设计。

常见的整体抗浮设计方法通常采用增加结构物自重或采用抗拔桩、抗拔描杆等, 使结构的抗浮力与地下水引起的浮力相平衡, 从而达到抗浮的目的。本方法施工工艺成熟, 一直被广泛运用。

3.2 局部抗浮

局部抗浮验算指地下室底板在浮力作用下的内力分析, 按逐个柱的受荷面积来进行, 此时地下水浮力扣除底板自重后相当于地基净反力。局部抗浮验算包括地基净反力作用下的梁板截面配筋计算和底板裂缝验算。并主要针对那些上部结构层数少, 结构自重小的部位, 特别是地下室在高层塔楼边界范围外的部位。

4 地下室抗浮设计工程实例

江西省某住宅小区由多栋高层剪力墙结构组成, 地下设一层地下室。地下车库占地面积约为2.2万平方米, 顶板覆土约1.5米。

4.1地下室整体抗浮验算

4.1.1地下室水浮力计算:

勘察单位提供的抗浮设计水位为-黄海高程144.120m, 则:地下水位标高:-2.780m。地下室底板面标高:-6.100m, 底板厚度:300mm。水浮力:P= (6.100-2.780+0.3) x10=36.20 KN/m2

4.1.2地下室底板单位面积恒载计算:

1) 底板自重:G1=0.3x25+0.1x20=9.50 KN/㎡

2) 基础梁折算板厚重量:G2= (0.8-0.3) x0.40x (8.10-2.00) x25x2/ (8.1x8.1) =0.930 KN/㎡

3) 承台折算板厚重量:G3=2.0x2.0x (0.90-0.3) x25/ (8.10x8.10) =0.914KN/㎡

地下室底板单位面积总恒载:G0=G1+G2+G3=9.50+0.930+0.914=11.344 KN/㎡

4.1.3地下室顶板单位面积恒载计算:

1) 顶板自重:0.25x25+0.1x20=8.25 KN/㎡

2) 顶板梁折算板厚:

(8.1-0.5) x0.3x (0.8-0.25) x25x2+ (8.1-0.6) x0.5x (1.0-0.25) x25x2=62.70+121.887=203.325KN

折算为单位面积重量:203.325/ (8.10x8.10) =3.10 KN/㎡

3) 顶板覆土自重:1.50x18.0=27.00 KN/㎡

4) 地下室框架柱折算板厚重量:

0.6x0.6x (4.3-0.25) x25/ (8.10x8.10) =0.556 KN/㎡

地下室顶板单位面积总恒载:G1=8.25+3.10+27.00+0.556=38.906KN/㎡

4.1.4地下室抗浮荷载比较

总抗浮承载力为:Q=G0+G1=11.344+38.906=50.250 KN/m2Q/P=50.250/36.20=1.39>1.05

故地下室整体抗浮满足要求。

4.2 地下室局部抗浮计算

4.2.1 桩抗拔承载力计算:

依据《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-2008) 第5.4.5条及第5.4.6条, 本工程桩具有一定的抗拔承载力, 由桩侧摩阻力提供。本工程纯地下室部分桩径为400mm, 持力层为粗砂, 入岩10倍桩径。本工程《钻孔灌注桩桩基承载力估算表》已算出桩侧土总极限侧阻力标准值Qsk为1761KN, 取抗拔系数=0.5 (该值为《岩土工程勘察报告》建议值) , 则可计算出单根桩由摩阻力提供的抗拔承载力标准值为:

桩身抗拔承载力取桩内纵筋抗拉承载力之和 (单根桩配筋为6C14) :

故桩抗拔承载力由桩身纵筋抗拉承载力控制。在已算出在不设置抗拔桩的情况下, 地下室整体抗浮已满足要求, 考虑地下水在极端天气情况下的变化, 将该抗拔承载力作为地下室整体抗浮承载力的安全储备。

4.2.2 地下室底板配筋计算时荷载取值

依据倒楼盖计算方法, 地下室底板抗浮荷载标准值:Q=P-G1=36.20-9.5=26.700 KN/m2。本计算所取轴网尺寸为本工程中尺寸较大板块计算, 因此, 本地下室底板配筋计算时抗浮荷载标准值为26.700KN/m2。

5 结束语

综上所述, 由于地下环境具有诸多不确定的因素, 所以在地下室抗浮设计中需要我们对场地条件、周围环境和土层情况进行细致调查, 抗浮设计水位取值和抗浮计算必须准确, 可运用的抗浮方式很多, 但必须根据各个工程的具体情况加以灵活应用, 才能达到经济可靠的目的。

