地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計及處理措施研究

1、<p>　　地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計及處理措施研究</p><p>　　[摘 要]近年來，大規(guī)模的地下空間開發(fā)使得抗浮設(shè)計越來越受到重視，其中抗浮措施的選擇及浮力產(chǎn)生的機理是抗浮設(shè)計的關(guān)鍵。由于土體的復(fù)雜性，浮力產(chǎn)生的機理尚不明確，有待于進一步的研究。該文通過對浮力機理相關(guān)文獻的評述，認(rèn)為綜合考慮不同含水層之間的滲流以最終確定浮力的計算原則是合理的。如此計算浮力更加準(zhǔn)確，但需詳盡的水力勘測資料。本文討論了水浮力

2、以及工程抗浮力的計算問題，闡述分析了地下空間的抗浮設(shè)計要點。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]地下空間；抗浮設(shè)計；水浮力；抗浮錨桿； </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）27-0224-01 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　

3、隨著城市化進程的開展，地下空間開發(fā)越來越受到重視，且規(guī)模也越來越大。高層建筑的多層地下室、地下鐵道及隧道、地下停車場、地下商場、地下倉庫和地下市政設(shè)施都面臨著抗浮設(shè)計的難題。目前采用的抗浮措施主要有加重法、降截排水法、抗浮錨桿和抗浮樁等[1]，各種方法及聯(lián)合方法均有很多成功案例?？垢≡O(shè)計的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地確定浮托力，這也是近年來專家學(xué)者研究和討論的熱點，主要表現(xiàn)在抗浮設(shè)防水位的確定和粘土浮力計算折減問題。地下結(jié)構(gòu)受到地下水浮力的作用，導(dǎo)致建

4、筑底板破壞、梁柱節(jié)點處開裂及底板的破壞等。因此，工程的抗浮設(shè)計是否正確合理，直接關(guān)系到工程的安全可靠和工程造價，應(yīng)引起設(shè)計者的高度重視。 </p><p><b>　　1.存在的問題 </b></p><p>　　地下建筑的層數(shù)一般不高，但是建筑面積非常大，導(dǎo)致地下室處在地下水的浮力作用下，不能用自身重量來平衡這種浮力，導(dǎo)致地下建筑的頂板受到巨大力的作用，對于層數(shù)在3

5、層以下或底板埋深>7m的地下室來說，永久抗浮安全度往往不夠，導(dǎo)致地下室整體或局部上浮的工程事故時有發(fā)生，給國家和人民帶來了極大的損失，隨著地下空間的逐步利用，人們總結(jié)了出現(xiàn)這種問題的原因： </p><p>　　（1）沒有考慮到地下水浮力的作用或沒有對水浮力作用機理有足夠的認(rèn)識，導(dǎo)致在建設(shè)地下工程時沒有做抗浮驗算； </p><p>　?。?）沒有做好施工現(xiàn)場的地下水勘察工作，導(dǎo)致抗

6、浮設(shè)計中地下水水位的取值不當(dāng)，沒有考慮到極端天氣下出現(xiàn)的最高水位； </p><p>　　（3）設(shè)計人員忽視了抗浮計算中的一些因素，導(dǎo)致抗浮措施不當(dāng)； </p><p>　?。?）施工單位在地下工程建設(shè)過程中對于抗浮措施沒有引起足夠的重視。 </p><p>　　2.地下工程抗浮措施的選擇 </p><p>　　下水浮力的作用機理，可以采取配

7、重法來平衡水浮力，這種方法簡單有效，主要可以通過增加自身的重量來抵御水的浮力；工程上也采用設(shè)置抗浮樁的方法解決抗浮問題，其原理和配重法一樣，只不過設(shè)置抗浮樁是利用樁側(cè)面和土體的阻力來平衡浮力的。 </p><p>　　對于配重法，適用范圍廣，可以將增加的重量設(shè)置在底板上，通過抗浮計算得到需要配置的重量，然后再底板上設(shè)置回填層，用土、砂、石等密度大的材料進行回填，利用回填物的重量來增加地下工程的總體重量，達到抗浮的

8、目的。有時可以利用底板外挑部分回填一部分配重，達到增加自身重量的目的；對于底板為板柱或梁板結(jié)構(gòu)，可以利用底板柱帽或梁至地坪之間的空間設(shè)置回填土，這種方法可以解決地下工程抗浮問題，還可以作為底板的防水處理。綜上，配重法作為一種簡單可行的方法，不受地理條件、施工環(huán)境的影響，不但可以降低造價，還可以解決抗浮問題，常常作為基本方法予以采用。 </p><p>　　采用抗浮樁進行抗浮設(shè)計，主要是利用抗浮樁側(cè)面與土體的摩擦來

9、抵消地下水浮力的，抗浮樁的效果與樁長、樁徑、樁型以及周圍的地質(zhì)條件都有很大的關(guān)系，因為制造抗浮樁的造價高，所以一般使用在柱、墻下等抗浮面積較大、受環(huán)境條件、施工條件影響大的地方。 </p><p>　　抗浮錨桿是利用錨桿與砂漿組成一個錨固體，保證錨固體和巖土層的結(jié)合力，可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮錨桿具有造價低、施工方便、受力合理等優(yōu)點，廣泛的用于地下空間抗浮施工。在實際施工中，施工人員要根據(jù)地下工程的結(jié)構(gòu)形

