抗浮设计范文

时间:2023-02-22 14:01:27

抗浮设计

抗浮设计范文第1篇

关键词:抗浮锚杆;设计

中图分类号:U455.7+1文献标识码: A 文章编号:

一、工程概述

某建筑工程3栋,楼层数28层,设两层地下室,鉴于场地地处沟谷内,周边地下水位较高且向该低洼处渗流补给,抗浮设防水位统一取27.0m,地下水水头差为9.7m,则地下水浮力为97kPa。根据结构自重不同,将场地需采取抗浮措施的区域分为I、Ⅱ两个区,为便于抗浮设计,根据中风化岩体埋深又分为若干个小区,见图l所示。其中场地西北部消防车回车场为I区,结构自重为39kPa,地下水净浮力为58kPa;其余区域为Ⅱ区,结构自重为53.45kPa,地下水净浮力为43.55kPa。因此,需考虑抗浮措施。

图1 地下室抗浮锚杆设计分区图

二、抗浮技术措施的选取及设计

(一)抗浮技术措施选取

抗浮技术措施一般采用降排截水、压重、抗浮桩、抗浮锚杆(索)以及联合措施。该工程抗浮技术措施的选取经历了曲折过程,曾经先后论证了设置排水盲沟+压重方案、人工挖孔桩方案、抗浮锚杆方案,以及人工挖孔桩与抗浮锚杆联合方案。

排水盲沟+压重方案:在地下室周边及底部设置排水盲沟,将地下水向西南角低洼处的市政雨水井中自溢,使地下水位稳定地控制在高程24.0m,然后在纯地下室的顶板上(即广场区)覆土来抗浮。排水盲沟方案在星河丹堤E区F区等项目中有成功采用。但考虑到本工程若采用覆土又需加深地下室埋深,造价将增高,因此该方案被放弃。

人工挖孔桩方案:该地块内的3栋高层建筑物采用人工挖孔桩基础,因此抗浮措施也可采用人工挖孔桩方案。挖孔桩作为抗拔桩,入岩需有一定深度才能保证提供足够的抗拔力,但鉴于本场地基岩埋深起伏大挖孔桩施工需采取爆破措施,经爆破松动的桩周岩体难以提供较高的摩阻力,而且地下水量较大,因此该方案被放弃。

人工挖孔桩+抗浮锚杆联合方案:基本设想是在场地西北部基岩埋深大的区域采用挖孔桩抗浮,其余区域采用抗浮锚杆抗浮。这种联合方案的作用效果很难理论上分析清楚,因此这个方案也被放弃。

经过多次专家论证,最终采取较成熟的抗浮锚杆方案。

(二)抗浮锚杆设计

(1)土层锚杆的加固机理

土层锚杆是一种新型的受拉构件,它把来自外部的荷载,通过拉杆的拉结作用传递到锚固体,再由锚固体将荷载分散到周围稳定土体中去。它一端与结构物或挡土桩联结,另一端锚固在地基的土层中,以承受结构的抗拔水浮力。当它垂直于地面方向,通过锚固体对其周围土的摩擦力,将锚杆所受的抗拔力传递到周围稳定土体中去,便起到土层锚杆的抗浮作用。

(2)抗浮锚杆设计与计算

场地内中风化岩体埋深(从地下室底板底起算),除场地西北角外一般小于12.0m,特别是场地东南角中风化岩体已出露,因此采用岩石抗浮锚杆,要求锚杆均进入中~微风化岩体中,以利于变形协调。按地区经验,锚固体直径不小于150mm,锚杆抗拔力特征值不小于 400kN,配筋为3根HRB400型直径28mm钢筋点焊成束。纯地下室柱网间距一般为7.9mX7.9m,各柱网内锚杆问距2.0m X 2.0m,两柱间地梁下布设2根锚杆。I区面积11 l1m2,布设222根锚杆;Ⅱ区面积5397m2,布设904根锚杆。

①整体稳定性验算

整体稳定性验算按下式计算:

(1)

式中w——结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和(kN);

N——锚杆数量

n——锚杆数量;

Nth——单锚抗拔力标准值(kN);

F——地下水浮力。

对于I区,结构自重总和W为43329kN,地下水浮力F为107767kN,抗浮锚杆提供的总抗拔力为71040kN,则整体稳定性系数为1.06,满足要求。

对于Ⅱ区,结构自重总和W为288469.65kN,地下水浮力F为523509kN,抗浮锚杆提供的总抗拔力为289280kN,则整体稳定性系数为1.10,满足要求。

②裂缝控制验算

关于抗浮锚杆裂缝控制的验算,国标或行标中暂未明确要求。在地方规范中有提及:广东省标准中要求,对锚固杆件应有可靠的防腐措施;对抗拔桩应验算桩身裂缝宽度,其最大裂缝宽度不应超过0.2mm;上海市标准中规定,土锚锚固体根据所处地下介质腐蚀情况,可分别按轴心受拉构件验算其强度及裂缝开展宽度,在一般情况下,永久性锚杆锚固体轴心受拉最大裂缝宽度不超过0.2mm。

因此,按上海市标准计算锚固体最大裂缝宽度为0.1 1mm,满足规定要求。另外,若按“混凝土结构设计规范”,最大裂缝宽度计算值为0.26mm,两者的区别在于计算公式及参数取值略有不同。

③设计原则及设计参数

根据水质分析、土的易溶盐分析报告,场地地层对永久性锚杆无腐蚀性,采用Ⅱ级简单防腐措施。锚杆为全长粘结型砂浆锚杆,灌注 M30水泥砂浆;锚侧土层(含砂粘性土、砾质粘性土、全风化及强风化花岗岩)综合摩阻力特征值大于25kN/m,中~微风化岩体综合摩阻力特征值大于90kN/m,微风化岩体综合摩阻力特征值大于l 50kN/m。锚杆非锚固段长度取2.5m,考虑到基岩裂隙发育且锚侧岩土层厚度变化大,锚杆须锚人中~微风化岩体中。

根据结构设计要求,抗浮锚杆在设计荷载作用下位移量应小于l5mm。锚筋伸入底板中35d(d为锚筋直径)取1.0m。在锚头与底板接合处,待砂浆体凝固后凿一深l50mm槽,填充S 的防水砂浆。

④抗浮锚杆长度分区

场地西北部I1区,含砂粘性土残留厚度0.21~0.26m,砾质粘性土厚4.6~5.3m,全风化岩体厚1.5~2.5 m,强风化岩体厚 1.8~2.2m,中风化岩体厚0.0~0.4m。中风化岩体埋深8.16~10.21m。锚杆须进入中~微风化岩体中不少于3.0m,锚杆长度为12.0m。

场地西北部I2区,含砂粘性土和含粘性 土砾砂的厚度0.87~1.5m,砾质粘性土厚2.0~7.4m,全风化岩体厚2.8~6.7m,强风化岩体厚4.1~8.0m(其中zk18钻孔为钻穿强风化岩体),中风化岩体埋深大于l5.8m。锚杆须进入中~微风化岩体中不少于1.5m,锚杆长度20.0m.

场地东南部Ⅱ1区,全风化岩体以上岩土层均已挖除,强风化岩体残留厚度仅0.0~3.96m,平均厚度为1.37m}中风化岩体厚度0.0~1.9m,平均厚度为0.82m。中风化岩体埋深0.0~3.96m,其中在zk28、zk29、zk32、zk34等钻孔附近,已出露中风化岩体。锚杆须进入中~微风化岩体中不少于3.0m,锚杆长度为8.0m。

抗浮设计范文第2篇

关键词: 地下工程;抗浮措施;抗浮设计;浮力

Abstract: The buoyancy of groundwater makes adverse effects to stability of foundation. In this paper, based on the characteristics of the underground engineering, the appliable conditions of several measures for buoyancy resisting are analyzed, and the steps and methods of buoyancy resistance design are put forward.

Key words: undergroundengineering ; buoyancy resistance measures;design of buoyancy resistance; buoyancy

中图分类号:TV554文献标识码:A 文章编号:

1 前言

随着我国城市化进程的不断加快,城市地下空间的开发利用日益引起政府的重视,许多城市结合城市建设,利用广场、绿地等建设各类地下工程。许多工业项目例如加热炉、连铸机等其基础都在地下8、9米左右。对于地下工程,特别在高水位地区,往往存在着工程的抗浮问题。因地下水浮力引起的地下工程结构的破坏事故时有发生,破坏的形式主要有:地下工程底板隆起破坏,工程的整体浮起导致梁柱节点处开裂及底板的破坏。因此,工程的抗浮设计是否正确合理,直接关系到工程的安全可靠和工程造价, 应引起设计者的高度重视。

2工程抗浮措施的选择

为防止地下工程的浮起破坏,目前,工程上通常采用配重法、设置抗浮桩或抗浮锚杆来解决地下工程的抗浮问题。

配重法即通过增加工程的自重来抵御水浮力的作用,抗浮桩和抗浮锚杆则主要利用桩侧阻力和锚杆提供的拉力平衡浮力。

配重法简单、可靠,相对比较经济,适用于各类地下工程。抗浮桩相对造价较高,施工较复杂,而近年来兴起的抗浮锚杆因其造价低、施工方便而越来越受到工程界的欢迎。

配重法适用于各类工程条件,配重的部位主要在底板。通常根据工程配重要求,在底板上设回填层,用土、砂、石、混凝土等材料压实回填,利用回填物的重量增加工程自重,达到平衡浮力的目的。有时也利用底板外挑部分的回填物作为配重的一部分。对于底板为板柱或梁板结构,利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填配重层,既解决了工程的抗浮问题,又便于底板的防水处理,不失为一种较为理想的方法。但是,也应看到,因设回填层增加了工程埋深而使浮力增大,配重提供的抗浮力自身也“消耗”了约一半。配重法受地质条件、施工环境的影响相对较少,造价低,因此,常作为基本方法予以采用。

抗浮桩利用桩侧阻力起抗浮作用,其抗浮能力与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关。抗浮桩的单桩承载力较大,一般布置在柱、墙下,其抗浮面积较大,受环境条件、施工条件影响较大,造价较高。

抗浮锚杆则利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力。因其造价低廉、施工方便、受力合理等优点而被广泛应用。