摘要：改革开放以来, 我国经济建设的飞速增长和城市化进程的不断加快, 极大的促进了城市建设发展和规模的扩大, 使得城市用地也越来越紧张, 建筑物逐渐朝着高、大、上的方向发展, 为了满足社会群众的需求, 地下室的开发与利用也越来越多。本文主要以高层建筑住宅地下室的抗浮结构设计为主, 结合工作经验及相关规范, 对高层建筑地下室结构抗浮设计的方法、步骤、难点等关键点进行了探讨。

地下室抗浮设计分析 第7篇

关键词：地下室,无缝,抗浮,锚杆,防水

一、工程概况

广东中山长堤路-凤鸣路片区改造工程二期B区, 总建筑面积88002m2, 为大底盘、多层结构。其中地下室建筑面积34726m2, 结构最大长约310m, 最大宽约64m, 无伸缩缝。地下室分为二个区:B1区结构最大长约190m, 最大宽约48m, B2区结构最大长约148m, 最大宽约64m。地下室为两层, 无人防设计, 负1层板厚0.12m, 顶板厚0.22m, 侧墙厚0.45~0.80m。筏板厚度1.0m~1.5m。地下室混凝土设计强度等级为C35, 防水等级为二级, 筏板、顶板填土部分和负1层地下室外墙混凝土抗渗等级为P6, 负2层地下室外墙混凝土抗渗等级为P8。按照设计规范, 本工程地下室结构属于超长大面积混凝土结构工程, 所以针对实际情况, 采取多种技术措施来防止由于结构超长引起的裂缝。基础部分则是采用天然筏板基础, 并使用CFG桩处理地基防止基底不均匀沉降, 整个建筑的抗浮除自重抵消的部分外, 均由设置于筏板底的抗浮锚杆承担。

二、超长地下室无缝设计要点

由于混凝土材料的力学特性, 抗拉强度低, 韧性差, 以及在结硬过程中产生自身收缩, 理论和实践均证明, 如不采取措施, 则难以满足混凝土规范中对结构裂缝宽度的要求。因此, 为防止出现这样的情况, 该超长地下室结构设计采取如以下措施。

1.设置后浇带

(1) 间距。结合本工程建筑物长度、以及中山的气候环境特点综合考虑, 后浇带间距一般控制在40~50m左右。

(2) 位置。小跨梁开间或受力较小的部位, 一般设置在梁跨1/2处。根据结构模型设置情况可沿平面曲折通过。

(3) 宽度。综合考虑, 本工程后浇带宽度取为1000mm。

(4) 钢筋。后浇带部位的构件钢筋不截断, 并增设不少于原配钢筋20%配筋量的附加钢筋, 深入后浇带两侧各1000mm, 这样可避免梁钢筋全部截断后造成的钢筋搭、焊接困难。

(5) 浇筑时间。为最大限度减少混凝土施工过程的温度及收缩应力, 后浇带的保留时间应不少于两个月, 且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。

(6) 混凝土。采用强度等级与两侧混凝土较高者相同的补偿收缩的混凝土浇筑。

(7) 断面形式。一般避免留直缝, 对于板可留斜缝;对于梁及基础, 可留企口缝。

(8) 地下室有防水要求, 在新老混凝土之间设置钢板止水带, 以防止渗漏。

2.采用低水化热的水泥配置混凝土并适量加入粉煤灰

混凝土内外部温差过大会产生裂缝, 主要是由水泥水化热引起的。地下室超长大体积混凝土基础中, 混凝土强度级别较高, 水泥用量大, 因此混凝土在初凝过程中会有大量水化热产生。混凝土是热的不良导体, 又由于地下室底板及筏板几何尺寸巨大, 这些热量不易及时排出而积聚, 导致了其内部温度迅速升高 (最高时可达70~80℃) ;相反, 在构件表面由于散热条件良好, 温度保持较低水平。这样就出现了内外温差, 这种相对的"内胀外缩"使混凝土表面产生拉应力, 当它超过混凝土拉伸极限时, 裂缝就产生了。

粉煤灰水泥系在硅酸盐水泥中掺入占水泥重量20%~40%的粉煤灰组合而成。其有如下特性:早期强度较低, 后期强度增长较快;水化热较小;耐冻性差;耐硫酸盐腐蚀及耐水性较好;抗炭化能力差;抗渗性较好;干缩性较小;抗裂性较好。

选择粉煤灰水泥在技术上有两点好处:一是减少内部水化热的产生 (因为减少了水泥用量) ;二是减少混凝土的"干缩"量, 这样从整体上对裂缝的产生和扩展起到了预防和抑制作用。

