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岩土研究院

【专家观点】地下室抗浮设计总结

428 2020-10-28 16:29:30

随着人们对地下空间需求的不断增长,地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大,结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。其中地下室结构的抗浮设计有其特定的规律,需要我们进行总结,以取得良好的经济效益,达到结构稳固安全:

对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言,塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题,但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求,针对此种情况,结合本人的工程设计经验,总结出以下一些措施。


1、确定科学合理的抗浮设防水位

目前,地质勘查单位提供的岩土工程勘查报告中对地下水水位提出了三个指标:

1)拟建场地历史最高水位; 

2)近3~5年最高水位;

3)勘查时的实测静止地下水位。


确定地下室抗浮设防水位时应根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)确定的原则:

1)当有长期水位观测资料时,场地抗浮设防水位可采用实测最高水位;无长期水位观测资料或资料缺乏时,按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。

2)场地有承压水且与潜水有水力联系时,应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响。

3)只考虑施工期间的抗浮设防时,抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。


2、在建筑允许的情况下,尽可能提高基坑坑底的设计标高,间接降低抗浮设防水位。具体措施有以下几种:

1)采用平板式筏板基础。

一般而言,平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当,但后者的基础高度一般要比前者高。

2)楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。

一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/16~1/22 ,宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高,从而相对降低了抗浮设防水位。


3、采用排水抗浮法:

排水抗浮工法的原理:排水抗浮工法种类多样,设计方式也各有不同。目前工程应用中较常见的有:竖井降水法、倒滤层法、盲沟排水法及CMC静水压力释放技术等。无论是哪一种工法,它们的工程原理基本相似,亦即利用疏导的方式排除部分地下水,将基底的地下水位有效降低,以达到消除或减小地下水浮力或水压力的目的。其基本原理如图1所示。

采用此类技术解除地下水浮力时需注意项目所在地点的地质条件,避免因地层条件、选用方法及设计水头不适合,造成出水量过大引起周边地区产生较大且远的水位泄降面(漏斗面),危害邻房及外围设施安全。


4、增加地下室的重量

增加地下室本身的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法,但这种方法还应该结合地基土的承载力而定,不能顾此失彼。对主体结构的地基承载力进行深度修正时,因增加地下室的重量可以提高主体结构的有效埋置深度,从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。

增加地下室重量的方法来进行地下室抗浮,笔者认为可以采用以下两种方法:

1) 增加基础配重。此种方法大致又有以下几种情况:a.增加基础底板的厚度;b.增加基础顶面覆土厚度;c.基础顶面采用重度大且价格低廉的填料。这三种方法的共同特点是:在增加基础配重用以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度,从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度,因此它不是一种效率最高的方法。

2) 增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是:在不增加基坑坑底标高的前提下,增加了地下室的重量,而且使用厚板后,地下室顶板的大板块之间可以不再设置次梁,既有利于其他专业的使用,又简化了施工工序;但此种方法的缺点是会略增加地下室顶板框架梁的负荷,而且由于板厚有限,这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。


5、设置抗浮桩

表面上看这是一种解决抗浮问题行之有效的方法,但仔细分析,这种方法也有一定的局限性,且不说设置抗浮桩的造价如何,单从结构受力方面讲,由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的,即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位,也是按一定的统计规律得出的结论,很显然,这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的,加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩都具有一定的安全储备,因此, 计算值未考虑水浮力的有利作用,而这种变化将会使不设缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差,这正是我们在设计中想极力避免的;同时设置抗浮桩后,计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力,这样也会增加基础底板的荷载。另外一方面,如果地下水位长期处于一种较高的水平之上,设置抗浮桩也不乏是一种有效的方式。因此,抗浮桩是一把双刃剑,使用时需仔细考虑。


方法1、2、3可以称之为主动方法,而方法4和5是一种被动的方法,有时方法1、2、3和4也会同时使用。


另外,容易被忽视的是施工期间的抗浮,地下室顶板和覆土尚未完成,此时底板和外墙已施工完成,如果遭遇大雨,地下室抗浮是较不利的,若设计未考虑施工期间的抗浮问题,容易造成事故。


总之,地下室的结构设计是一个综合性很强问题,涉及到的内容繁多而复杂,有些问题至今尚未得到很好的解决,现代高层建筑由于地下工程庞大,建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上,因此无论是从技术还是从经济的角度讲,都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题,提高地下室结构设计的水平,真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。