一位结构设计总工的总结5667

1、 地下水作用地下室应考虑地下水对基础（包括地下室底板）的浮托作用，对地下结构侧壁的侧压作用。基础设计考虑施工期间或建筑物使用阶段地下水对基础持力层可能产生的软化作用。一、 地下水作用的决定：1、 地下水的设防水位应取建筑物使用年限内（包括施工期间）可能产生的最高水位。当建筑物所在地方有历年最高水位记录时，可取当地历年最高水位。如果岩土工程勘察报告中没有提供地下水的最高水位时，地下水设防水位可取建筑物的室外地坪标高（见广东省建筑地基基础设计规范）。深圳市有些勘察部门就是按这原则提供的。主要因为深圳市没有历年最高水位的记录。地下水设防水位一般应由勘察部门在勘察报告中提供。但就特别注意建筑中地下室有

2、一边或多边有土，而其他边无土的情况。此时地下室设计抗浮水位应与勘察部门共同研究决定。2、 结构基础底面承受的水压力应按全水头计算。3、 地下室侧壁所受的水压力宜按水压力与土压力分别计算的原则计算。此时土压力应考虑土的浮重度，可取810Kg/M3。计算地下水作用时，取水的重度为1000kg/m3。4、 地下水对地下室侧壁的侧向作用或对地下室底板的浮托作用，作用点的压强计算公式为：=h，式中为水的重度，h为作用点至地下室地下水设防水位的距离。此时考虑地下水为静水压力。5、 当地下水主要为上层滞水时，地下水作用应视具体情况而定。如图1所示，上层滞水下皮在基础底标高以下，而基础以上土层为透水层。此时地

3、下水作用水头高度应取h1。又如图2所示， 基础埋设在隔水层中（比如较密实的粘土层），因此可认为基础底板不受上层滞水的浮力作用，只是在计算侧壁时考虑h2高度的水头压力。6、 地下室底板及侧壁在作结构构件截面设计时，地下水作用分项系数取1.21.35（有的资料提供为1.21.4）。当在结构设计使用期内，地下水位变动不大时，或给出为为历年最高水位时，可按永久荷载分项系数，即取1.2；当地下水位变化较大时，宜按分项系数为1.35或1.4取值。应注意，地下水作用的分项系数只是表明按承载能力极限状态设计时的安全度，并不表示为设计水头高度是设计抗浮水位的1.21.35倍。二、 地下室抗浮设计：1、 地下室抗

4、浮稳定性验算应满足下式要求： W/F1.05式中W地下室自重及上部作用的永久荷载标准值的总和；F地下水浮力。 当地下自重及其地面以上作用的永久荷载标准值的总和不满足式（1）要求时，应采取抗浮措施。2、 当建筑物的地面结构外边线与地下室外边线重叠时（见图3），地下室的抗浮设计可按下述原则进行：（1） 当结构重量符合式（1）要求时，可不考虑地下水位对地下室的整体浮托作用。但应有可靠措施保证地下室施工时结构的抗浮稳定性。（2） 当结构重量不符合式（1）要求，地下室应采取有效的抗浮措施。在施工过程中也需要有可靠的措施保证地下室在施工期间结构的抗浮稳定性。（3） 上述两种情况都应考虑地下水浮力对地下室底

5、板的作用。保证地下室底板各结构构件在地下水作用下具有足够的强度和刚度，并满足结构构件的抗裂和裂缝宽度控制的要求。3、 当建筑物的地下室投影面积大于地面结构的投影面积，形成地下室周边外伸（见图4），且外伸部分结构重量小于地下水的浮托作用；或者当与主楼相连的裙房部分（见图5）结构重量小于地下水的浮托作用时，应对外伸部分及裙房部分进行抗浮设计，同时对外伸部分以及非外伸部分的各种结构构件应进行抗浮作用下的强度、刚度、抗裂和裂缝控制的计算。但对图4、图5所示地下室外伸部分及裙房部分亦可按地下水浮托作用的倒悬挑框架进行计算。4、 不论何种情况，应特别注意在施工过程中停止为施工目的而进行排水的时间，并宜在施