3.加大碎石骨料用量

碎石骨料表面粗糙与水泥的胶结良好, 同样配比的混凝土其强度较卵石混凝土高, 并可降低水化热, 收缩变形小, 从而裂缝也小。在满足施工泵送要求的情况下, 加大碎石骨料用量, 降低水泥用量, 减小混凝土的水化热, 能更好地保证混凝土的质量。

4.降低水灰比

确定设计配合比阶段, 采取降低水灰比的措施。采取该措施的目的在于减少用水量, 降低混凝土的收缩。同时建议施工单位在混凝土浇筑阶段, 采用二次振捣的工艺, 即在混凝土初凝前进行二次振捣, 避免混凝土因沉降收缩而引起的裂缝。

5.掺加膨胀剂

本工程地下室所有混凝土均添加SY-G类高抗裂膨胀剂, 并要求保证水中养护14天的混凝土限制膨胀率大于等于0.025%。膨胀剂通过水化反应, 使混凝土产生适量膨胀, 在钢筋和邻位的限制下, 在混凝土中建立0.3~0.5MPa的预压应力, 可大致抵消混凝土干缩及温度收缩时产生的拉应力, 防止混凝土开裂。同时膨胀剂水化时生成的膨胀结晶使混凝土的抗渗能力大大提高, 从而实现混凝土结构抗裂与抗渗的目的, 提高了结构的整体抗裂性能和抗渗标号。

6.设水平暗梁

由于墙体受施工和环境温度、湿度等因素影响较大, 容易出现竖向收缩裂缝, 混凝土强度等级越高, 开裂几率越大。本工程设计时在计算满足的前提下适当提高了较薄弱墙体中的水平钢筋配筋率, 水平钢筋的间距小于等于150mm, 即采取细而密的配筋原则。由于墙体受底板或顶板的约束较大, 混凝土胀缩不一致, 所以设计图纸中在较薄弱墙体中部及端部各设一道水平暗梁, 用来控制墙体有害裂缝的出现。

7.增设构造钢筋

由于墙与柱的配筋率相差较大, 混凝土胀缩变形与限制条件有关, 又由于应力集中原因, 在离柱子1~2m的墙体上易出现竖向收缩裂缝。设计要求在墙柱连接处设水平附加筋, 附加筋的长度为2000mm, 插入柱子中200mm, 插入墙体中1800mm, 该处配筋率相应提高10%~15%。这样, 有利于分散墙柱间的应力集中, 避免竖向裂缝的出现。

8.加强混凝土养护

掺SY-G混凝土的养护是保证工程质量的最重要的措施之一, 要派专人负责养护工作, 混凝土终凝后2小时即开始养护, 养护期不少于14天。

三、两层地下室锚杆抗浮设计特点及防水措施

本工程位于中山岐江河的河畔, 临江而建, 地下室的顶板面标高几乎与平常河面一致, 而河底的地基除开表面松软的淤泥层, 就直接进入了风化岩层, 加上上部仅为多层结构, 在自重较小的情况下, 这对于两层高度的地下室抗浮设计又增加了新的难度。采用锚杆抗浮, 对建筑基底筏板的整体受力均衡相当有利, 而且相比增加结构自重或采用灌注桩抗拔的两种方案来说不但成本较低, 在施工难度上也有大幅度的降低, 本工程的锚杆设计同施工中制定如下细则:

1.设计原则

设计锚固体直径150mm, 灌注纯水泥浆体并加微膨胀剂, 二次高压注浆工艺。注浆材料:采用普通硅酸盐水泥, 强度等级42.5R, 水灰比0.45~0.50;采用二次注浆工艺, 第二次注浆掺入水泥用量10%的微膨胀剂。锚固体强度等级为≥M30。单根锚杆抗拔力特征值530kN, 锚杆锚固段进入中风化岩长度为≥4.70m。锚杆钢筋锚入底板均为40d。锚杆锚侧土层摩阻力安全系数取2.0, 自垫层面算起长度约为8.5米~21.5米。

2.施工技术要求

1) 、锚杆杆体制作与安装

(a) 杆体不宜焊接。 (b) 清除钢筋表面的油污和铁锈, 按设计要求绑扎钢筋笼;将2根注浆管与钢筋绑扎在一起。对用于二次注浆的高压注浆管出浆孔和端头应封口。

2) 、锚杆成孔

(a) 采用地质钻孔机或专用锚杆机成孔。 (b) 孔位误差不宜大于300mm。 (c) 锚孔垂直度偏差≤1%。 (d) 孔深大于设计锚固深度500mm以上。

3) 、洗孔:采用压力清水洗孔, 将孔中的泥浆冲洗干净, 尽量排出沉渣, 确保浆体与岩土层充分胶结。

4) 、注浆:二次注浆工艺。第一次注浆压力0.5~0.8MPa, 从孔底开始, 注至孔口反浆, 一次注浆管必须拔除;一次注浆后宜在80~120分钟内 (两次注浆间隔可根据现场实际情况调整) 采用高压注浆泵进行二次注浆, 压力2.5~4.5MPa。由于浆体凝结收缩, 应在孔口处随时补浆。