在实际工程中,应根据地下工程的结构形式、地质条件、浮力大小、施工条件和工期要求等因素确定采用何种抗浮措施,也可以根据工程特点,采取多种抗浮措施。

3地下工程的抗浮设计

3.1 设计流程

地下工程的抗浮设计,采用安全系数法,公式表示为:

N+F≥KV (1)

式中:N―结构自重;F―抗浮力;V―静水浮力;

K―抗浮安全系数,一般取1.05~1.10。

抗浮设计流程见下图。

抗浮设计流程图

3.2 水浮力计算

水浮力计算是抗浮设计的前提,对地下工程而言,应正确合理确定工程的设防水位。因此要求工程勘察单位提供用于计算地下水浮力的设计水位。它不是工程所在位置的常年最高水位,更不是勘察期内的当前水位,而应综合分析历年水位地质资料,根据工程重要性以及工程建成后地下水位变化的可能性确定抗浮设计的设防水位。

从有关资料看,地下水的作用相当复杂,要准确地确定地下水的压力是比较困难的。实际上在不同的地基环境中地下水浮力是变化的。当地下工程位于粉土、粘土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基时,地下水浮力计算可不折减,而位于节理裂隙不发育的岩石地基时,可对地下水浮力予以折减,甚至在地下工程底板与岩石地基紧密结合时,可不考虑浮力的使用。因此,在实际工程中,对符合条件的,可考虑对浮力进行折减,或作为工程抗浮的安全储备,这一点设计人员应胸中有数。

目前,对设防水位的选定没有明确的规定,作者认为应选取工程场地最高洪水位作为工程抗浮设计设防水位。

3.3 抗浮设计

在确定了结构形式、尺寸、埋深等条件后,根据设防水位,分别计算工程自重和净水浮力,并判断是否需要采取抗浮措施。如需要采取抗浮措施,应根据前述原则选择抗浮措施,进行工程抗浮设计。

3.3.1 配重法

用配重解决抗浮问题,设计和计算比较简单,根据抗浮力大小,确定回填材料和深度。常用的回填材料有土、砂石、混凝土等,必须保证回填物的密实,达到对回填物的容重要求,采取措施对回填层进行处理。

3.3.2 抗浮桩设计

抗浮桩的桩型选择,一般主要根据工程地质情况、施工条件和周围环境等因素综合确定。常用桩型为预制桩、沉管灌注桩和钻孔灌注桩。

布桩时应力求使各桩受荷均匀,一般将抗浮桩布置在柱下、纵横墙交叉处、沿外墙均匀布置。

抗浮桩设计的基础是单桩抗拔承载力的确定,由于目前对抗浮桩的研究成果还比较少,相对抗压柱而言,其荷载作用机理及设计方法还不够成熟,仍处于套用抗压桩设计方法的阶段。单桩抗拔承载力一般采用静载试验法或经验参数法。用静载试验法确定桩的抗拔力比较接近工程实际,但由于往往缺少条件进行抗拔试验,因此,工程设计中较多地采用经验参数法。目前规范采用的方法,都是利用桩的侧阻力值导入抗拔系数后作为抗拔桩侧阻力值,抗拔系数一般取0.5~0.8。

抗浮桩按轴心受拉构件进行承载力计算,桩的配筋由计算确定,并满足各类桩的最小配筋率要求。抗浮桩的主筋沿桩通长布置,桩与柱的连接可参考抗压桩的要求。

3.3.3 抗浮锚杆的设计

抗浮锚杆因具有造价低廉、施工方便、受力合理等优点而被广泛使用。但抗浮锚杆的设计、施工和检测还没有专业规范,给抗浮锚杆的应用带来不便。目前,可参考的规范有:《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22:90)、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)、《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)。

抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆,孔径不大于200mm。土层锚杆长度4-10米,岩层锚杆长度3-8 米。相对抗浮桩其单根锚杆的抗浮能力较之为小。在锚杆布置时,一般沿柱或其周边,或在底板平面内均匀布置。如沿底板均匀布置,因在底板上附加应力较小并均匀,可减少底板厚度,降低工程造价。

土层抗浮锚杆截面面积和长度分别由下式确定。

K1Nt≤Agfyk (2)

K2Nt≤laQs (3)

Nt=abqf (4)

式中:K1、K2―抗力系数,K1=1.5,K2=2.2;

Nt―抗浮锚杆轴向拉力值;

a、b―分别为抗浮锚杆在横向和纵向间隔;

qf―抗浮锚杆承担荷载;

Ag―抗浮锚杆截面积;

fyk―抗浮锚杆强度标准值;

la―抗浮锚杆锚固段长度;

Qs―抗浮锚杆单位长度抗拔力。

对岩石中抗浮锚杆,目前没有比较明确适用的规范。根据抗浮锚杆的受力机理,建议采用如下计算公式。

Na≤ξ1fyAs (5)

式中:As―锚杆钢筋截面积(m2);

ξ1―锚杆抗拉工作条件参数,取0.69;

Na―锚杆抗拔力设计值(KN);

fy―钢筋抗拉强度设计值(KPa)

Na≤ξ2nπd fb la1 (6)

式中:la1―锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度(m);

d―锚杆钢筋直径(m);

n―钢筋根数;

fb―钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值(KPa)

ξ2―钢筋与砂浆粘结工作系数,一般取0.6。

Na≤πDfrbla2(7)

式中:la2―锚固段长度(m);

D―锚固体直径(m);

frb―锚固体与地层粘结强度值(KPa)。

抗浮锚杆长度由计算确定,锚杆主筋锚入底板结构的长度按有关结构规范要求,杆体直径宜16-32mm,并采用HRB335、HRB400 类钢筋,并设杆体隔离架,使锚杆居中,为防止抗浮锚杆锈蚀,在底板与岩土界面上下一定范围内涂环氧树脂或防锈漆,在杆头底板内设止水板。

4 结束语

地下工程的抗浮设计是结构设计的重要部分组成,应根据工程结构特点、地质条件、施工环境等因素,选择合理的抗浮措施。在设计过程中,选择合理的设计参数,重视地区经验做好构造处理,使工程的抗浮设计更加合理可靠。

参考文献

[1]、上海市基坑工程设计规范,1997

[2]、土层锚杆设计与施工规范(CECS22:90)

抗浮设计范文第3篇

关键词: 泵房;抗浮设计;配重井

Abstract: Anti-floating design is one of the most important factors influencing the pumping house structure. This article introduces the methods and thinking for anti-floating design of the pumping house according to the practical example.

Key words:pumping house; anti-floating design; counter weight well

中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:

1 前言

泵房作为取水构筑物或送水构筑物,由于工艺处理水或净化水的需要,一般处于河边或江边,地下水位较高。因此当泵房平面尺寸较大,埋置深度较深时,抗浮问题往往成为泵房结构设计中的重要制约因素之一。目前我们常用的抗浮方式主要有自重抗浮、配重抗浮、嵌固抗浮及锚固抗浮等[1]。其中后两种方式主要用于泵房底板坐于基岩的情况下。本文以广州某城区第三水厂送水泵房的结构设计为例初步探讨抗浮设计方法的选择和使用。

2 工程概况

该送水泵房送水规模为10万m3/d,加压扬程为50m。送水泵房与吸水井、阀门井连为一体,平面尺寸为26.5m*20.5m。泵房高8.8米,埋深为6米,吸水井埋深7.5米,阀门井为5.3米,泵房的平面尺寸及剖面如图1所示。地质情况由上而下为素填土、粉细砂、中粗砂、粉质粘土、细中砂和全风化花岗岩。泵房及吸水井底板坐落于中粗砂层,由于该层地基承载力为160kPa,结构设计将该层作为持力层。采用天然地基,底板采用梁板式结构。经计算,上部结构自重为19362.8kN。根据抗浮设计水位同地面标高,泵房及吸水井的总浮力为37009.5kN。显然,该泵房结构自重抗浮不满足要求,需要进行抗浮设计。

图1 泵房平面图和I-I剖面图

3 抗浮设计方案对比与选择

3.1方案一 —— 配重抗浮

当不影响底部空间时,可在底板增加较厚的素混凝土作为配重。按照《给排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002)[2]规定的抗浮系数1.05,若采用配重抗浮,需要17646.7kN的配重。因此若在地板上增加素混凝土配重,则会使得泵房底板结构埋深更深,产生更大的浮力,需要更多的配重。当地下水位较高时,这种方案的抗浮效果较差。

3.2方案二 —— 悬挑底板上覆土+配重井

底板悬挑抗浮一般是指在泵房外底板挑出部分上的填土或砌体作为配重。在考虑该种土压力的抗浮作用时,只考虑了悬挑板以上部分的土重。而土的内摩擦角范围内的土压力和土颗粒间的剪切力虽对抗浮起到有利作用,但在计算时将该部分作用力作为安全储备而不考虑在抗浮力之内。该工程当底板悬挑1.5米时,所得的配重为17545.7kN,此时抗浮安全系数 =0.9971.05,满足抗浮要求。另外,配重井的设置,同时也增强了底板和侧壁的稳定性并减小了其配筋。如壁板扶壁柱的计算模式由原来承担梯形荷载转变为与配重井壁共同承担外水压力、土压力以及地面汽车荷载,如图2所示。考虑其共同受力的模式采用有限元计算的扶壁柱和侧壁配筋较原来减少1/4。因此,悬挑底板加配重井的方案可以有效解决只悬挑底板无法满足抗浮要求的问题。这种方法施工方便,无需增加结构底板埋深而导致增加基坑开挖深度和增大基坑平面尺寸。

图2 扶壁柱计算模式的变化 图3 抗浮锚杆大样

3.3方案三——抗浮锚杆

抗浮锚杆是一种竖向受力构件, 是通过钢筋与注浆体之间, 注浆体与周边土体之间的摩阻力来提供抗拔力的。设计中确定抗浮锚杆截面积采用的抗力分项系数 为1.6,而确定抗浮锚杆锚固长度采用的抗力分项系数 为2.2,主要考虑岩体锚固力随岩体不同的分布情况变化,离散性大,因而取较大抗力系数,而钢筋强度则离散性较小,因而抗力系数取小值。抗浮锚杆截面积和长度分别由式 、 或 [3]确定。式中:Kt、K为抗力系数; 为抗浮锚杆轴向拉力设计值; 为钢筋强度标准值; 、 为抗浮锚杆锚固段长度和钻孔直径, 、 为锚固段注浆体与地层间、注浆体与筋体间的粘结强度标准值,抗浮锚杆大样如图3所示。