6、工图中特别地注明。工程实践中，有不少由于停止排水而使在施的地下室上浮的实例。三、 地下室抗浮措施：1、 增加需抗浮部分的自重。如增加楼板厚度，或将楼板设计成无梁楼盖。当需抗浮部分地下室地面无上部结构时，有条件的可在地下室顶板上增加覆土厚度。还可以在地下室底板上铺设一定厚度的覆土、砂卵石层、素混凝土层或用铁矿石为骨料的重混凝土层。也可以采用增加底板厚度的办法。但增加底板厚度、覆土厚度和在底板上加设各种填充层会使抗浮水位相应增加，不能得到最佳的效果。2、 将地下室底板沿外墙周围向外延伸，以利用向外延伸部分其上的土重压力与整体结构一起共同抗浮（如图6）。但应注意，这种办法只能解决整体抗浮的问题。并且

7、土重应考虑土的浮容重。在仅有地下室或仅有裙房的部分，这部分的结构重量还是满足不了抗浮要求。因此此部分还需要进行抗浮设计和采取抗浮措施。3、 增设抗拔桩。（1） 对原来采用桩基的建筑物，可将受竖向荷载的桩同时设计成抗拔桩。若原有承重桩作为抗拔桩后，仍不是以承受地下水位作用产生的所有浮力，则可在适当地方增设纯抗拔桩。纯抗拔桩可设在地下室底板梁下，也可以设在地下室底板范围。（2） 对原为独立柱基或筏板基础等天然地基，则可增设纯抗拔桩。抗拔桩位置可设在独立柱基下面、地下室底板地梁下和地下室底板下面。（3） 抗拔桩可设计成人工挖工桩、钻孔灌注桩、预制混凝土桩和预应力混凝土管桩等。抗拔桩的抗拔极限承载力R

8、ta和单桩抗拔承载力特征值Rea应按建筑地基基础设计规范DBJ15-31-2003附录H“单桩竖向抗拔静载试验要点”所述的方法，由现场试验确定。（4） 当未进行单桩抗拔静载试验，又无可靠经验作参考时，单桩竖向抗拔承载力特征值Rta可按下式计算： Rta = piqsiaLi-0.9G0 (2) 式中G0桩自重，地下水位以下取有效重度计算； qsia桩侧摩阻力特征值； p桩周长，p =d，对扩底桩（扩底直径为D）可按表1取值； 抗拔摩阻力折减系数，可按表2取值； Li第i层土层厚度。扩底抗拔桩破坏面圆周取值（表1）桩长/直径55pDd抗拔摩阻力折减系数（表2）岩 土 类 型砂土0.40.6粘性土

9、、粘土0.60.7软质中、微风化岩0.70.8硬质中、微风化岩0.80.9残疾土、强风化岩0.50.6注：1、钻冲孔桩取表中较小值； 2、桩长与桩径比小于20时，取表中较小值。（5） 对预应力管桩作为抗拔桩时，根据预应力混凝土管桩基础设计规程DBJ/TIS-22-98，其单桩抗拔承载力还应符合下式规定： NLRpL （3） RpLpcA （4）式中，NL单桩抗拔力设计值； RpL桩身抗拔承载力设计值； pc管桩混凝土有效预应力。可查管桩产品说明或国标预应力混凝土管桩03SG409第1114页。应注意的是，由于预应力混凝土管桩规程仍未根据新规范修改出版，所以98年规程仍采用设计值的概念，而不是新

10、规范的标准值和特征值。所以在使用公式（3）和（4）时，应充分考虑这一因素。对预应力管桩，为了尽量地节省预应力管桩的长度，可以用pcA = RpL这个值来反算预应力管桩的最小长度，或者按照pcA = RpL值作抗拔桩试验来求得预应力抗拔管桩最小长度。（6） 对于抗拔桩还应验算其桩身裂缝宽度。其最大裂缝宽度不应超过0.2mm。桩身裂缝宽度的控制，也是决定单桩抗拔竖向承载力特征值的另一个条件。4、 增设抗拔锚杆。锚杆宜进入岩层。如果岩层较深，锚杆可锚入坚硬土层，并应通过现场抗拔试验确定其抗拔承载力。锚入坚硬土层的锚杆尤其应有可靠的防腐保护措施。锚杆与钢筋混凝土结构底板的构件应有可靠的连接，并符合钢筋

