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岩土研究院

深圳某医院工程中综合抗浮技术经验总结

379 2020-12-10 11:13:36



摘 要:深圳市某医院地下室底板相对标高-16.500m,原采用冲孔灌注桩作为抗拔桩,经检测抗拔力未能满足要求。通过论证采用主动抗浮和被动抗浮相结合的方案,具体包括增加自重、设抗浮锚杆和泄水抗浮等措施,实施效果良好。

深圳市某医院住院楼总建筑面积9.96万m²,地下室3层,底板标高-16.500m,地上为一栋5~13层的塔楼。本工程共设工程桩296根,其中抗拔桩174根,桩位平面见图1,抗拔桩桩径分别为1400,1600,1800mm,桩长17~23m。桩基工程施工结束后,对单桩竖向抗拔静载试验进行抗拔力检测,共试验4根抗拔桩,仅1根桩的抗拔力符合要求,检测最小值仅达设计值的70%。


本工程基坑支护采用1200@1500旋挖桩护壁(桩长为地下室底板向下8000mm)。结合钢筋混凝土内支撑,旋挖桩之间采用二重管旋喷桩止水帷幕,有效桩长18000mm。


1、工程地质条件

本工程原始地貌属沿海土体平原,地貌单元主体属震旦纪片麻岩风化剥蚀低台地中的冲、洪积地段(一级阶地),原场地地面的标高为13.240~17.900m(相对标高-2.760 ~+1.900m)。


1.1 土层条件

场地的岩土层自上而下为:第四纪素填土(Qml)、第四纪冲洪积物(Qal+pl)、第四纪残积物(Qel)和震旦纪片麻岩(Zyk)。


1.2 地下水

地勘报告显示,地下水稳定水位埋深标高为-3.750 ~-5.150m(相对标高),地下水位最小埋深为1.0m。结合现场所测地下水位并结合周围建筑物勘察资料,考虑水位的季节变化建议抗浮水位设计标高采用 13.000 m,(相对标高 -3.000m)。本工程所在地区5~10月份雨量充沛,年降水量为1966.16 mm。


2、抗浮设计

GB50007—2010《建筑地基基础设计规范》3.0.2第6条规定“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”,但并未给出验算公式。抗浮设计应考虑的因素有抗浮水位确定、水浮力计算和抗浮措施选用等问题。


2.1 抗浮水位的确定

地下水抗浮水位的确定是地下室抗浮设计中的一个决定性参数,JGJ172—2004《高层建筑岩土工程勘察规程》规定:场地地下水抗浮设防水位的综合确定,宜符合下列规定:如有长期水位观察资料时,场地抗浮设防水位可用实测最高水位;如无长期观察资料时,应按勘察期间实测最高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。设计时,一般取工程地质勘察报告提供的建议抗浮设计水位高度。


2.2 水浮力Nw计算

浮力设计值可根据抗浮水位(或不利条件下建筑场地垂向孔隙水压力)和结构外部尺寸等因素,按浮力产生的力学机理进行计算,建筑物地下结构浮力:Nw =γw(Hw -Z0)A(1)式中:Nw为建筑物所受浮力作用(kN);γw为水的重度(kN/m3);H w 为抗浮水位标高(m);Z0为建筑基底标高(m);A为建筑基底面积(m2)。


2.3 抗浮稳定性

在水位回升后,地下工程存在着各种复杂的力学反应,具体情况不仅取决于抗浮水位和结构自重,还与工程结构形式、所处的围岩条件等多种因素关系密切,进行精确的抗浮稳定性评价比较复杂,抗浮稳定的安全性主要取决于抗浮稳定安全系数(Fsb)。当采用抗拔桩或抗浮锚杆时,采用下式计算。Fsb=(Gk+Tk)/Nw式中:Fsb为抗浮稳定安全系数,深圳地区取1.05;Gk为建筑物自重及压重力之和(kN);Tk为抗拔构件提供的抗拔承载力标准值(kN)。要求Fsb大于容许安全系数值,否则应采取抗浮措施。


3、抗浮措施

3.1 施工阶段的抗浮措施

(1)地下室底板、侧墙后浇带均在主体结构封顶后浇筑,以减少地下水压力对底板及侧墙的浮力。

(2)利用地下室后浇带留置的集水井用水泵抽取地下水,用于混凝土养护(地下水无腐蚀性)及工地临时绿化养护。


3.2 使用阶段的永久抗浮措施使用阶段采用主动抗浮与被动抗浮相结合的方案。

(1)采用泄水抗浮措施,利用地下室底板下设置盲沟进行水位控制,将抗浮水位降到绝对标高10.500m 以下;