3.4方案四——设置抗拔桩

在底板下施打钻孔灌注桩,利用桩与地基土之间的摩擦力提供抗浮力。这种桩同时兼有两种作用:一是作为结构的支承桩,即在水位较深时,作用在桩上的荷载是向下的,需按照群桩基础考虑,使其承受上部荷载;二是在丰水期,即地下水位较高时,浮力成为构筑物的主要外力,此时灌注桩受到向上的外力,需要起到抗浮的作用。灌注桩抗拔计算采用公式[4] 和 ,式中各符号物理意义详见文献[4]。因此灌注桩的桩径、桩长、间距按以上两种工况根据现场水文地质情况进行设计。灌注桩的造价高,但因其同时兼有承载和抗拔两种作用,可提供的抗拔力较大,一般适用于地质条件差的超深泵房或水下泵房。

3.5方案比较

我们对以上四种方案进行了比较,如表1所示。通过计算可知本工程所需的抗拔力不大,地基土持力层为中砂层,地基承载力特征值达到160kPa,能满足承载力要求,同时,悬挑底板上覆土重以及结构自重已使抗浮安全系数接近于1,还需再增加的抗拔力较小,因此不再适合采用灌注桩或抗浮锚杆来达到抗拔的目的。另外,继续增大悬挑底板宽度或增大底板埋深对基坑开挖不利且影响临近原有配电房,因此本工程采用适当悬挑底板加配重井的抗浮方法既达到了抗浮的目的,同时也增强了壁板和底板的约束,减小了其原有配筋。

表1 抗浮方案对比

方案 适用范围 优点 缺点

自重与配重抗浮 构筑物平面尺寸不大,埋深不大,地下水位较低 设计计算简单,施工方便 增加结构底板埋深,增大基坑开挖深度,从而增加浮力,抗浮效果不明显

悬挑底板+配重井 构筑物平面尺寸较大,埋深较大,地基土质良好 施工方便,配重井同时具有抗浮与增加底板和壁板稳定性并减小其配筋 减小了泵房内部可用空间

抗浮锚杆 构筑物平面尺寸大,埋深大,地下水位浅,地基土质良好 可提供较大的抗浮力 施工较复杂,锚杆的抗拔力受地质条件的影响较大

抗浮桩 构筑物平面尺寸大,埋深大或整于水下,地基条件差或有液化土层 结构安全可靠,桩间距小时可减小底板厚度,抗浮效果明显 工程造价高,设计计算量大,施工较麻烦

4 结语

通过该送水泵房的抗浮设计,可得到如下结论:

(1) 当构筑物平面尺寸不大,埋深不大,地下水位较低时,采用自重与配重抗浮比较经济,设计简单,施工方便。

(2) 构筑物平面尺寸较大,埋深较大,地基土质良好时,采用悬挑底板加设置配重井的方案能有效解决抗浮问题并增强底板和侧壁的约束,从而可减小其原有配筋。

(3) 构筑物平面尺寸大,埋深大,地基土质差或有液化地基时,采用抗浮锚杆或灌注桩抗浮能较好的解决泵房的抗浮问题。

参考文献

[1] 给水排水工程结构设计手册编委会. 给水排水工程结构设计手册(第2版)[M]. 中国建筑工业出版社社, 2007

[2]国家标准. 给排水工程构筑物结构设计规范(GB50069-2002)[S ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002

[3] 中国工程建设标准化协会.岩土锚杆技术规程(CECS 22:2005) [S ].北京: 中国计划出版社, 2005

[4] 行业标准.建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008

抗浮设计范文第4篇

关键词:地下建筑抗浮锚杆杆体防腐裂缝控制抗浮稳定基本实验

中图分类号:TS958文献标识码: A

1引言

随着城市化建设的快速发展,人们对地下空间的需求越来越急迫,地下空间开发和利用,能够极大地提高城市土地的空间利用率,缓解城市发展与土地资源紧张的矛盾。但在地下空间的开发过程中经常会遇见地下结构的自重往往小于地下水浮力的现象,如何保证地下空间的结构安全,尤其在地下水蕴藏比较丰富的地区,地下水产生的浮力对地下空间的作用不可忽视。

抗浮锚杆是建筑工程地下结构抗浮措施的一种,因其直径小,施工简便,具有良好的地层适应性,同时抗浮锚杆布置非常灵活,锚固效率非常高。其受力是自杆顶向杆底传递,杆体受力大小随着地下水位的变化而变化。一般情况下,其在建筑构件的应力与变形协调、降低结构造价的特点,优于其它抗浮构件。

2 工程概况及地质条件

本工程位于北京市朝阳区,包括6栋住宅楼及地下车库,根据设计单位提供的数据:整个地下空间占地面积约为2.58万平米,地下车库其自身的抗浮不能满足设计要求,需采用抗浮锚杆进行抗浮处理。

图1拟建建筑物基础平面示意图

依据岩土工程勘察报告,基础底板以下地层情况如下:

表1基底以下土层基本参数

层号及岩性 土层描述 土体与锚固体极限摩阻力标准值(kPa)

粉质粘土⑤层 褐黄~黄褐色,很湿,可塑~软塑,中~中高压缩性 50

粘质粉土-砂质粉土⑤1层 褐黄~黄褐色,密实,湿,

中低~中压缩性 60

粉细砂⑤2层 褐黄~黄褐色,密实,很湿,

低压缩性 50

细砂⑥层 褐黄~黄褐色,密实,很湿,

低压缩性 70

圆砾⑥1层 杂色,密实,很湿,

低压缩性 220

粉质粘土⑥2层 褐黄~黄褐色,很湿,可塑,

中低~中压缩性 50

粘质粉土⑥3层 褐黄~黄褐色,密实,湿,

低~中低压缩性 55

拟建场区水位地质条件如下:

勘察深度范围内,共揭露2层地下水,为潜水(二)和承压水(三)

表2场区地下情况

地下水性质 水位埋深(m) 含水层 备注

潜水(二) 1.60~14.90 细砂④、中砂④1 基底以上

承压水(三) 10.50~23.90 中细砂⑥层 基底以下

在长期浸水情况下,潜水、承压水对钢筋混凝土结构中的钢筋均具有微腐蚀性;在干湿交替情况下局部具有弱腐蚀性外。

3 抗浮锚杆设计疑难点

目前尚无专门的抗浮锚杆技术规范,锚杆设计过程中杆体防腐、裂缝控制等级、最大裂缝宽度限制以及结构抗浮稳定性只能参照其它技术规范进行设计计算。

3.1抗浮锚杆杆体防腐

对比分析《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS220:2005)第6章以及《高压喷射扩大头锚杆技术规程》(JGJ/T282-2012)第4章相关规定,笔者认为《高压喷射扩大头锚杆技术规程》在抗浮锚杆的杆体构造、防腐等细节上指导性强于前者,本工程依据《高压喷射扩大头锚杆技术规程》、结合拟建场区水文地质条件,抗浮锚杆采用Ⅲ级防腐构造,使用环氧树脂涂层作为防腐介质。

3.2 抗浮锚杆裂缝控制

从受力类型上分类,抗浮锚杆属抗浮桩一种,依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.8节规定,进行裂缝宽度计算;根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),本工程抗浮锚杆环境类别为二a,裂缝控制等级为三级,最大裂缝宽度限制0.3mm(抗浮锚杆位于稳定水位以下),同时根据《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ11-501-2009)第8.8节条文说明,抗浮锚杆最大裂缝宽度限值为0.25mm。设计采用的最大裂缝宽度限值为0.25mm。

3.3抗浮稳定性验算问题

根据《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS220:2005)附录第7.2节,需对本工程进行抗浮稳定性验算。

然而现行不同规范/规程涉及到结构抗浮验算的技术要求不尽相同,列举如下:

表3现行规范/规程对抗浮验算的相关规定

名称/编号 具体内容

《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002) 第5.2.3条:构筑物在基本组合作用下的设计稳定抗力系数不应小于表5.2.3的规定(上浮时为1.05)。

《给水排水工程管道结构设计规范》(GB50332-2002) 第4.2.10条:对埋设在地表水或地下水以下的管道,应根据设计计算管道结构的抗浮稳定。计算时各项作用均应取标准值,并应满足抗浮稳定性抗力系数不低于1.10。

《地下工程防水技术规程》(GB50108-2008) 第10.0.4条:明挖法地下工程的结构自重应大于静水压力造成的浮力,在自重不足时应采取锚桩或其他抗浮措施。

上海市《地基基础设计规范》(DGJ08-11-2010) 第12.3.2条:采用自重或桩基抗浮的地下建筑应进行抗浮稳定验算,自重抗浮分项系数,可取1.05~1.1;当仅采用自重进行抗浮时,不宜小于1.1;浮力作用分项系数,取1.0。

《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) 未明确具体的结构抗浮安全系数。

综合分析规范/规程相关规定,抗浮验算安全系数取1.05。

4 抗浮锚杆设计

根据结构设计提供抗浮设计要求、工程施工条件及北京地区类似工程经验,本工程采用全长粘结性抗浮锚杆进行处理。

4.1锚杆布设及杆体计算

根据地区常规设计施工经验,抗浮锚杆按正方形/长方形布设,间距则视单位面积大小、杆体配筋性能而定,本工程根据建筑物轴网情况,为避免对基础底板钢筋绑扎施工产生负面影响,在基础底板范围内均匀布置,避开板底基础梁及柱网。

单根锚杆轴向拉力设计值=抗浮力标准值×单根锚杆承载的受力面积

轴网单元抗浮锚杆设计数量=轴网面积×抗浮力标准值÷单根锚杆轴向拉力设计值

因轴网的不规则性,实际布桩数需大于理论布桩数。

4.2抗浮锚杆结构配筋及裂缝验算

4.2.1抗浮锚杆结构配筋计算如下:

Nt―抗浮锚杆轴向拉力设计值;