5) 、养护:锚杆养护期间, 不得随意碰撞。

3.上浮量长期监测

在场地至少布设32个上浮位移监测点, 具体详观察点布置图。当停止降排水后的第一周内应每天观测一次, 以后每月监测一次, 一年后的监测频率率可按有关沉降量监测要求执行。

国家对地下室防水制定了较为系统、全面的《地下工程防水技术规范》 (以下简称"规范") 以及相应的国标图集, 规范中对于不同防水材料、不同部位的防水构造做法均有较为系统、细致的交代与规定, 这对于保证、促进我国的地下防水设计、施工, 提高防水质量起到了很大的积极作用。

但在实际工程设计中, 总会出现各种各样的规范中难以全面涵盖的新问题、新情况, 导致设计者无规范和标准可依, 这种情况只能凭设计者的经验进行设计, 往往难以保证设计、施工质量, 抗浮锚杆的防水设计也属于此类情况。

本工程的抗浮锚杆一般按照2.8米间距成网格状布置并伸入结构筏板内, 直径150以下, 相当于将本来完整的地下室底板防水层戳了大量的洞口, 破坏了防水层的完整性, 产生大量的漏水点, 这对防水设计来讲是最大的忌讳, 由此产生了一系列的问题:

1、无相应的防水设计规范依据。

设计者在做施工图时, 细部构造节点往往习惯直接选用标准图集或根据规范中相应的要求进行设计, 但现行"规范"对于抗浮锚杆的防水构造设计要求只字未提, 有人建议按照规范中关于桩头防水构造进行设计施工, 但是笔者通过与施工单位沟通, 此方法根本行不通, 原因是桩头直径一般在500以上, 断面尺寸大, 而抗浮锚杆直径在150以下, 断面尺寸很小, 而且还有三根直径分别为36左右的钢筋, 基本没有水平操作面, 很难按照桩头防水构造进行设计施工。

2、设计、施工互相推诿。

由于无规范设计依据, 设计者为避免设计责任 (主要是担心一旦产生漏水, 建设方追究设计单位的责任) , 经常让施工企业自行按照经验施工, 设计者不再出具关于此部分的防水构造节点详图, 但因为房屋漏水、渗水问题产生的纠纷较多, 施工单位也深知其中的责任较大, 故坚持强调必须有施工图纸, 否则不予施工, 至此设计、施工双方形成僵持局面。

3、设计、施工缺乏经验。

产生以上问题的根源在于设计、施工双方均无此方面的成熟经验, 又没有规范设计依据, 所以心中没底, 没有把握能确保设计、施工的质量。

解决措施详述如下:

1) 防水设计原理。

(1) 根据“规范”的有关防水原则, 凡是在防水薄弱部位均做加强层。 (2) 锚杆在底板居中左右处做止水钢板, 目的是改变并延长可能渗透的毛细水路径, 阻止毛细水沿锚杆钢筋长驱直入, 使其不易穿透底板。

2) 防水措施。

根据以上原理, 在每个锚杆四周均做防水加强层, 为确保防水效果, 加强层做2道, 一道水泥基渗透结晶型防水涂料, 一道卷材防水, 其中卷材在锚杆处环绕钢筋热熔包裹, 上卷高度是自垫层向上至钢筋砼筏板底, 这样卷材形成筒状, 内有钢筋, 卷材做完后向筒内灌注防水密封膏, 必须与卷材相容, 以免起化学反应破坏防水。加强层做完后再做普通防水层即可;止水钢板应与锚杆钢筋满焊。

结语。超长大地下室混凝土在实际设计、施工过程中, 应把混凝土的裂缝控制看作一个系统工程。不应该片面强调材料等单一因素的作用, 而应把合理的材料选择与严密的设计方案、科学的混凝土配合比、严格施工组织和完善的工艺措施相结合, 才能确保混凝土的施工质量, 达到混凝土结构抗裂防水的目的。而在抗浮设计中, 除了要结合工程本身的设计需求、现场情况同工程造价之外, 还要对所选方案本身做出多方面的考虑, 以保证方案的合理性及方便实施的原则

参考文献

[1]建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001.

[2]建筑结构荷载规范GB50009-2001 (06版) .

[3]混凝土结构设计规范GB50010-2002.

[4]建筑抗震设计规范GB50011-2008.