11、锚固长度的要求。锚杆孔直径宜取3倍锚杆直径，但不得小于1倍锚杆直径加50mm。抗拔锚杆宜按图7采用。锚杆宜采用带助钢筋。锚孔填充可采用水泥砂浆或细石混凝土。水泥砂浆强度等级不宜低于M30，细石混凝土强度等级不宜低于C30。应注意灌浆前要将锚杆孔清理干净。锚杆可采用13根钢筋组成。当采用2根以上钢筋组成时，应将钢筋点焊在一起。单根抗拔锚杆承载力特征值应通过现场试验确定。当有可靠依据时，亦可按下式决定，但应采用现场单根抗拔锚杆承载力特征值试验去验证： Rta0.81 （5）式中Rta单根抗拔锚杆承载力特征值； 1锚杆孔直径； 第i层土或岩石厚度； 第i层土或岩体与水泥砂浆、细石混凝土的粘结强度特征

12、值。对于岩体可按表3采用。水泥砂浆或细石混凝土与岩石间的粘结强度特征值（表3）岩石坚硬程度代表性岩石风化程度fi值（Kpa）软岩中风化150200微风化200250较软岩白云岩、灰岩中风化200250微风化250400硬质岩硅质胶结砂岩、砂砾岩、花岗岩中微风化400600对于水泥砂浆或细石混凝土与岩体间的粘结强度特征值f在有条件时，应通过单根抗拔锚杆试验去决定。这是由于不同建造场地岩石的生成过程不同，岩体裂缝分布情况不同，岩体裂缝走向不同，会对f值影响甚大，设计时一定不可以忽略。抗拔锚杆的直径要比计算的要求加大一个等级。单根抗拔锚杆承载力可按下式计算： NtmaxRta （6）式中Ntmax按

13、荷载效应标准组合下，锚杆所承受的拔力最大值； Rta单根锚杆的抗拔承载力特征值。独立基础下的抗拔锚杆基础，其基础顶面应按图8所示计算配筋。基础顶部配筋量不应少于8-200。基础顶部的弯矩设计值Mc可按下式确定： Mc =1.25NtC （7）式中Mc基础顶部锚杆作用产生的弯矩值； Nt单根锚杆的抗拔承载力特征值； C拔力作用点到墙（柱）或基础台阶边缘的距离。抗拔锚杆可采用集中布置和均匀布置两种方法：集中布置就是将锚杆集中布置在基础桩承台内或独立基础内；均匀布置是将锚杆均匀布置在地下室底板（包括筏板和隔水板）以及底板梁上。集中布置方法受力明确，使传力途径简单。对有防水做法的底板，比较容易保证防水

14、做法的完整性。但往往由于柱基承台和柱独立柱基底面积较小，并且还有许多柱的纵向钢筋，造成锚杆施工困难，质量不易保证。对均匀布置方法，锚杆间距可以放大，施工简单，容易保证锚杆施工质量，并对结构构件（如底板梁和板）受力有利，因梁和板可利用锚杆当作抵抗水压力的集中力。但对有防水做法的底板，由于锚杆处防水不好处理，所以不宜采用这种均匀布置的方法，除非有可靠的防水节点做法。在以岩石层作为持力层的基础，集中布置方法锚杆可直伸入岩层，锚杆本身防腐简单。但对均匀布置方法，由于许多情况锚杆要穿越非岩石层，此时应特别注意锚杆的防腐问题。5、 在独立桩基下或者在柱下桩基础承台内增设抗拔桩或抗拔锚杆，可以充分利用柱传来

15、的上部恒载的作用，从而可以减少抗拔桩或抗拔锚杆的数量。而布置在底板或底板梁下的抗拔锚杆或抗拔桩，只能利用底板和地基梁直接传来的恒载作用，因而会相对增加抗拔桩或抗拔锚杆的数量。6、 预应力管桩作为抗拔桩时，预应力管桩与承台锚固方法可按图9所示。图9a表示采用预应力管桩的预应力钢筋直接锚入承台的方法。预应力钢筋锚入承台长度不少于50倍预应力钢筋直径，并不小于500mm。这种锚固方法，施工时要特别注意，否则容易将预应力钢筋凿断。图9b表示采用附加焊接钢筋的锚固方法。附加焊接钢筋锚入承台长度不少于a（aE），附加焊接钢筋数量应按抗拔桩抗拔承载力特征值进行计算确定。当有充分的试验依据，也可以采用如图10