10、式、地質(zhì)條件、浮力大小、施工條件和工期要求等因素確定采用何種抗浮措施。 </p><p>　　3.地下工程的抗浮設(shè)計 </p><p><b>　　3.1設(shè)計流程 </b></p><p>　　對于地下工程抗浮設(shè)計總原則，應(yīng)該滿足下式要求： </p><p><b>　?。?） </b></p

11、><p>　　式中：W――地下建筑自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和； </p><p>　　F――地下水浮力。 </p><p>　　當(dāng)?shù)叵陆ㄖ灾丶暗孛嫔献饔糜谰煤奢d標(biāo)準(zhǔn)值的總和不滿足（1）式要求時，應(yīng)進行地下建筑抗浮設(shè)計。 </p><p>　　在具體設(shè)計時當(dāng)建筑物的地面上結(jié)構(gòu)外邊線與地下建筑外邊線基本重疊時，地下建筑的抗浮設(shè)計按以下原則

12、進行： </p><p>　?。?）當(dāng)結(jié)構(gòu)重量大于地下水的浮力且滿足（1）式時，不必考慮地下水對地下建筑整體浮力作用，但應(yīng)在設(shè)計中提出施工中必須采取隔水或降水措施降低地下水位。 </p><p>　?。?）當(dāng)結(jié)構(gòu)重量小于地下水浮力時，地下建筑肯定要設(shè)置永久性抗浮構(gòu)件或采取其他有效措施以平衡地下水對整體結(jié)構(gòu)的浮力。 </p><p>　　（3）上述兩種情況還必須考慮地

13、下水浮力對地下建筑底板的反向作用，保證地下建筑底板構(gòu)件在地下水反向作用下應(yīng)具有足夠的強度和剛度，并滿足構(gòu)件的上拱抗裂要求。 </p><p><b>　　3.2水浮力計算 </b></p><p>　　一般情況下，水浮力可以由巖土工程勘察報告提供的用于計算地下水浮力的設(shè)計水位，根據(jù)阿基米德定律依照公式： </p><p><b>　　

14、（2） </b></p><p>　　其中，為水浮力；為地下建筑重力；為覆土重力；為承重地下水浮力作用的豎向受力單元的地下室柱網(wǎng)面積；為樁柱重力；為承臺重力；為±0.000以上主體垂直荷載。 </p><p>　　若計算結(jié)果v>0，則應(yīng)采取抗浮措施。在浮力計算過程中要注意：當(dāng)?shù)叵陆ㄖ娣e與上部主體結(jié)構(gòu)面積相同時，可簡單比較地下建筑水浮力與建筑總荷載的關(guān)系，來判斷

15、是否可能發(fā)生上?。划?dāng)?shù)叵陆ㄖ娣e大于上不主體建筑±0.000層面積時，或按裙房樓層比較浮力與建筑總荷載，浮力大于建筑總荷載時，應(yīng)以豎向受力構(gòu)件為單元分析浮力的平衡狀態(tài)。 </p><p><b>　　3.3抗浮設(shè)計 </b></p><p>　　當(dāng)計算所得的浮力 時，應(yīng)采取抗浮措施，在選擇抗浮措施時，要做到經(jīng)濟合理，首先要分析工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并分別區(qū)

16、別施工階段和竣工后使用階段的不同情況。 </p><p>　?。?）施工階段的抗浮措施。地下建筑物若處于透水系數(shù)比較大的粉質(zhì)粘土、粉土、砂土中，由于正值施工期間，地下建筑的頂板和覆土尚未完成，此時底板和外墻已施工完成。在地下水的作用下，形成了水浮力，當(dāng)浮力不大時，可以利用排水明溝、集水井進行排水，以減少水浮力；當(dāng)土質(zhì)的滲透系數(shù)大，應(yīng)在地下建筑底板中設(shè)置后澆帶，利用板下的墊石作為倒濾層，排除水后，直到地下建筑底板的

17、水排干凈后，澆筑后澆帶的混凝土。 </p><p>　?。?）永久性抗浮措施。在上面提到利用配重法、抗浮樁法、抗浮錨桿等來平衡地下水浮力，工程中常用的永久性抗浮措施：抗浮錨桿，由于粘質(zhì)粉土、硬塑狀粘土或風(fēng)化基巖適宜鉆孔注漿，若地下建筑底板下是這些土層，可以利用注漿錨桿法。抗浮錨桿具有良好的底層適應(yīng)性，易于施工，錨桿布置非常靈活，錨固效率高。由于其單向受力特點，抗拔力及預(yù)應(yīng)力易于控制，有利于建筑構(gòu)件的應(yīng)力與變形協(xié)調(diào)

18、，降低結(jié)構(gòu)造價，在許多條件下，優(yōu)于配重法和抗浮樁法。 </p><p>　　地下室的抗浮設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要組成部分。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)地下工程具體情況進行認(rèn)真分析，正確計算水浮力與抗浮力，處理好工程整體抗浮與局部抗浮的關(guān)系，選擇合理的抗浮措施，既保證地下工程的安全，又節(jié)省投資。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p&g