Fyk―HRB335螺纹钢钢筋的抗拉强度标准值,取300N/mm2

Kt―锚杆杆体的抗拉安全系数,永久性锚杆取1.6;

4.2.2抗浮锚杆构件的裂缝控制验算如下:

―最大裂缝宽度限制,根据结构设计要求,本工程裂缝控制等级为三级,取0.25mm

―受拉区第i中纵向钢筋的相对粘接特性系数,采用环氧树脂涂层带肋钢筋,取0.8;

4.3抗浮锚杆长度计算

锚固段长度按下式估算,并取其中的较大值:

嵌固段长度依据《混凝土结构设计规范》第8.2节,按环氧树脂涂层钢筋进行计算。

4.4抗浮稳定性验算

地下车库应作抗浮稳定性验算,验算公式如下:

4.5 本工程抗浮锚杆设计参数

根据北京地区抗浮锚杆设计经验以及安全储备,本工程抗浮锚杆设计参数如下:

表4抗浮锚杆设计参数

锚杆

直径 锚杆长度 抗拔承载力特征值 配筋 注浆体

强度

锚固段 嵌固段

150mm 8.30m 0.7m 85KN 2Φ20 M20

4.6 抗浮锚杆基本试验

锚杆的基本试验是锚杆性能的全面试验,目的是确定锚杆的极限承载力和锚杆参数的合理性,为锚杆设计、施工提供依据。依据《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS220:2005)第9.2节“基本试验”的规定:锚杆的最大试验荷载不宜超过锚杆杆体极限承载力的0.8倍。

本工程3根抗浮锚杆的基本试验结果如下:

1#锚杆:试验荷载达到最大试验荷载时,锚杆未发生破坏现象

图21#抗浮锚杆基本实验曲线

2#锚杆:试验荷载未达到最大试验荷载,锚头位移出现持续增长

图32#抗浮锚杆基本实验曲线

3#锚杆:试验荷载未达到最大试验荷载,后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生的位移增量的2倍

图43#抗浮锚杆基本实验曲线

基本试验结论:通过试验结果,试验锚杆的锚杆极限承载力均大于锚杆抗拔承载力特征值的2.2倍,锚杆参数、施工工艺满足设计要求。

5 结束语

1)抗浮锚杆已成为地下建筑物重要抗浮方法之一,技术已经趋于成熟,可以根据工程地质条件采用多种施工工艺,正式施工前需根据抗浮锚杆基本实验复核抗浮锚杆设计参数。

2)抗浮锚杆的选型、平面布置形式、杆体材料选择需根据具体的工程实际条件进行优化比选。

3)因目前抗浮锚杆设计仍缺少直接对应的技术规范,本文提出的相关设计疑难点的解决方法和措施仍需进一步研究和探讨。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家标准.给水排水工程构筑物结构设计规范(GB 50069-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002

[2]中华人民共和国国家标准.给水排水工程管道结构设计规范(GB 50332-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002

[3]中华人民共和国国家标准.地下工程防水技术规程(GB50108-2008) 北京:中国计划出版社2008

[4]上海市工程建设规范.地基基础设计规范(DGJ08-11-2010) 上海.2010

[5]中国工程建设标准化协会标准.岩土锚杆(索)技术规程(CECS 22:2005)北京:中国计划出版社,2002

[6]中华人民共和国行业标准.高压喷射扩大头锚杆技术规程.(JGJ/T 282-2012).北京:中国建筑工业出版社出版,2012

[7]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范.(GB 50010-2010).北京:中国建筑工业出版社,1997

[8]中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范(.JGJ94-2008).北京:中国建筑工业出版社出版,2008

抗浮设计范文第5篇

关键词:地下室;抗浮设计;抗浮措施;复位;

1、地下室抗浮失效问题分类及其破坏特征

地下室抗浮失效问题分为整体抗浮失效和局部抗浮失效两大类。

整体抗浮失效是指当建筑物的自重不能够克服地下水浮力,建筑物发生整体上浮位移或倾斜。其失效形式与地下室结构刚度关系密切,若地下室结构刚度小,可能会出现局部上浮或倾斜,刚度大则可能整体向上浮移。局部抗浮失效是指水浮力不超过建筑物的总重量,但

局部自重小于水浮力,造成抗浮承载力不均衡。其失效形式使得地下室产生裂缝,部分结构上浮。由于受周边墙体以及内部框架柱、墙的制约,裂缝一般分布于底板或地梁跨中,且其分布范围广并具有一定规律性。

2、地下室抗浮计算理论依据

2.1 浮力的计算方法

地下室抗浮验算的关键是准确计算地下室结构所承受的水浮力。该问题可采用阿基米德定律来计算。该定律简要表述如下:

F浮=ρw V w g (1)

式(1)中,ρw 为水的密度,一般取 10 KN/m?;V w为建筑物浸入地下水部分的体积;g 为重力加速度。在实际抗浮计算中,V w按式(2)计算:

V w=A j h w (2)

式(2)中,h w 为抗浮设计水位高度,A j 为建筑物底板面积。

由浮力计算公式可以看出,确定抗浮设计水头高度是抗浮设计至关重要的一步。

2.2 地下室结构抗浮设计水位的合理取值

地下室抗浮设计水位的确定按照现行国家规范的要求,需由岩土工程勘察单位在地质勘察报告中提供。规范明确规定:

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时按勘察期间实测最高水位并结合场地地形地貌及地下水补给条件确定;

2)场地有承压水且与潜水有水力联系时应实测水位并考虑对抗浮设防水位的影响。

3)只考虑施工期间的抗浮设防时水位可按一个水文年的最高水位确定。

勘察资料未提供抗浮设计水位时, 应取建筑物设计基准期内可能产生的最高水位。 当地下水赋存条件复杂变化幅度较大, 区域性补给和排泄条件可能有较大变化或者工程需要时应进行专门论证提供抗浮设防水位的咨询报告。

2.3 地下室抗浮稳定性验算

建筑物基础应满足抗浮稳定性验算如式(3)所示:

(3)

式中:Gk为建筑物自重及压重之和;N w,k为浮力作用值,Kw为抗浮稳定安全系数,一般情况下可取 1.05。

3、地下室抗浮措施

3.1 无抗浮构件作用下的抗浮措施

3.1.1 压重抗浮

当不满足抗浮稳定性验算时,对于不采用抗浮构件作用的地下结构,可采用增加自重的方式来满足抗浮要求。

1)增加地下室结构自重,如适当增加顶板或底板的厚度。

2)增加结构层数,如增加设备层,非使用空间等。

3)用大容重材料对地下室地面进行回填。

4)在地下室顶板增加覆土厚度。

3.1.2 降低抗浮设计水位

由浮力计算公式可以看出,降低抗浮设计水头高度可减小水浮力。通过结构优化,在确保地下室使用净高的前提下减小地下室的埋置深度可实现降低抗浮设计水位的要求。 具体可采取如下措施:

1)采用平板式筏板基础,较梁板式筏板基础梁底标高略有抬高,水浮力相应减小。

2)顶板采用宽扁梁或无梁楼盖 ,厚顶板不仅增加了结构自重,而且在保证使用净高的情况下,底板标高可相应抬高,有效降低了抗浮设计水位。

3.2 设置抗浮构件作用下的抗浮措施

3.2.1 设置抗拔桩

通过抗拔桩本身自重和与周边土的摩擦力实现与水浮力相抗衡的抗拔力,可均匀布置于筏板下,也可较集中地布置于柱、墙下。

设置抗拔桩时的抗浮计算

(4)

式中:Gk为建筑物自重及压重之和,N w,k为浮力作用值,Kw为抗浮稳定安全系数, 一般情况下可取 1.05,n 为抗拔桩的根数,N k为按荷载效应标准组合计算的基桩拔力。

基桩抗拔力 N k应按照规范第 5.4.5 条同时进行群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时的抗拔承载力验算。

3.2.2 设置抗浮锚杆

1)抗浮锚杆的计算

抗浮锚杆通过在底板与其下坚硬土层或岩土体之间设置锚杆和砂浆组成的锚固体建立抗浮力,因其布置灵活、受力合理、造价低廉等优点而得到广泛应用。

抗浮锚杆可根据规范第 6.8.6 条进行计算:

Rt= ξf u r h r(5)

式中:Rt为锚杆抗拔承载力特征值,ξ 为经验系数,对于永久性锚杆取 0.8,f 为砂浆与岩石间的粘结强度特征值,ur为锚杆周长,hr为锚杆锚固段嵌入岩层中的长度,当长度超过 13 倍锚杆直径时,按 13 倍锚杆直径计算。

2)抗浮锚杆的布置

抗浮锚杆可采用面式、线式或点式等 3 种形式布置,其各自优缺点比较如表 1 所示。

3.2.3 永久性降低地下水水位

通过设置永久性降水井或者其他措施根据设计要求动态抽水防止地下水水位上升也可降低地下水浮力。该方法用于常规方法无法满足抗浮要求的情况,如无锡崇安寺一期工程地下室抗浮设计即采用人为控制地下水水位的方法,具有一定的经济效益。

优点:(1)上部结构通过柱、墙向下传递荷载,锚杆在这些点下布置可充分抵抗浮力作用;(2)因锚杆布置具有局部密度大的特点,故锚杆荷载可相互协调,对个别锚杆承载力不足的情况具有一定的相互补偿性。

缺点:(1)侧壁摩阻力较小地层如软岩或土体等不适用;(2)地下室底板钢筋用量大。

4、地下室整体复位技术简介

地下结构上浮后须采取相应措施使其复位, 目前常用措施有以下几种。

4.1 结构加压

增加结构自重可以快速有效地使已上浮的结构沉回原位, 即可通过在地下室底板或上部结构上放置密度较大的重物,此时应注意校核结构承载力,防止加压过程中引起结构破坏。

4.2 降低地下水水位

采用抽水的方法降低地下水位以减少浮力,从而防止地下室进一步上浮。抽水过程中需加强水位监测,根据出水情况及结构下沉情况及时调整设备的出水量。但是仅通过降低地下水水位的方法不能使结构完全复位,必要时需配合其他措施综合处理。

4.3 释放地下水压力

地下室上浮后地下水一般在底板下形成较大浮托力,通过在底板适当位置布置压力释放孔,有组织地引导地下水排出并及时抽排到场地以外,也可使地下室复位。

5、结语

1)地下室的抗浮设计是一个非常重要的问题,须予以重视。

2)地下室抗浮设计的关键在于选择合理的抗浮设防水位,设计人员在设计过程中应充分结合场地特点和区域工程地质、水文地质以及周边环境选择合理的抗浮设计水位。

3)不满足抗浮要求的建筑物务必采取抗浮措施 ,抗浮措施应结合工程实际在保证工程安全的情况下,尽量做到科学经济、合理可行。

4)若因设计不合理而导致地下结构上浮后,应尽早采取有效措施,使上浮结构复位。并加固处理已变形或损伤的结构构件,使其达到承载能力的要求。

参考文献:

[1]GB 50007-2011 建筑 地 基基础 设计 规范[S].北 京 :中国建筑工业出版社,2011.

