淺談地下室底板抗浮設(shè)計(jì)

李春慶

摘要:隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)用地也相對緊張，因此，地下工程的建設(shè)也非常廣泛。在地下工程的設(shè)計(jì)最常見的是抗浮設(shè)計(jì)問題，一旦處理不當(dāng)將直接影響建筑的安全性。本文結(jié)合工程實(shí)例，對地下室的抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，對地下室抗浮計(jì)算和方案制定中應(yīng)該注意的問題做一歸納總結(jié)，供設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞:地下室底板；抗浮計(jì)算；荷載計(jì)算；抗浮方案；設(shè)計(jì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長，城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，城市建設(shè)用地相對緊張，建筑物朝著高、大、深、重的方向發(fā)展，為了滿足需要，地下車庫、地下室的開發(fā)和利用越來越多。地下室等地下建筑不得不面臨的問題就是地下結(jié)構(gòu)物的防水與抗浮問題，埋深較大的地下室抗浮問題就顯得尤為重要。因?yàn)楦×Φ拇嬖?會(huì)對地下結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，地下建筑物整體不均勻浮起,導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)處開裂和底板破壞以及建筑物的傾斜等，如不進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì),將給結(jié)構(gòu)留下安全隱患。因此，如何解決地下室的抗浮問題引起工程師的廣泛關(guān)注。

1 工程概況

某建筑工程，地上17層，地下1層，建筑總高度為52.0m，采用框剪結(jié)構(gòu)。該工程有大片的一層地下車庫，采用框架結(jié)構(gòu)。主體采用靜壓預(yù)應(yīng)力方樁基礎(chǔ)加抗水板，地下車庫采用獨(dú)立基礎(chǔ)加抗水板。地下車庫與主體分縫，僅基礎(chǔ)相連。該工程0.000相應(yīng)于絕對高程為13.855。設(shè)計(jì)水位絕對高程為12.000，相當(dāng)于-1.855；抗浮水位絕對高程為13.150，相當(dāng)于-0.705。6＃樓地下室地面標(biāo)高為-5.400（以下稱為“地面一”），局部地面標(biāo)高為-6.400（以下稱為“地面二”），地下車庫地面標(biāo)高為-3.000（以下稱為“地面三”）。

2 地下室抗浮計(jì)算

2.1 6＃樓主體結(jié)構(gòu)抗浮方案初定

6＃樓為高層建筑，建筑總重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水浮力，所以可以不考慮整體抗浮，只需要考慮局部抗浮，即需要考慮抗水板的配筋計(jì)算。抗水板是抵抗水浮力的構(gòu)件，水浮力越大，抗水板配筋越大；抗水板上壓重越大，抗水板配筋越小。因此，當(dāng)時(shí)就有兩種方案選擇：方案一是將抗水板板面取到-6.400，即與地面二相平，地面一的地方壓重，以減小抗水板配筋。方案二是為了方便施工，將抗水板和大部分單樁承臺（高度1.0m）底作平，即板底標(biāo)高為-7.400，板面取到-6.900，地面一、地面二的地方壓重，以減小抗水板配筋。

(1)方案一荷載計(jì)算

該工程6＃樓所有承臺、基礎(chǔ)梁、抗水板的面標(biāo)高均為-6.400（電梯間筒體下承臺面標(biāo)高為-7.100），抗水板板厚取500mm，板底標(biāo)高為-6.900，在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400，回填厚度1.0m。（見圖1）

圖1 方案一示意圖

則抗水板所受浮力為：（6.9－1.855）×10＝50.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為：0.5×25＋1.0×20＝12.5＋20＝32.5kN/m2（方向向下，用于地面一），0.5×25＋0.0×20＝12.5＋0＝12.5kN/m2（方向向下，用于地面二）。

(2)方案二荷載計(jì)算

該工程6＃樓所有承臺、基礎(chǔ)梁、抗水板的底標(biāo)高均為-7.400（局部承臺底標(biāo)高為-8.400和-9.100），抗水板板厚取500mm，板面標(biāo)高為-6.900，在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400，回填厚度1.5m；在地面二處的抗水板上用毛石混凝土回填至-6.400，回填厚度0.5m。（見圖2）

圖2 方案二示意圖

則抗水板所受浮力為：（7.4－1.855）×10＝55.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為：0.5×25＋1.5×20＝12.5＋30＝42.5kN/m2（方向向下，用于地面一），0.5×25＋0.5×20＝12.5＋10＝22.5kN/m2（方向向下，用于地面二）。

(3)分項(xiàng)系數(shù)及荷載設(shè)計(jì)值

抗水板水浮力按活荷載考慮，分項(xiàng)系數(shù)取γQ=1.4，抗浮荷載為恒荷載，對結(jié)構(gòu)有利，則其分項(xiàng)系數(shù)取γG=1.0。

