地下室抗浮设计计算方法分析

PAGEPAGE2地下室抗浮设计计算方法分析摘要：随着地下室的功能要求的提高，要求设计人员对地下室的抗浮设计有充足的认识，本文对抗浮设计水位和防水设计水位的进行了区分，探讨地下室抗浮设计的验算，同时结合某具体工程实例进行相关计算，纯地下室区域更容易不满足抗浮设计的要求，此时可以灵活结合传统的“压”或者“拉”的方法，进行结构的抗浮设计。关键词：地下室；防水设计水位；抗浮设计水位；抗浮验算1引言随着城市的快速发展，城市土地的有限，人们对地下室空间的利用要求越来越高，地下室的建设范围和开挖面积越来越大，开挖深度也在不断增加，有些综合酒店或者大型商场地下埋深甚至达到了数十米，因此，在基础设计中，地下室的抗浮问题逐渐浮出水面，关于如何解决地下室的抗浮已经成为一个结构工程师在设计中经常面临的问题，也是需要引起结构工程师重视的问题。2地下室抗浮设计中的注意事项2.1注意防水设计水位和抗浮设计水位的区别防水设计水位，主要是用于地下室建筑外防水和确定地下室结构外墙及基础底板混凝土的抗渗等级，主要涉及建筑和结构的防水设计标准问题，与整体结构或结构构件的抗浮设计无关。抗浮设计水位是当地下室基础埋深较大，地下水的水浮力对建筑物较大，在地上建筑层数少，上部荷载小，防止建筑物在施工完成后活荷载未施加时，在水浮力的作用下，能使建筑物“漂浮”起来的设计水位，一般抗浮设计水位取历年来防水设计水位的最高值。抗浮设计水位，可用于结构的整体稳定验算基结构构件的设计计算。很多设计人员对防水设计水位和抗浮设计水位认识不清，认为二者是相同的，这样做的后果导致计算数据不符合实际情况，不满足规范要求，甚至出现地下室底板开裂、漏水等比较严重的后果。所以应根据实际的工程情况，当存在地下室或者地下室埋深较大时，应提高警觉性，核查勘察报告是否提供抗浮设计水位，并要确定数据的准确性和合理性，必要时可提请建设单位委托勘察方对抗浮设计水位进行专项论证。2.2注意地下室抗浮设计的常见情况最常见的情况是在施工期间，未准确考虑设计的使用荷载，例如室外回填土、施工堆载等还没有完全考虑到位，就停止了地下室外的降水措施，水位一旦回升，很大情况会出现抗浮能力不足，造成地下室的上浮，引发地下室梁板柱的开裂等等，为此造成安全隐患和经济的极大损失。施工当中会出现地下室施工完毕便停止降水，虽然地上结构的层数较多，但是因为还没有施工或者正在施工中，提前停止降水，会导致地下室的自重无法抵抗地下水的浮力，这种情况应对地下室进行施工阶段的抗浮验算，并采用相关的抗浮措施。另外如果地下水位比较高，地下室埋深较大，且地下室上部无建筑物时或者地上建筑层数较少，都会出现结构的自重抵抗不住地下水的浮力，此时也需要对整体结构进行抗浮验算。3地下室的抗浮设计验算实际工程中，大部分的设计人员比较重视结构构件的设计和计算，对地下水的作用力缺乏一定的认识，容易忽视地下室的抗浮验算，觉得具有上万吨自重的地下室怎么会浮起来，可以想象上万吨位的轮船尚能在江河湖海中自由航行，可见水浮力之大。假设地下室是一个“船”，地下室的侧墙和底板组成一个封闭的船身。它所产生的水浮力有多大呢，可以计算一下，假设地下室长度为100m，宽度为40m，水位标高为4m，产生的浮力是体积乘以水容重为16000吨，不容忽视。地下室的抗浮设计的目的就是要保证地下室不被浮起来，本身又不被破坏。按照《地基基础设计规范》抗浮稳定性应符合下列要求：式中：为建筑物自重及压重之和（KN）；为浮力作用值（KN）；为抗浮稳定安全系数，一般情况下取1.05。地下室抗浮设计普遍一般采用两种方法，一种是采用增加结构配重即“压”法，另外一种是采用抗拔桩或者抗浮锚杆。4工程实例某工程项目位于陕西省宝鸡市，该项目总建筑面积为42833.7平方米，分为1#楼和2#楼，为22层住宅，地下1层。本工程地勘报告提示，地下水属第四系松散层孔隙潜水，主要接受大气降水补给，通过地下径流排泄。