[2]JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

抗浮设计范文第6篇

【关键词】泄水抗浮;地下室;盲沟;抗浮设计;抗浮水位

1 前言

近年来,由于土地资源的日趋紧张,地下空间开发利用进入快速发展期,使抗浮问题非常突出,有时抗浮设计会成为地下室结构设计的控制因素。抗浮设计涉及水位和钢筋结构等问题,是地下结构施工的关键,应予以高度重视。

2 传统抗浮技术及失效原因

2.1 传统抗浮技术

其一是配重法,配重法指的是在在地下室结构中进行回填处理,增加结构整体的重量。配重法是最常见的抗浮措施,也是比较有效的抗浮措施。

但是配重法不能适应所有的施工环境,一般进行抗浮桩设计和抗浮锚杆设计。

2.2 失效原因分析

2.2.1 地下水的影响

由于地下建筑结构周围的地基得到了很好的夯实,地面土层坚硬平整,周围的水只进不出,使得地下水为不断升高,在地下工程施工的过程中,容易出现部分基础处于下伏层的现象,进一步加剧了抗浮结果的瓦解。

2.2.2 气候因素的影响

在特殊的施工环境内,一些抗浮桩、锚杆容易受到物理和化学等因素的影响渐渐松动,导致整个建筑工程的抗浮效果减弱,最终在外力等因素下失效。

3 泄水抗浮技术

地下室水浮力是由地下水对建筑物产生的浮力,地下室水浮力的大小与地下水位(抗浮水位)有关。当地下水水浮力达到一定数值时,可能引起建筑物整体上浮或者建筑物地下室局部结构构件的破坏,而且一旦发生破坏,修复比较困难,所以,有效降低地下室抗浮水位是地下室抗浮设计最为有效的方法。泄水抗浮,是利用盲沟排水主动降低地下室抗浮水位,从而释放部分(或全部)地下室水浮力的抗浮技术措施。

盲沟排水分为完全依靠地下水静止水压力主动排水方式,和依靠地下水静止水压力集水与机械排水方式相结合的主动为主、被动为辅的排水方式。完全主动排水方式适用于场地高差较大的地下室,工艺简单、经济,维护方便,应用前途较广。

4 典型工程案例

4.1 工程概况

本工程地块由12栋单体以及三层地下室组成。主要功能为产业用房、配套、公共配套设施及车库。工程采用天然地基,以中风化、微风化花岗岩作为持力层。

基坑开挖深度为3.30~12.60m,采用土钉墙和复合土钉墙支护型式,三管旋喷桩作为封闭式止水帷幕,深度为进入中风化岩面,明排降水方案。

根据建设单位委托,设计采用泄水抗浮方案,即通过设置盲沟、积水井收集地下水,然后通过地势高差自动排入市政排水管网,使本工程区域地下水位降到+19.50m,从而解决抗浮问题。

4.2 工程和水文地质条件

(1)场地原始地貌为剥蚀残丘。勘察报告揭示,场地内地层主要为第四系新近期填土层、第四系坡积层、第四系残积层,下伏基岩为燕山期粗粒花岗岩。

(2)场地上部为填土层中的上层滞水;中部为第四系地层中的孔隙潜水,主要赋存于第四系砾质粉质粘土及含砾砂粘土层中,为弱含水弱透水层,下部为赋存于基岩强风化带、中风化带和微风化带中的基岩裂隙水,其含水性及透水性主要受基岩裂隙发育程度控制,总体上属弱含水弱透水层。

地下水补给主要靠大气降水垂直渗入及场地周围地下水渗流的侧向补给,地下水随大气降水变化而变化。勘察期间测量各钻孔稳定水位深度为7.00~10.80m,相应标高为15.87~20.85m。

4.3 泄水抗浮应用条件

4.3.1 地形特点

本项目整个地块为东北高西南低的走势,最低自然地面标高为+19.5m,高低差约9m。建筑物周边(局部)环境如下图所示:

4.3.2 有利的地质条件

根据地质勘探报告:本场地的地下水位标高为+15.87~+20.85m,而在基坑开挖过程中揭露,在+19.0m标高时有少量地下水出现,表明常有的地下水水位不高于+19.0m;

弱透水层和基坑止水帷幕组成了“封闭的止水帷幕”,外部进入此区域的水量较少,基本上形成了一个单独的地下水环境,降低本项目的地下水位,对周边环境的影响应该会很小,具体影响程度需要进一步通过理论计算分析。

4.3.3 现场情况

周边场地大多为岩石层上的硬地化或建筑物,有地面排雨水系统,渗入地下的水量不大,岩石层为“弱透水层”,渗透的水完全可经设置在地下室周边的盲管沟排走。

我们可以在地下室外的约+19.50m标高设置盲管沟,把平时和暴雨时渗透过来的水排走。西南侧市政道路最低处的标高是+19.5m,其下的雨水管底标高为+18.5m,盲管沟的水完全可以自行排走。另外,考虑到工程完成后,地下室外的部分自然地面会做硬地化,硬地化面上的水会流进本工程设置的雨水排水系统,不会进入土壤,只有绿化部分的水会有渗透下去,此部分水量不大,可经盲管沟排走,地下水位不会高于+19.50m。

4.4 排水方案

4.4.1 涌水量计算

根据最不利条件下降水沉降分析,按100年一遇暴雨强度计算,基坑涌水量为332m3/d,安全系数取2.0,本基坑涌水量设计值为664m3/d。

4.4.2 盲沟设置

经计算,沿基坑底部三侧同时布置一圈盲沟,设计坡度0.5%,盲沟采用3根300mm组合。盲沟填料为土工布包裹人工碎石,底板底设1根管径300mm盲沟。为防止泥土堵塞碎石垫层和盲沟,在碎石垫层底部铺设一层土工布作为反滤层。地下室周边盲沟结构如图2所示,底板底盲沟结构如图3所示。

在不设置动力排水条件下,盲沟依靠地下水静止水压力集水和排水,在场地西北侧集中后引入DN500室外排水管。

地下室回填,基坑停止降水时,地下水上涌,当地下水达到盲沟标高处时,水通过盲沟上的孔洞进入盲沟,汇集至集水井,然后通过DN500室外排水管,直接将地下水排入市政雨水系统。

4.4.3 降水沉降分析

根据以上计算结果分析,如果采用的抗浮设计水位为+19.50m时,周围岩土体因长期抽水导致的沉降最大值为17.8mm,差异沉降值为1.4mm,满足相关规范规程要求。

4.5 后期维护注意事项

(1)水中有机物和杂质的存在也可能导致反滤层堵塞,针对这类风险,可建立定期或不定期高压射流回冲机制,通过集水井入水管压水回冲,清洗反滤层孔隙,从而保证基底排水减压抗浮系统正常运行。

(2)本项目排水出户管接驳市政排水设施如发生变动,或区域水文地质环境有大的变动,请及时联系设计单位复核。

(3)如本排水系统出现故障,在必要情况下,可在集水井、检查井、水文观测井内设置水泵,将井内地下水排出。

4.6 经济技术比较

采用泄水抗浮方案后,初步估算节省投资500万元左右,且施工技术均为常规技术,完全不影响关键线路的施工进度。

5 结论

1、本项目整个地块为东北高西南低,弱透水层和基坑止水帷幕组成了“封闭的止水帷幕”,采用泄水抗浮方案具有可行性,可以为其它类似工程提供可借鉴的经验。

2、泄水抗浮技术,较传统抗浮技术,经济效益显著、节能环保。

参考文献:

[1]汪四新,屈娜.某坡地建筑地下室抗浮问题绿色技术处理方法[J].建筑技术,2012(10).

[2]刘畅,庞小朝,熊健.泄水抗浮方案在福田综合交通枢纽南北配套设施中的应用[A].第21届全国结构工程学术会议论文集[C].2012.

[3]郭春燕,黄永存,于峰.盲沟排水在地下室抗浮设计中的应用[J].建筑技术研究,2013(4).

[4]刘波,刘钟,张慧东等.建筑排水减压抗浮新技术在新加坡环球影城中的设计应用[J].工业建筑,2014(8).

[5]赵新,王俊永,毛呈龙等.泄水减压法在地下室抗浮设计中的应用[J].浙江建筑,2014(2).

[6]建筑基坑支护技术规程.中华人民共和国行业标准[S]. JGJ 120- 2012.

