淺析建筑物基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)

張俊利 13891858763

（陜西同濟(jì)土木建筑設(shè)計(jì)有限公司  郵編:710002）

    當(dāng)前民用建筑設(shè)計(jì)中，高層和超高層建筑逐漸增多，基礎(chǔ)埋深逐漸加深，同時(shí)裙房、純車庫地下室或廣場的地下商場等建筑物越來越多。當(dāng)建筑物存在地下室，且基礎(chǔ)埋深較深，基礎(chǔ)埋深超過建筑物抗浮設(shè)計(jì)水位時(shí)，建筑物基礎(chǔ)底板應(yīng)考慮水浮力的作用。當(dāng)建筑物的水浮力標(biāo)準(zhǔn)值大于建筑物的抗浮重量時(shí)，尚應(yīng)對建筑物進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。

    一、抗浮設(shè)計(jì)水位及水浮力計(jì)算

    抗浮設(shè)計(jì)水位應(yīng)由勘察報(bào)告提供，抗浮設(shè)計(jì)水位應(yīng)根據(jù)長期水文觀察資料確定，并綜合考慮諸多因素進(jìn)行確定，建筑物在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的抗浮設(shè)計(jì)水位不應(yīng)高于設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算所采用的抗浮設(shè)計(jì)水位。

    水浮力計(jì)算

    qw=γγw V

    qw   水浮力設(shè)計(jì)值

    γ   水浮力荷載分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)?shù)叵滤�位變化劇烈時(shí)，取1.4；當(dāng)?shù)叵滤�位變化不大時(shí)，取1.35

    γw  水的重度，可取10KN/m3

    V    建筑物在抗浮設(shè)計(jì)水位下排開水的體積（m3）

    二、抗浮措施

    當(dāng)水浮力標(biāo)準(zhǔn)值大于建筑物的抗浮重量時(shí)，需要采用必要的抗浮措施，以保證結(jié)構(gòu)安全，工程中常采用多種抗浮方法，如增加結(jié)構(gòu)配重來平衡水浮力（稱自重平衡法）；設(shè)置抗拔工程樁、抗浮錨桿（稱抗力平衡法）；基礎(chǔ)底板采用疏、排水措施，釋放水浮力；或采用前幾種方法綜合處理。現(xiàn)就對最常見的自重平衡法和抗力平衡法的抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

    自重平衡法，即采用回填土、石或混凝土等進(jìn)行平衡水浮力。滿足：

    G/S k ≥K      

    G   抗浮重量，即結(jié)構(gòu)自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和，不包括活荷載

    S w  水浮力標(biāo)準(zhǔn)值

    K   地下結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)，一般取1.05

    (2）抗力平衡法，即設(shè)置抗浮錨桿或抗拔樁，來消除地下水浮力。滿足：

    G/S w +nR≥K

    R   單根抗拔樁或錨桿抗浮承載力特征值

    n   抗拔樁或抗浮錨桿的數(shù)量

    三、水浮力對基礎(chǔ)、防水板的驗(yàn)算

    1、滿足自重平衡法的常用基礎(chǔ)形式有獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板、條形基礎(chǔ)加防水板、筏板（這里的筏板概指梁筏、平板筏），這幾種基礎(chǔ)形式的基礎(chǔ)一般都需滿足自重平衡法的要求，對于樁筏是例外，在工程樁即是抗壓樁又是抗拔樁時(shí)，可不滿足自重平衡法的要求。

    滿足自重平衡法的基礎(chǔ)，在標(biāo)準(zhǔn)組合下，既要滿足地基承載力的要求，又要滿足標(biāo)準(zhǔn)抗浮（自重平衡法），基礎(chǔ)內(nèi)力驗(yàn)算時(shí)按最不利進(jìn)行控制驗(yàn)算。

    （1）獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板、條形基礎(chǔ)加防水板

    獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板、條形基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)應(yīng)考慮防水板內(nèi)力的影響，由于設(shè)計(jì)地下水位較高時(shí)，防水板承擔(dān)了地下水浮力，同時(shí)又將其反力傳遞給獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮防水板對基礎(chǔ)的影響；在計(jì)算此類基礎(chǔ)類型的防水板時(shí)，由于防水板上水浮力和防水板及其上的覆土、建筑面層自重相抵消，故防水板無需計(jì)算，可按規(guī)范最小厚度采用構(gòu)造配筋，注意獨(dú)基加防水板基礎(chǔ)中，當(dāng)防水板厚度大于等于250mm時(shí)，仍另設(shè)基礎(chǔ)拉梁時(shí)，往往會(huì)引起防水板內(nèi)力分布的變化，改變獨(dú)基加防水板基礎(chǔ)的傳力途徑，受力復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)可不另設(shè)基礎(chǔ)拉梁，必要時(shí)可在防水板內(nèi)利用板內(nèi)鋼筋設(shè)置暗梁。此類基礎(chǔ)形式應(yīng)在防水板下設(shè)置軟墊層，這樣才能使獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)受力情況接近典型的獨(dú)基、條基。

    （2）筏板基礎(chǔ)

    對于筏板基礎(chǔ)由于在自重平衡法下的筏板基礎(chǔ)水浮力不起控制作用，基礎(chǔ)內(nèi)力驗(yàn)算時(shí)不考慮水浮力的有利影響，按基本組合內(nèi)力最大值計(jì)算。這里簡單介紹一下當(dāng)筏板基礎(chǔ)的水浮力在滿足自重平衡法時(shí)差一點(diǎn)時(shí)，通常有幾種方法，盡可能提高基礎(chǔ)埋深高度，減少水浮力；增加基礎(chǔ)底板及其建筑面層的自重；更為簡單經(jīng)濟(jì)的將基礎(chǔ)底板外挑，利用外挑板上的覆土自重，就可以滿足平衡水浮力的要求，該法值得推薦。由于地基反力不均勻，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮局部抗浮滿足要求。