(2)利用基坑支护桩与地下室底板间的空间增加荷载回填细石,底板边延伸到支护桩,并与支护桩作可靠连接;

(3)上述2种方法加上考虑原设计的旋喷桩止水帷幕,可将把抗拔桩单桩承载力特征值降到原单桩承载力特征值的60%;

(4)对降水后仍不满足抗拔承载力的5根桩,采用抗拔锚杆补强。


3.2.1 利用地下室结构及护壁增加自重本工程原设计地下室底板无挑边(图3a),修改为外挑700mm(图3b),利用室外回填土自重增加对底板压力,在地下3层及地下2层顶板增加30mm厚钢筋混凝土板带(植筋与护壁桩连接)。该法可将基坑支护桩的重力附加到地下室结构上(图4)。



3.2.2 抗浮锚杆

对采用降水及增加压重仍不能满足抗浮要求的5根桩,每根桩周边均匀布置6根锚杆,以抵抗地下水的浮抗力。锚杆孔径150mm,主筋328, 入中风化花岗岩不小于4m,且总长度不小于23m。单根锚杆抗拔承载力特征值Rt=290kN。锚杆大样见图5。


3.2.3 泄水抗浮措施

利用地下室底板后浇带,在其下方设置排水盲沟。地下室长180m,宽75m,在地下室底板下利用9道后浇带下方设置集成PVC盲沟,后浇带间每隔10~15m在底板下方增设盲沟(内填碎石)。地下室周边设10个抗浮集水井,底板下方盲沟与地下室外墙盲沟相通。底板下孔隙水经排水盲沟流向周边盲沟,汇集到抗浮集水井中。抗浮竖向渗井在-7.500 m标高处设100PVC 管,当室外水位到达此标高时,会自动流入设在负2层楼板上的水池内。水池内设有液压控制抽水机,将水自动抽向市政排水系统。为保险起见,当遇地下水位上升很快、预留的排水孔不能及时排水时,在泄水孔向上300mm高的位置(标高-6.500m)增设100保险孔,以确保地下水位能控制在安全水位。底板后浇带及底板下盲沟平面布置见图6。

3.3.2 盲沟设置

本工程盲沟分为后浇带下的盲沟、地下室周边竖向渗井下盲沟和底板下盲沟。前两种采用PVC集成盲沟,盲沟外包土工布,周边回填碎石。两种盲沟做法相同,仅尺寸不同。底板下的盲沟满填碎石。


(1)盲沟材料选用500g/m2针刺型土工布。级配均匀的碎石粒径10~40mm,含泥量不超过3%;PVC集成盲沟外径150mm,中空尺寸80mm,单位长度重量2kg/m,孔隙率不小于80%,压缩率5% 时抗压强度不小于36kPa。盲沟集水管设置在碎石过滤层下部,坡度不小于1%,不得有倒坡现象,渗入集水管的地下水导入集水井后用泵抽走。


(2)盲沟位置误差:根据现场条件盲沟平面位置可适当调整;沟底标高、高度及宽度允许误差均不大于50mm。


(3)土工布接头搭接长度不短于300mm。


(4)土工布随机抽样2组进行施工检验,检验项目为抗拉强度、顶破强度、孔径和渗透系数。


4、结束语

(1)在细砂层中采用冲孔灌注桩工艺进行抗拔桩设计,考虑到冲孔桩系采用桩周搅拌形成的泥皮作为护壁,而泥皮不但不能增加桩侧向摩阻力,反而会加大滑动力,对抗浮不利。若采用冲孔灌注桩做抗拔桩,建议增加桩周后注浆工艺,以加强桩身与周边泥土(岩石)的侧向摩擦力,加大抗拔力。


(2)抗浮设计是保证结构抗浮稳定性的重要工程手段,根据不同思路,总体可分为主动抗浮和被动抗浮两类措施。这两类措施各有优点和不足,需根据具体的结构条件、水文地质、建成环境及技术经济条件综合确定。从技术发展趋势并结合本工程的抗浮效果看,主动抗浮和综合抗浮措施优点较多,有较好的应用前景。


(3)设计抗浮桩时,除需考虑抗浮力大小外,还需综合结构特征,从裂缝控制、变形控制、承载力控制等方面进行设计。扩底抗浮桩在经济和技术上都有很大的优势,但由于施工难度大,一般工程抗浮桩均采用等截面的形式


作者:温静(深圳市鹏城建筑集团有限公司)

本文仅供学术经验分享之用

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