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抗浮设计范文第7篇

【关键词】地下室;抗浮设计;抗拔锚杆;工程实例

随着我国城市建设的高速发展,对地下空间的开发和利用越来越多。在我国沿海及长江中下游地区,地下水位普遍较高,由地下水浮力引起的地下室上浮、地下结构破坏等事故屡见不鲜。因此,地下室的抗浮是地下空间工程中一个不可忽视的重要课题。

1、现行设计规范对建筑物基础和地下结构抗浮设计的主要规定和基本要求

《建筑地基基础设计规范》(GB5007 -2011)中第5.4.3条规定:建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算,一般情况下抗浮稳定安全系数可取1.05。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。《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)[2]中第8.6.6条规定:当地下室自重小于地下水浮力作用时,宜设置抗浮锚杆或抗浮桩。对高层建筑附属裙房或主楼以外独立结构的地下室,宜推荐选用抗浮锚杆;对地下水水位或使用荷载变化较大的地下室,宜推荐选用抗浮桩。《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ83-2011)[3]中5.0.9条规定:对地基基础地下结构应评价地下水对结构的上浮作用;5.0.10条规定:评价地下水对结构的上浮作用时,宜通过专项研究确定抗浮设防水位;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;只虑施工期间的抗浮设防时,抗浮设防水位可按近3年~5年的最高水位确定。《高层建筑筏基与箱型基础技术规范》(JGJ6-2011)[4]中4.4.1条规定:当地下水位可能高于基础埋深并存在基础抗浮问题时,应提出与建筑物抗浮有关的建议;5.5.4条规定:当建筑物地下室的一部分或全部在地下水位以下时,应进行抗浮稳定性验算。抗浮稳定安全系数,可根据工程重要性和确定水位时统计数据的完整性取1.0~1.1;6.4.7条规定:当抗拔桩常年位于地下水位以下时,可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)[5]关于控制裂缝宽度的方法进行设计。如果地下室带有人防工程的属性,并且是甲类防空地下室,应对以下三种工况下的荷载(效应)组合分别计算,并取最不利的结果进行设计:一是基础底板平时使用状态的结构设计荷载工况;二是战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用工况;三是战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用工况。

2、地下室结构抗浮设计

当地下室结构存在水浮力作用的时候,一般都是采用增加结构压重和防止地下室上浮的抗拔措施,在结构压重措施用足,地下室结构仍不满足抗浮稳定性的情况下,抗拔桩和抗浮锚杆往往是合理的选择。抗拔桩主要是利用桩侧阻力来制约与桩顶连成一体的地下室结构上浮,其抗浮能力与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关。抗拔桩的单桩承载力较大,一般布置在框架柱、剪力墙下,其抗拔从属面积比较大,受施工环境条件影响较大,建设成本相对较高。抗拔锚杆是通过锚杆体和注浆体形成的锚固体与土层之间的摩擦作用来传递阻止结构底板上浮的摩擦阻力的,锚杆类型的选择同锚杆锚固段所处的土岩层类型、工程特性、锚杆的承载力、锚杆体的材料、锚固的长度、锚杆的施工工艺等有关。抗拔锚固可以选择借助杆体自由段的弹性伸长施加预应力的预应力锚杆和普通的不施加预应力的锚杆。

抗拔锚杆设计具体步骤如下:

1)计算单根锚杆所需承担的抗浮力

3、工程实例

3.1工程实例一

某工程地下水位接近地表面。地上为高层住宅建筑,地下两层,主楼南北两侧有两层单建人防地下室。由于地下室顶板作为上部建筑嵌固端的要求和建筑抗震7度设防以及Ⅲ类场地等原因,地下室主体结构均采用现浇钢筋混凝土框架结构。由于地下水位较高,为增加抗浮有利因素,在楼盖选择时,主动加大结构自重,即仅设主框架梁,楼盖为双向大跨度的厚板。但在上部无地面建筑的地下室部分,由于存在补偿性,结构自重和少量的覆土仍不满足地下室结构的抗浮要求,经多种方案比较:最终采用了抗拨桩抗浮方案。主楼以外,共布置了291根桩径为600mm的抗拔桩,抗拔桩采用扩底灌注桩,桩长15m,动载作用时,桩承受部分压应力。

3.2工程实例二

某工程距离河边不足一公里,工程周边为已建多层和高层建筑,工程施工环境比较复杂。为了保证周边建筑物的安全稳定,加快地面交通恢复速度,工程采用逆作法施工。根据工程地质勘察报告:抗浮设防水位平均为地表下1.5m,人防工程地下两层,地下室顶板以上覆土1.5m,基底埋深约13.2m。主体采用钢筋混凝土框架结构体系,桩基,持力层为中风化岩石,防水底板厚500,为满足抗浮要求,底板下按水位不同,锚杆最小间距1.2mx1.4m,最大间距1.7mx1.8m,锚杆在底板以下长3.5m,直径150mm,主筋3Φ22(并筋),沿每个柱网均匀布置,锚杆共10526根。

4、结语

总而言之,地下室的抗浮是地下室工程设计过程非常重要的一部分。在当前规范未对地下室抗浮设计进行明确规定的情况下,设计人员应针对工程的实际情况,全面思考、精心设计,以确保地下室工程的结构安全。

参考文献:

[1]胡柳明.某地下室抗浮锚杆设计[J].工程建设,2011年03期

抗浮设计范文第8篇

关键词:地下室;抗浮设计;概念

Abstract: the basement anti-uplift design is often neglected, and lead to adverse consequences is the basement float, basement floor crack ooze water, etc., are directly affect the structure of normal use and even is safe. Therefore, the basement anti-uplift should cause enough attention. This paper introduces the basic concept of basement design, and connecting with the engineering example discusses basement anti-uplift design.

Keywords: the basement; Anti-uplift design; concept

中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:

地下建筑物的抗浮设计关系到结构设计使用年限内的安全问题, 抗浮设计措施应根据工程地质资料、施工条件、地下结构情况进行周密的设计计算、精心施工, 尤其注意在施工阶段的抗浮问题。设计中应考虑工程造价的合理性, 并尽量利用一些简易的抗浮措施, 以达到降低工程造价的目的。

一、抗浮设计中基本概念

在多个地下室因水浮力作用而引发的工程~故中,我们发现有些设计人员对地下水的作用认识不足,抗浮设计的基本概念不够清晰,常见的有下列几种情况:

1、有些设计人员经常把设计重点放在地下室的梁、板、柱、墙的结构构件设计上,往往忽视整体抗浮验算分析,忽视施工的抗浮措施,总认为具有上万吨自重的地下室是怎么也不可能浮起来。

2、地下室底板裂缝、漏水,甚至成为地下游泳池,实质上大部分是因为地下水的作用远大于设计荷载而造的工程事故,有些设计人员却错误判断为温度应力作用、砼施工质量问题等。

3、对于地下水位高的地下室应进行整体抗浮和局部抗浮验算。对于基底为不透水土层的地基(基岩、坚硬粘土),深基坑支护又采用了止水帷幕或桩、锚、喷射混凝土联合支护,忽视水的浮力。试想万吨级以上大船能在江、河、海中航行,可见水的作用力之大。地下室就像一条“船”,地下室底板和侧墙形成一个密闭的船身,它的水浮力有多少呢,是它浸泡在水中的体积乘以水的容重,可见水浮力之大。地下室的抗浮设计就是要使这个船既不上浮,船身又不破坏,因此,地下室的抗浮设计应进行整体抗浮和局部抗浮验算。

然而有些设计人员对上述最基本的概念还不够清晰,例如,有些设计人员只对地下室底板的梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下的强度计算,未做整体抗浮的认真分析,特别是独立地下室、水池等,造成地下室整体上浮,给地下室结构带来严重破坏,难以进行复原处理。又如有些设计人员利用上部结构自重抗浮,只计算上部结构总自重标准值大于总的水浮力设计值,就认为抗浮设计满足要求。既不分析其上部建筑荷载的分布,又未计算局部抗浮,局部范围因抗浮力小于水浮力,底板隆起、造成地下室及上部结构局部范围内大面积破坏。再如,在地下室底板计算中只验算强度不进行变形的裂缝宽度的计算,造成底板产生裂缝,漏水严重,形成“地下游泳池”。

更值得一提的是,有些设计人员和施工人员对地表水作用认识不足,当地下室地基为不透水的岩土层、支护又严密的基坑,一般认为不存在水的浮力,因此造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏的盲点,一旦暴雨来临,地面的地表水全流入基坑形成“脚盆”效应,即基坑为“大脚盆”,地下室成为“小脚盆”。施工期间一旦未及时采取降水措施就会将“小脚盆”浮起,使用期间若不将四周的回填土采用粘性土分层夯实形成止水层,也同样会产生“脚盆”效应。

另外,有些设计人员和施工人员忽视施工对地下室抗浮的重要性,设计图纸对施工时抗浮措施的要求只字不提,施工人员在施工过程中不关注降水,没有采取降水措施或在抗浮结构未达到设计预定目标时就停止了降水,导致在施工期间产生地下室整体上浮事件时有发生,产生上述现象的主要原因除经验外,主要是对我国现行的技术规范、规定不了解。例如《地下室防水技术规范》在第10章中明确规定了,“明挖法地下室防水施工时,地下水位应降至工程底部最低高程500mm以下,降水作用应持续至回填完毕”;建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》的第4.4.3条第8款中,规定了“地下室抗浮(防水)设计水位及抗浮措施,施工期间的降水要求及终止降水的条件等”应在结构设计说明中明示;这些规定是经验的总结,我们应该严格按照相关规定做好地下室的抗浮设计和抗浮施工。

只要工程地下室基础底板标高低于该场地地下室抗浮水位标高, 设计时应考虑地下室的抗浮问题。我们通常采用两种做法来防止地下室整体上浮,一种为“压”,一种为“拉”。 当采用“压”的做法时,利用建筑的自重(包括结构及建筑装修、上部覆土等,不含楼面活荷载)平衡地下室水的总浮力,当不能平衡时,必须增加“拉”的做法,即采用桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力。无论是“压”还是“拉”的做法,都必须进行整体抗浮验算,保证抗浮力(压重+抗拉力)大于水的总浮力。

对于大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑,建筑自重不均匀,当上部为高层或恒荷载较大时,该范围的整体抗浮能力可能较高,但上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围,特别应进行分区、分块的局部抗浮验算,例如:柱、桩、墙的压力或拉力能否平衡它所影响区域里的水浮力总值。因此在结构设计中,设计人员除了要进行梁板墙柱结构构件的强度验算、变形验算和裂缝验算,还应进行地下室局部的抗浮验算。

二、工程实例

1、工程概况

某工程地下室一层, 上部由主楼( 17 层) , 附属楼( 4 层) 等两个单体组成, 主楼为钢筋混凝土框架剪力墙结构, 附属楼为钢筋混凝土框架结构。工程所在地区抗震设防烈度为六度, 场地类别为Ⅱ类, 设计基本地震加速度值为0. 05g , 设计地震分组为第一组。地基基础设计等级为乙级, 基础采用钢筋混凝土冲钻孔灌注桩。地下室底板结构平面布置( 见图1) , 地下室剖面简图( 见图2) 。