則方案一荷載設(shè)計(jì)值為：50.45×1.4-32.5×1.0＝38.13kN/m2（方向向上，用于地面一），50.45×1.4-12.5×1.0＝58.13kN/m2（方向向上，用于地面二）；則方案二荷載設(shè)計(jì)值為：55.45×1.4-42.5×1.0＝35.13kN/m2（方向向上，用于地面一），55.45×1.4-22.5×1.0＝55.13kN/m2（方向向上，用于地面二）。

(4)6＃樓主體結(jié)構(gòu)抗浮方案最終決定

經(jīng)過上述計(jì)算對比，方案二比方案一的抗水板板面低0.5m，考慮在上面多填充荷載以抵抗部分水浮力來減小抗水板的配筋。但經(jīng)過計(jì)算，抗水板的荷載設(shè)計(jì)值相差不大，所以得出結(jié)論：降低抗水板板面標(biāo)高，在其上填充荷載以抵抗水浮力的效果是不明顯的。所以采用方案一，使抗水板盡量淺埋，且能減少土方的挖方量。

至于抗水板的配筋計(jì)算，則可以通過上述的荷載設(shè)計(jì)值查結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊來確定梁板的內(nèi)力和配筋，也可以用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（例如PMCAD）來建一層模型來計(jì)算梁板配筋。

2.2 地下車庫抗浮方案

對于地下車庫，由于只有一層，建筑總重較小，有可能不足以抵抗水浮力，所以需要整體抗浮計(jì)算和局部抗浮計(jì)算。地下車庫基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深取1.5m，基底標(biāo)高為-4.500，抗水板250mm厚，板底與基底想平，上面碎石砂回填至設(shè)計(jì)地面-3.000回填厚度1.25m。（見圖3）

圖3 地下車庫抗浮方案示意圖

(1)地下車庫局部抗浮設(shè)計(jì)

場地設(shè)計(jì)水位為-1.855，則抗水板所受浮力為（4.5－1.855）×10＝26.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為0.25×25＋1.25×20＝6.25＋25＝31.25kN/m2（方向向下）；荷載設(shè)計(jì)值為26.45×1.4－31.25×1.0＝5.78kN/m2（方向向上）。由于抗水板荷載較小，經(jīng)過計(jì)算配筋均為構(gòu)造配筋（此處計(jì)算省略）。

(2)地下車庫整體抗浮設(shè)計(jì)

該工程地下車庫建筑平面布置均勻，所以結(jié)構(gòu)荷載均勻。因此只需要地下車庫平均每平方米總重力不小于水浮力即可滿足整體抗浮要求。粗略計(jì)算如下：地下室頂板180mm（重0.18×25＝4.5kN/m2），上面覆土600mm（重0.6×13＝7.8kN/m2），抗水板250mm厚（重0.25×25＝6.25kN/m2），抗水板上覆1.25m厚的碎石砂（重1.25×20＝25kN/m2），則總的抗浮荷載為4.5＋7.8＋6.25＋25＝43.55kN/m2（方向向下）。場地抗浮水位為-0.705，則抗水板所受浮力為（4.5－0.705）×10＝37.95kN/m2（方向向上）。

水浮力37.95kN/m2小于抗浮荷載43.55kN/m2，所以地下車庫整體抗浮滿足要求。

(3)地下車庫整體抗浮設(shè)計(jì)擴(kuò)展

當(dāng)抗水板整體抗浮不滿足要求時(shí)，常規(guī)做法有壓重和抗拔兩種。壓重就是在抗水板板面或地下室頂板覆土壓重以抵抗水浮力；抗拔就是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)抗拔樁或者錨桿來抵抗水浮力?？拱螛兑酥苯釉O(shè)計(jì)在柱下，枯水期地下水水位較低時(shí)作為框架柱的基礎(chǔ)，此時(shí)樁身受壓；豐水期地下水水位較高時(shí)作為抵抗水浮力的抗拔樁，此時(shí)樁身受拉。錨桿一般和獨(dú)立基礎(chǔ)相結(jié)合來設(shè)計(jì)，其僅僅起到抵抗水浮力的作用，一般設(shè)計(jì)在獨(dú)立基礎(chǔ)底部。但是，為了優(yōu)化抗水板的配筋設(shè)計(jì)，可以將錨桿設(shè)計(jì)在抗水板上，大概在板跨1/3和2/3處，以減小抗水板的配筋。

3 結(jié)語

總之，地下室的抗浮是建筑工程設(shè)計(jì)過程非常重要的一部分，但地下室的抗浮設(shè)計(jì)往往被忽略，而導(dǎo)致的不良后果便是地下室浮起、地下室底板裂縫滲水等等，都是直接影響到結(jié)構(gòu)的正常使用甚至是安全的。在進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照工程的特點(diǎn)，選擇合理的計(jì)算條件，來充分考慮地下水對建筑的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅承誠 吳炳,地下空間抗浮設(shè)計(jì)[J].科技傳播,2011年06期

[2] 戴清峰,地下工程抗浮加固設(shè)計(jì)[J].中外建筑,2010年04期

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。