据区域水文地质资料，地下水位年变化幅度为1.0～2.0m。勘察期间实测地下水位埋深2.20～2.60m，相对高程97.22～97.55m。地下室抗浮设计水位换算标高为-2.2m，拟建建筑物基础底标高为-10.1m。考虑到本工程主楼部分为地上22层，地下1层，故主楼部分抗浮满足要求，不需要进行抗浮计算。本工程纯地下室部分，由于上部无建筑物，需要进行抗浮验算。纯地下室部分地上荷载一致，结构布置均匀，选取其中一部分进行计算，以下采取两种做法分别进行讨论：4.1采用增加结构配重工况1抗浮设计采用增加结构的配重，即在基础底板上铺设1.3m厚的铁炉渣。计算过程如下：水浮力：（10.1-2.2）×10＝79KPa=0.25×25×8.6×7.1=381.625KN=1.2×18×8.6×7.1=1318.896KN=0.4×0.8×7.1×25+0.45×0.85×8.6×25+0.25×0.6×7.1×25×1+0.25×0.6×8.6×25×2=230KN=（8.9-0.85）×0.6×0.6×25=72KN=0.6×25×8.6×7.1=915.9KN=0.6×0.6×25×8.6+0.6×0.6×25×7.1=141.3KN=1.3×27.6×8.6×7.1=2190.833KN=+++++=5250.554KN按照《地基基础设计规范》5.4.3的要求，可知：，满足抗浮稳定性要求。4.2采用抗拔桩工况2假如不采用地下室底板不铺设1.3m厚的铁炉渣来增加配重，地下室地面做法按照建筑功能的要求只铺设600mm厚的回填土。计算过程如下：=0.6×18×8.6×7.1=659.448KN=+++++=3577.569KN按照《地基基础设计规范》5.4.3的要求，可知：由计算可知，此时不满足抗浮稳定性的要求，可采取抗拔桩的方式来进行抗浮稳定性的计算。此时×1.05-=79×8.6×7.1×1.05-3577.569=1497.058KN，取1500KN。柱下采用2根抗拔桩，桩径700mm，桩长12m。根据地勘报告，可计算出=3.14×0.7×（130×3+110×9）=3033KN，单桩抗拔承载力特征值Ra=1517KN。=3.14×0.7×(130×3+110×9)+2500×3.14×0.7×0.7/4=3994.865KN，单桩抗压承载力特征值Ra=1997KN。桩数n=2时，2Ra=3994.8655KN大于3577.569KN。说明此时选用2根桩时，可以同时满足抗压和抗浮。以《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）公式（7.1.2-1）~（7.1.2-4）来计算最大裂缝宽度。取1225（As=5890.44mm2）进行试算，桩混凝土等级为C35，将已知数据代入公式计算，=0.13＜0.2mm，满足正常使用极限状态最大裂缝控制要求。5结论本文主要结合现行的设计规范和设计理论，对地下室抗浮设计中的一些问题进行了探讨，主要结论如下：地下室抗浮设计可以根据工程的实际情况，来选择采用增加配重或者抗拔桩的抗浮设计方案。选择抗拔桩的设计时，桩的配筋应满足裂缝的要求。同时应该考虑两种方案的经济性，以便能够在保证安全合理的前提下，综合选择合理经济安全的抗浮设计方案。参考文献[1]袁正如.地下工程抗浮设计中的几个问题[J].地下空间与工程学报,2007(03).[2]游庆,陆有忠.地下室抗浮设防水位标高取值的讨论以及抗浮措施[J].地地质与勘探,2019,55(05)1314-1321.[3]中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范:GB50007－2011［S］.北京:中国建筑工业出版社,2011.[4]熊维,王瑞海,刘佳忆.如何确定场地抗浮设防水位［J］.山西建筑,2012，38(23):