图1地下室底板结构平面简图

图2地下室剖面简图

2、抗浮设计地下水位标高

确定用于计算地下室水浮力的设计水位, 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, 由地质勘察部门提供, 具体体现在岩土工程勘察报告中。只要工程地下室基础底板标高低于该场地地下室抗浮水位标高, 设计时应考虑地下室的抗浮问题。若地下室自重小于地下水浮力作用, 应设置抗浮锚杆或抗浮桩。

3、抗浮桩的布置

本工程5 轴~ 8 轴间为纯地下室, 两端上部分别有主楼和附楼, 因此两端地下室部分建筑物自重较大, 足以抵抗地下水浮力, 在使用期内靠自重抗浮是没有问题的。而对于纯地下室部分, 建筑物自重较小, 靠自重抵抗地下水浮力不能满足抗浮要求, 所以该工程仅在5 轴~ 8 轴间的纯地下室部分考虑布置抗浮桩。抗浮桩的布置与抗压桩的布置一样要做到结构设计最省, 就要做到力的传递路线最短。常见布桩大致有三种形式: A、柱下承台布桩, B、柱下地梁上布桩, C、板内布桩。本工程按板内均匀布桩, 并在桩位上设置承台与地梁( 如图1) 。这样在水浮力作用下传力比较直接均匀, 且在抗浮桩满足抗浮承载力要求的情况下, 桩与承台可作为地梁的支座, 使得地梁跨度大大减少, 同时地下室底板的跨度也会相应减少, 减少了用钢量, 节省了造价。

4、抗浮桩的验算

抗浮计算无统一的计算公式, 各设计者采用各自的计算公式。该工程笔者抗浮计算按下式:

G+ nR a > 1.1F w式中

G ―― 柱底传来恒载标准值即建筑物自重包括覆土自重( 向下)

N――柱下抗浮桩的桩数

Ra――抗浮桩的单桩抗浮承载力特征值

Fw ――与柱对应的受荷范围内地下水浮力标准值( 向上)

该公式中荷载标准值对应于桩的特征值, 相当于基础地耐力计算式, 概念较为明确, 且在验算建筑物的抗浮能力时不应考虑建筑物上的活荷载。水浮力标准值F w = H w×10× A,H w 为水头高度, 即抗浮设计水位与地下室底板底之间的高度,A 为水浮力的作用面积。因地下室抗浮是一个十分重要的问题, 若考虑不当将会带来严重的后果, 且补救较为困难, 所以抗浮验算时安全系数取1.1。另外在设计中有许多对抗浮有利的因素在公式计算中无法体现, 且均未予以考虑,如粘性土的阻水作用, 地下室侧壁的侧阻作用, 底板与土壤的粘结力和吸力均未记入, 上部建筑物及地下室的整体刚度很大, 上部建筑物的压重在地下室部分的扩散作用均未考虑, 这些有利因素均可作为安全储备。

该工程桩基抗浮验算时分两种情况, 一种为柱下抗浮桩,另一种为非柱下抗浮桩。对于柱下抗浮桩( 取6 轴交F 轴处柱下桩计算) 建筑物自重及覆土自重的标准值G= 1755kN, 而该处承受的向上的水浮力标准值Fw = 1037kN, G > 1.1 Fw , 说明在有柱子的情况下, 建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多, 足以满足抗浮要求而无需抗浮桩。因此, 对于柱下桩可不考虑抗浮要求, 仅需满足竖向抗压承载力就可以了。对于非柱下抗浮桩( 取6 轴~ 7 轴交F 轴~ G 轴中间处非柱下桩计算) , 由于其承受的建筑物自重较小, G= 489kN, Fw =1037kN, G< 1.1Fw 。因此, 非柱下桩必须考虑抗浮要求。根据工程地质勘察报告提供的数据及土层情况, 经计算确定该工程抗浮桩的单桩竖向抗浮承载力特征值Ra= 680kN, 因此,根据上述抗浮计算公式G + nRa > 1.1Fw, 489kN+ 680kN= 1169kN> 1.1×1037kN, 满足抗浮要求。

参考文献:

[1] 戴西行,杜涛,李轶慧.抗浮锚杆在烟台某大型车库中的应用[J]. 中国水运(下半月刊). 2011(02)

[2] 魏坤,戴西行,杨勇.地下室抗浮锚杆布置方式设计探讨[J]. 山西建筑. 2011(08)

[3] 毛国栋,赵英轩,戴西行.深水立管涡激振动非线性响应及疲劳分析[J]. 中国水运(下半月). 2010(05)

抗浮设计范文第9篇

关键词 地下空间;抗浮设计;水浮力;抗浮锚杆

中图分类号TV13 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)39-0149-02

随着我国改革开放的不断深入,城市用地越来越紧张,城市地下空间的开发和利用日益得到政府部门的重视,许多城市利用广场、绿地等建设地下工程,但是建设地下工程,都受到着地下水的浮力作用,如地下铁道和隧道、地下商场、地下人行通道等地下工程都受到地下水浮力的作用,导致建筑底板破坏、梁柱节点处开裂及底板的破坏等。因此,工程的抗浮设计是否正确合理,直接关系到工程的安全可靠和工程造价,应引起设计者的高度重视。

1 存在的问题

地下建筑的层数一般不高,但是建筑面积非常大,导致地下室处在地下水的浮力作用下,不能用自身重量来平衡这种浮力,导致地下建筑的顶板受到巨大力的作用,对于层数在3层以下或底板埋深>7m的地下室来说,永久抗浮安全度往往不够,导致地下室整体或局部上浮的工程事故时有发生,给国家和人民带来了极大的损失,随着地下空间的逐步利用,人们总结了出现这种问题的原因:

1)没有考虑到地下水浮力的作用或没有对水浮力作用机理有足够的认识,导致在建设地下工程时没有做抗浮验算;

2)没有做好施工现场的地下水勘察工作,导致抗浮设计中地下水水位的取值不当,没有考虑到极端天气下出现的最高水位;

3)设计人员忽视了抗浮计算中的一些因素,导致抗浮措施不当;

4)施工单位在地下工程建设过程中对于抗浮措施没有引起足够的重视。

2 地下工程抗浮措施的选择

下水浮力的作用机理,可以采取配重法来平衡水浮力,这种方法简单有效,主要可以通过增加自身的重量来抵御水的浮力;工程上也采用设置抗浮桩的方法解决抗浮问题,其原理和配重法一样,只不过设置抗浮桩是利用桩侧面和土体的阻力来平衡浮力的。

对于配重法,适用范围广,可以将增加的重量设置在底板上,通过抗浮计算得到需要配置的重量,然后再底板上设置回填层,用土、砂、石等密度大的材料进行回填,利用回填物的重量来增加地下工程的总体重量,达到抗浮的目的。有时可以利用底板外挑部分回填一部分配重,达到增加自身重量的目的;对于底板为板柱或梁板结构,可以利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填土,这种方法可以解决地下工程抗浮问题,还可以作为底板的防水处理。综上,配重法作为一种简单可行的方法,不受地理条件、施工环境的影响,不但可以降低造价,还可以解决抗浮问题,常常作为基本方法予以采用。

采用抗浮桩进行抗浮设计,主要是利用抗浮桩侧面与土体的摩擦来抵消地下水浮力的,抗浮桩的效果与桩长、桩径、桩型以及周围的地质条件都有很大的关系,因为制造抗浮桩的造价高,所以一般使用在柱、墙下等抗浮面积较大、受环境条件、施工条件影响大的地方。

抗浮锚杆是利用锚杆与砂浆组成一个锚固体,保证锚固体和岩土层的结合力,可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮锚杆具有造价低、施工方便、受力合理等优点,广泛的用于地下空间抗浮施工。在实际施工中,施工人员要根据地下工程的结构形式、地质条件、浮力大小、施工条件和工期要求等因素确定采用何种抗浮措施。

3 地下工程的抗浮设计

3.1 设计流程

对于地下工程抗浮设计总原则,应该满足下式要求:

式中:W为地下建筑自重及其上作用的永久荷载标准值的总和;

F为地下水浮力。

当地下建筑自重及地面上作用永久荷载标准值的总和不满足(1)式要求时,应进行地下建筑抗浮设计。

在具体设计时当建筑物的地面上结构外边线与地下建筑外边线基本重叠时,地下建筑的抗浮设计按以下原则进行:

1)当结构重量大于地下水的浮力且满足(1)式时,不必考虑地下水对地下建筑整体浮力作用,但应在设计中提出施工中必须采取隔水或降水措施降低地下水位;

2)当结构重量小于地下水浮力时,地下建筑肯定要设置永久性抗浮构件或采取其他有效措施以平衡地下水对整体结构的浮力;

3)上述两种情况还必须考虑地下水浮力对地下建筑底板的反向作用,保证地下建筑底板构件在地下水反向作用下应具有足够的强度和刚度,并满足构件的上拱抗裂要求。

3.2 水浮力计算

一般情况下,水浮力可以由岩土工程勘察报告提供的用于计算地下水浮力的设计水位,根据阿基米德定律依照公式:

(2)

其中,V0为水浮力;F3为地下建筑重力;F4为覆土重力;A为承重地下水浮力作用的竖向受力单元的地下室柱网面积;F1为桩柱重力;F2为承台重力;F5为±0.000以上主体垂直荷载。

若计算结果v>0,则应采取抗浮措施。在浮力计算过程中要注意:当地下建筑面积与上部主体结构面积相同时,可简单比较地下建筑水浮力与建筑总荷载的关系,来判断是否可能发生上浮;当地下建筑面积大于上不主体建筑±0.000层面积时,或按裙房楼层比较浮力与建筑总荷载,浮力大于建筑总荷载时,应以竖向受力构件为单元分析浮力的平衡状态。

3.3 抗浮设计

当计算所得的浮力V>0时,应采取抗浮措施,在选择抗浮措施时,要做到经济合理,首先要分析工程地质和水文地质条件,并分别区别施工阶段和竣工后使用阶段的不同情况。

1)施工阶段的抗浮措施。地下建筑物若处于透水系数比较大的粉质粘土、粉土、砂土中,由于正值施工期间,地下建筑的顶板和覆土尚未完成,此时底板和外墙已施工完成。在地下水的作用下,形成了水浮力,当浮力不大时,可以利用排水明沟、集水井进行排水,以减少水浮力;当土质的渗透系数大,应在地下建筑底板中设置后浇带,利用板下的垫石作为倒滤层,排除水后,直到地下建筑底板的水排干净后,浇筑后浇带的混凝土;