    2、抗力平衡法的常用基礎(chǔ)：抗拔樁獨(dú)立承臺(tái)加防水板、樁筏基礎(chǔ)、或筏板基礎(chǔ)加筏板加抗浮錨桿。

   （1）抗拔樁獨(dú)立承臺(tái)加防水板

    這種基礎(chǔ)形式較為常用，獨(dú)立承臺(tái)下的抗拔樁數(shù)量應(yīng)滿足該承臺(tái)范圍內(nèi)防水板所傳遞的水浮力（扣除防水板及其面層自重的水浮力），又要滿足在不考慮水浮力的作用，建筑物上部標(biāo)準(zhǔn)組合下的所需的樁數(shù)，樁基為抗拔樁兼做抗壓樁使用，獨(dú)立樁基承臺(tái)驗(yàn)算以建筑物基本組合驗(yàn)算控制，防水板驗(yàn)算可采用pkpm-jccad程序下的防水板抗浮驗(yàn)算，該法對防水板采用有限元進(jìn)行分析，根據(jù)項(xiàng)目情況填寫抗浮設(shè)計(jì)水位等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的配筋應(yīng)滿足規(guī)范要求的最小配筋率。

    （2）樁筏基礎(chǔ)

    樁筏基礎(chǔ)要求筏板下的樁數(shù)量應(yīng)滿足該基礎(chǔ)筏板所傳遞的水浮力（扣除基礎(chǔ)板及其面層自重及上部建筑傳遞到筏板的恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值），又要滿足在不考慮水浮力的作用，建筑物上部標(biāo)準(zhǔn)組合下的所需的樁數(shù)，樁基為抗拔樁兼做抗壓樁使用，樁筏基礎(chǔ)可采用pkpm-jccad程序下的樁筏、筏板有限元進(jìn)行計(jì)算，按實(shí)際情況填寫工程的各項(xiàng)參數(shù)后，可給出筏板、樁基在各種組合下的結(jié)果。

    （3）抗浮錨桿

    抗浮錨桿是利用土層與錨固體的粘結(jié)強(qiáng)度提供抗拔承載力，來抵抗水浮力。通常錨桿在基礎(chǔ)底板下的布置分為分散式和集中式兩種。分散式錨桿布置時(shí)，對基礎(chǔ)而言，抗浮錨桿分散布置的拉力與水浮力大小相等方向相反，互相抵消，建筑物基礎(chǔ)反力按正常基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及配筋，不考慮水浮力的影響。集中式布置錨桿，一般布置在基礎(chǔ)梁兩側(cè)一定范圍內(nèi)，來平衡該基礎(chǔ)梁受力范圍區(qū)域所傳來的水浮力，但由于水浮力實(shí)際作用于基礎(chǔ)底板時(shí)是均勻的，因此集中布置錨桿，其拉力僅起支座抗浮作用，并不能影響基礎(chǔ)底板水浮力的作用分布情況，故基礎(chǔ)底板應(yīng)考慮未布置錨桿范圍內(nèi)水浮力的影響，該部分基礎(chǔ)板應(yīng)與建筑物自身的地基反力疊加進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)算。并按最不利荷載組合進(jìn)行配筋。所以盡可能采用分散式錨桿布置，簡化結(jié)構(gòu)計(jì)算。

    （4）抗力平衡法中，樁基、錨桿應(yīng)考慮的問題

    抗拔樁基單樁軸向抗拔承載力應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)確定，樁身配筋應(yīng)按荷載效應(yīng)基本組合下樁頂?shù)妮S向拉力設(shè)計(jì)值進(jìn)行配筋驗(yàn)算，并按規(guī)范要求進(jìn)行抗拔樁的裂縫驗(yàn)算，抗拔樁裂縫應(yīng)按0.2mm進(jìn)行控制。這是抗拔樁基所必須滿足的。其余注意事項(xiàng)同常規(guī)樁基。

    抗浮錨桿的設(shè)計(jì)主要包括錨桿承載力的計(jì)算、桿體截面積的計(jì)算和錨桿數(shù)量的計(jì)算。單根的錨桿軸向抗拔承載力應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)確定，并滿足規(guī)范對錨桿布置間距長度等要求。對于巖石錨桿基礎(chǔ)還用滿足基礎(chǔ)規(guī)范8.6中的相關(guān)要求。

    小結(jié)，由于抗浮設(shè)計(jì)水位是個(gè)復(fù)雜的問題，而抗浮設(shè)計(jì)水位又是決定抗浮設(shè)計(jì)的一個(gè)決定性參數(shù)，抗浮設(shè)計(jì)水位的確定又直接關(guān)系到抗浮的安全性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)會(huì)同地勘單位根據(jù)項(xiàng)目情況合理確定抗浮設(shè)計(jì)水位并選擇合理抗浮方法，做到有效、安全、經(jīng)濟(jì)，并應(yīng)考慮抗浮設(shè)計(jì)中存在的不確定性因素，如局部抗浮驗(yàn)算、基礎(chǔ)梁板的裂縫控制、抗拔錨桿受力不明確等不利因素。避免后期使用中存在隱患。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò)：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)