随着工程建设中有越来越多的地下空间建筑,当地下水位较高时会产生很大的浮力,有些建筑因设计不当造成的地下室上浮的事故频有发生,给社会造成很大的损失,因而如何做好地下室的抗浮设计,确保地下结构的安全,更突显了设计人员的责任重大,以下结合规范对地下室的抗浮设计方法做一些探讨。

一、规范要求

《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011

543 建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算,并应符合下列规定:
1对于简单的浮力作用情况,基础抗浮稳定性应符合下式要求:

Gk/Nw,kKw (543)

式中:Gk——建筑物自重及压重之和(kN)
Nw,k——浮力作用值(kN)
Kw——抗浮稳定安全系数,一般情况下可取1.05
2 抗浮稳定性不满足设计要求时,可采用增加压重或设置抗浮构件等措施。在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时,也可采用增加结构刚度的措施。

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010

1222 高层建筑地下室设计,应综合考虑上部荷载、岩土侧压力及地下水的不利作用影响。地下室应满足整体抗浮要求,可采取排水、加配重或设置抗拔锚桩(杆)等措施。当地下水具有腐蚀性时,地下室外墙及底板应采取相应的防腐蚀措施。

二、设计中采取的抗浮设计方法

1、结构自重(配重)抗浮:利用结构自身的重量,其重量包括地下室底板的重量,地下室结构梁板柱的重量,上部结构的重量,地下室顶部(或底板上部)覆土的重量。结构自重的计算应取材料的标准值,结构自重标准值按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。对于自重变异较大的材料和构件,自重的标准值应取下限值。增加地下室底板的厚度,增加地下室顶板或底板的覆土,都可以增加结构的自重,这几种方式也可以叫做增加结构配重的抗浮方式,增加配重也可以认为是自重抗浮的一种特殊情况。这种方法适用于结构自重与地下水浮力相差不大的情况

2、设置抗拔桩法:抗拔桩主要依靠桩身与土层的摩擦力来承受上拔力,以抵抗轴向拉力为主。对原采用桩基础的建筑结构,可将竖向承重桩同时设计成抗拔桩,这种设计方法可使工程桩满足结构各种不同荷载受力工况的需要,一桩两用使桩的效益发挥到最大。如果是工程受力需要也可以设计成单纯抗拔桩。

3、增设抗拔锚杆法,抗拔锚杆是专门附设的抗拔锚固构件,仅仅承受拉力,用以抵消地下水对地下室结构产生的浮力。抗拔锚杆适宜用于坚硬的岩石土层,锚杆的布置可以沿梁下设置,也可以在板下布置,岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m,且不宜大于45D和6.5m,锚杆的数量间距可根据锚杆所锚定的建筑物的抗浮要求及地层稳定性确定,锚杆间距除满足锚杆的受力要求外,尚需大于1.5米所采用的间距更小时,应将锚固段错开布置抗浮锚杆沿地下室底板及梁下布置,能够抵消地下水对梁板的浮力作用,可以减少梁板的配筋,有一定的技术经济优势。

4、释放水浮力法:释放水浮力法是在基底下方设置静水压力释放层,使基底下的压力水通过释放层中的透水系统(过滤层,导水层)汇集到集水系统(滤水管网络),并导流至出水系统后进入专用的水箱或集水井中排出,从而释放部分水压力。释放水压力法对相关排水设备的稳定性要求高,后期长期运营维护成本较高,需要保证技术可行、安全可靠的基础上才可采用。

5、延伸地下室周边底板法,延伸底板法是将地下室结构的底板向外延伸而形成悬臂底板,有悬臂底板承托覆土以抵抗地下水的上浮力。这种方法最适合在地下室周边采用,对局部抗浮不满足的情况下是一种很好的选择。

三、结语抗浮设计的方案要结合上部结构、地质条件、建筑物周边环境,综合考虑施工,经济,安全,地下水位变化情况等因素确定每一种方法可以单独采用,也可以几种方法结合在一起采用,可以整体采用某一种方法,也可以局部采用一种方法,具体设计中需要设计人员综合考量。

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