2)永久性抗浮措施。在上面提到利用配重法、抗浮桩法、抗浮锚杆等来平衡地下水浮力,工程中常用的永久性抗浮措施:抗浮锚杆,由于粘质粉土、硬塑状粘土或风化基岩适宜钻孔注浆,若地下建筑底板下是这些土层,可以利用注浆锚杆法。抗浮锚杆具有良好的底层适应性,易于施工,锚杆布置非常灵活,锚固效率高。由于其单向受力特点,抗拔力及预应力易于控制,有利于建筑构件的应力与变形协调,降低结构造价,在许多条件下,优于配重法和抗浮桩法。

4 地下建筑上浮后处理措施

当发生地下建筑上浮后,应尽快采取措施增加配重和降低地下水水位,以减小水浮力,再检查地下建筑上浮是否造成建筑结构的破坏,破坏过程是否可以修复。常用的几种地下建筑上浮处理方法:1)加载。设法迅速增加地下建筑的重量,以克服水浮力及地下建筑侧墙与土体之间的摩擦力,使卡在土层中的地下建筑沉回原位;2)抽水。可以在现场重新启动原有的抽水井或另行打设抽水井以降低水压;3)解压。在地下室底板上钻孔,以宣泄地下水,此外如果地下建筑外侧有足够的场地,可以考虑将周边塌方部分挖除,可以使地下建筑较易于下沉。

5 结论

地下室的抗浮设计是结构设计中的一个重要组成部分。设计人员应根据地下工程具体情况进行认真分析,正确计算水浮力与抗浮力,处理好工程整体抗浮与局部抗浮的关系,选择合理的抗浮措施,既保证地下工程的安全,又节省投资。

参考文献

[1]裴豪杰.地下结构的抗浮设计探讨,2004.

[2]刘开发.地下结构抗浮设计讨论,2010.

抗浮设计范文第10篇

关键词:地下室;底板抗浮锚杆;设计

1 引言

近年来,由于地下室空间的大规模开发,带地下室的建筑越来越多,地下室的深度也逐渐加深,但是一些带有地下室的建筑自重不足以抵抗地下水的浮力,因此,为了地下室抗浮,常常会用到一些抗浮措施。而抗浮锚杆以其经济性、施工周期短等优点,在地下室抗浮设计中得到广泛的应用。本文就地下室底板抗浮锚杆设计进行了探讨,并结合了具体的工程实例,提出了一些有关抗浮锚杆设计的建议看法,以期能为地下室抗浮锚杆可以更好地进行设计提供参考。

2 工程概况

某工程地下室共3层,上部结构主塔楼26层,裙房层数为3层。主塔楼基底面积为2000m2,裙房基底面积为3000m2。地下室底板底标高为-15.90m,抗浮设计水位为-4.80m,立面见图1。

基础型式采用大直径人工挖孔灌注桩,底板厚500mm。底板下岩土层为中风化泥质粉砂岩,局部夹有强风化泥质粉砂岩夹层。根据上述基本情况,

(1)主塔楼地下室承受的水浮力标准值为:

主塔楼结构自重标准值F抗(地上部分楼层梁板折算厚度220mm,地下部分楼层梁板折算厚度260mm,底板厚度为500mm):

(2)裙房地下室承受的水浮力标准值为:

主塔楼结构自重标准值F抗(地上部分楼层梁板折算厚度220mm,地下部分楼层梁板折算厚度260mm,底板厚度为500mm):

由以上验算结果可知,裙房部分结构整体抗浮验算不满足要求,需采取抗浮措施。经多方案比较,抗浮锚杆具有经济性较好、施工周期短等优点,该工程采用抗浮锚杆抗浮。

3 抗浮锚杆设计

目前,抗浮锚杆设计尚无统一的规定和计算方法,本文拟根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)、《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)及《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)相关条文进行对比分析。

3.1 单根锚杆抗拔承载力特征值的确定

3.1.1 岩土力学参数

根据《工程地质勘查报告》,地下室底板下土层为中风化泥质粉砂岩,局部有强风化泥质粉砂岩夹层,夹层厚度不均匀,厚度范围为0.5~6.5m。锚杆锚固体与中风化泥质粉砂岩粘结强度特征值为140kPa;锚杆锚固体与强风化泥质粉砂岩粘结强度特征值为120kPa。因强风化泥质粉砂岩夹层厚度不均匀,计算时锚杆锚固体与岩土层粘结强度特征值取f=120kPa。

3.1.2 单根锚杆抗拔承载力特征值计算

锚杆孔直径一般取200mm以内,该工程锚杆孔直径取150mm,锚杆锚入中风化泥质粉砂岩(或强风化泥质粉砂岩)内的锚固长度取6.5m。对于锚杆锚固长度的要求,规定了最小的的锚固长度要求,即要求锚固长度大于40d(d为锚杆孔直径),均规定了锚固长度的上下限值,规定岩石锚杆锚固长度不应小于3m,不宜大于45d和6.5m,规定岩石锚杆锚固长度宜采用3~8m,工程锚固长度为6.5m,满足上述要求。

3.2 抗浮锚杆水浮力计算及布置

抗浮锚杆的布置应根据锚杆承担的地下水浮力大小及单根锚杆抗拔承载力特征值确定。

3.2.1 抗浮锚杆承担的水浮力计算

目前抗浮锚杆承担的水浮力主要有以下三种计算方法:

(1)考虑上部结构自重,锚杆承担的水浮力为水浮力减掉上部结构自重;

(2)不考虑上部结构自重(底板自重亦不扣除),锚杆承担全部水浮力;

(3)锚杆承担的水浮力分两个区域计算:柱、墙、梁影响区域扣除上结构自重;非柱、墙、梁影响区域仅扣除底板自重。

上述第(1)种算法对于该工程存在安全隐患,上部结构自重是集中在柱(点)或墙(线)上,采用这种算法,底板必须具有很大的刚度,才有可能将自重均匀分布在底板上。否则将引起柱墙区域外的锚杆破坏,进而造成所有锚杆破坏。

第(2)种算法过于保守,底板自重是均匀的,是完全可以扣除的。

第(3)种算法考虑柱、墙下锚杆承担的水浮力可扣除上部结构自重是合理的,但考虑与柱、墙相连的梁两侧一定范围内水浮力扣除上部结构自重,柱、墙荷载分配在梁上的大小及范围的存在不确定性,可能引起安全隐患。

该工程在计算柱、墙荷载扩散范围外锚杆承担的水浮力时,扣除了底板自重,柱、墙下荷载扩散范围内锚杆承担的水浮力扣除了墙、柱传递的上部结构自重(图2)。柱墙荷载扩散范围按下式计算,并取两者的小值,笔者认为这样是安全且合理的。EG/F浮

式中B――柱墙荷载扩散范围;

ΣG――柱墙传下的上部结构自重;

F浮――水浮力面荷载;

h――底板厚度。

3.2.2 锚杆布置

单根锚杆抗浮面积为:

式中A――单根锚杆承受的水浮力面积;

Rt――锚杆抗拔承载力特征值;

F浮――水浮力面荷载;

F抗――底板自重面荷载。

抗浮锚杆间距采用1.5m×1.5m,均匀分布于底板下。

3.3 锚杆钢筋截面面积计算

相关规范给出了锚杆钢筋截面面积计算公式。规范提出了锚筋抗拉工作条件系数,钢筋强度按受拉强度设计值进行计算;规范提出了锚杆杆体抗拉安全系数,钢筋强度按受拉强度标准值进行计算。两者的计算公式存在差异,但均相当于为锚杆杆体设置了1.6倍的安全系数。该工程锚杆杆体采用HRB400钢筋,按规范要求均进行了计算,见表1。

表1中,规范计算公式中ζ2为锚筋抗拉工作条件系数,对永久性锚杆取0.69;C0为边坡重要性系数,该工程取1.0;Na为锚杆轴向拉力设计值,fy为锚筋抗拉强度设计值。在计算公式中Kt为锚杆杆体抗拉安全系数,对永久性锚杆取1.6;Nt为锚杆轴向拉力设计值;fyk为锚筋抗拉强度标准值。

3.4 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算

相关规范均给出了锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算公式,规范提出了钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数,粘结强度按粘结强度设计值进行计算。规范提出了锚杆锚固体的抗拔安全系数,粘结强度按粘结强度标准值进行计算。两者的计算公式存在差异,规范相当于设置了约1.7倍的安全系数;相当于设置了约2.0倍的安全系数。

该工程按两个公式均进行了计算,锚固长度6.5m均满足要求。此处不再列出计算过程。图3为该工程锚杆大样。

3.5 注浆设计

该工程锚杆注浆设计采用二次注浆,要求如下:

(1)第一次注浆时,采用M30水泥砂浆,内掺抗裂膨胀剂6%,水灰比小于0.45,采用0.6~0.4MPa低压注浆。

(2)第二次注浆时,采用M30纯水泥浆,内掺抗裂膨胀剂6%,水灰比小于0.45,注浆压力大于2MPa。第二次注浆应在第一次注浆形成的水泥结石体强度达到5MPa后进行。

3.6 锚杆验收试验

该工程按规范提出了验收试验要求,验收数量为锚杆总数的5%,加载方式采用循环加载,与水浮力作用的特性相似。验收试验加载的最大荷载为2倍锚杆抗拔承载力特征值,与规定的1.5倍锚杆轴向受拉力设计值基本一致。试验结果显示,全部验收锚杆未出现破环现象,均满足设计要求。

4 结语

综上所述,用抗浮锚杆来解决建筑物或构筑物抗浮的问题,因其具有造价低、施工方便等优点,已被广泛地应用于实际工程中。虽然抗浮锚杆是近几年的新工艺,特别是在防水方面还没有统一的规定。因此,要确保抗浮锚杆的安全和耐用,不仅要求施工单位要有高的施工技术,还需要设计、建设、监理三方的配合,并借鉴成功的施工经验。

参考文献:

[1] 黄山.抗浮锚杆与地下室底板共同作用分析[J].工程建设与设计.2012(01).

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