16、所示的锚固方法。但由于后灌填心混凝土质量受人为因素影响较大，不容易保证浇灌质量。尤其当抗拔桩数量较多时，更不容易保证每个填心的施工质量。此外后浇混凝土与预应力管桩内壁间的粘结力目前仍无可靠的可用数据。故混凝土灌注最小深度L只能用现场试验的方法去确定，目前在工程实际中，L从1.54M不等。填心混凝土强度等级不小于C30。浇灌填心混凝土前，应先将管桩内壁浮浆清除干净。可以用内壁涂水泥净浆、混凝土界面剂或采用微膨胀混凝土等措施，以提高填心混凝土与预应力管桩内壁的粘结效果。薄圆钢板直径宜略小于管桩内径。7、 当地下室基坑支护结构采用排桩或地下连续墙时，设计时可考虑支护结构作为抗浮结构的一部分。此时支护

17、结构应采取措施，使其对地下室有可靠的约束，以保证支护结构和地下室的共同抗浮作用。但应注意，这种方法也只能解决整体抗浮的问题。在仅有地下室或仅有裙房的部分，这部分结构的重量还是满足不了抗浮要求。因此这部分仍需进行抗浮设计和采取抗浮措施。8、 地下室抗浮措施也有采用梁（板）式筏板基础加上滤水层的做法。这种做法主要是在梁（板）式筏板基础底下增设滤水层。滤水层常用500mm左右的小石滤水层。内中设有滤水网管。在小石滤水层下铺设过滤布。过滤布有铺设一层，也有铺设二层的。过滤布目的是尽量减少在以后抽水时，过滤布下土层的流失。为减少日常抽水量，设定水位如图11所示。即在抽排水过程中仍保持L高的水压，在此水压

18、作用下，地下室（包括地下室以上的恒载）恒载足以平衡水压力而不会产生上浮现象。但地下水一定要常年不断地抽排，以保证让水压力保持在L水头范围内。采用滤水层方法，国内也有工程实例。其最大优点是节约造价，施工简便，工期短。但也有以下不足或值得注意之处：（1） 滤水层必须设计成筏板基础，而且柱网间的基础梁需设计成反梁。这样便会增加地下室挖土深度和水浮力，从而增加造价。（2） 滤水层必须常年不断地抽排水。在抽排水过程中有可能将滤水层底的泥土或粉细砂同时抽走，这样会降低了滤水层以下持力层的承载力。（3） 也是因长期抽排水，泥土和粉细砂有可能被带入滤水层而滞留不动，积少成多，有可能会堵住滤水层原有的空隙，影响

19、滤水层的透水效果，甚至引起严重的堵塞。（4） 滤水层的构思是设定某一水位，在这水位以下可不考虑抗浮问题。可是沿建筑物地下室四周，由于土层的不一致，水位标高是不一致的。如何采用自动控制设施去控制各点水位同时都不超过设定的水位，应是一个很难解决的问题。（5） 对滤水层由于上部荷载作用产生的压缩变形应有严格的控制。（6） 滤水层本身的承载力特征值应进行压板试验测定，并应满足设计要求。（7） 滤水层中预埋的过滤网管强度应达到设计要求。（8） 当偶然停电时，无法解决继续不断地抽排水的问题。（9） 如图11所示，在大面积的地下室情形，a控制在什么范围才能保证所有部位的水压力q=L。这是一个很难解决的问题，

20、尤其当地下室面积很大，地下室底板范围内有qL时，水压增大，则原根据q=L原则设计的梁、板配筋就不满足实际要求了。四、 荷载组合：1、 地下室外墙：（1） 由于一般地下室顶板比外墙薄，而底板比外墙厚，所以一般可考虑外墙上部为铰接，下部为固定（见图12）。此时应注意底板配筋与外墙配筋的关系，即应保证节点的静力平衡（见图13）。外墙计算高度可取顶板中至底板中，或取顶板下皮至底板上皮乘1.05，即取净跨的1.05倍（见图12）。（2） 地下室外墙承受的荷载类型如图14所示。图中为q1土压力，其分项系数为1.2；q2为地面有活荷载q时引起对墙的侧压力，分项系数为1.4；q3为水压力：2 q1=h1tg2（45- ）=mh1 （8） 式中，土的平均重力密度，当有水压力时，可取浮重度； h1地下室外墙计算高度； 地下室外墙土层的内摩擦角，可按表4采用； m系数，见表4。（表4）土的类别湿压实粘土（很湿）湿砂、湿压实粘土（很湿）砂石干土（粗碎块）湿润的砂干细砂、湿腐植土卵石湿润粘土内摩擦角20252635303340354045m0.4900.4000.3820.3330.2860.2710.2180.1722q2 = qtg2(45- )=mq （9）式中：q地面活荷载。q3 = h2 （10）式中：h2地下水