关于地下室抗浮设计的若干问题

作者:李分德时间:2018-06-14 16:46:09  来源:  阅读次数:51次 ]

摘 要:由于经济社会的不断发展,我国建筑行业也取得了迅猛发展,同时城市建筑也越来越多。在城市当中为了节约用地,建 筑工程师便设计出了地下室,这样就可以在一定程度上缓解城市用地的紧张。而在地下室的设计过程中,其抗浮设计是其中的重 中之重,为此在设计过程中便需要考虑到地下室的抗浮水位高度,然后对整体结构的稳定性以及局部的稳定性进行验算。如果在 验算核查过程中不能满足设计要求,此时就应该对工程进行抗浮处理。为了保证最终地下室工程的抗浮特性,在施工过程中也应 严格按照施工标准进行施工,同时在施工过程中还可以分段对地下室的水位进行标高,最终确保地下室工程的施工质量。

关键词:地下室;抗浮设计;应对措施

   在城市地下室的建设过程中,需要特别关注抗浮设计的问 题,其关系到整个地下室工程的建设成本和施工的安全性。如 果不重视该问题,就有可能使得地下室工程在建成之后无法正 常使用而浪费成本,严重时还可能使得地下室工程因为抗浮能 力的不足造成整体结构的损坏,为此就需要在地下室工程设计 过程中高度重视此问题。一般来讲,抗浮水位在确定过程中比 较复杂,其不仅与施工现,场地下水的情况有关,而且与未来 一段时间内该地区地下水位的变化趋势有关。为此,在地下室 抗浮设计过程中,就需要对施工现场的情况详细了解,同时还 需要选择合理的失效模式进行抗浮验算。

1 抗浮水位的确定

    在一般的地下室施工过程中,其抗浮水位的确定都是由地 质勘查单位提供,该单位会根据施工地区地质条件和历史记录 来确定一个比较合理的建议值。而在具体的施工地下室施工过 程中如果遇到抗浮问题,此时就需要进行专业的抗浮设水位研 究。一般抗浮水位的确定需要考虑一下几个因素 :(1)施工现 场地下水的分布情况及其种类。人们最为熟知的地下水种类为 上层滞水、承压水和潜水,其中上层滞水的形成主要和大气降 水有关,而其主要的消耗方式为地表蒸发 ;承压水和潜水的形 成主要和地下暗流有关,主要消耗方式为人工开采。(2)不同 种类的地下水在一定年限内的变化趋势。在考虑某个地区水位 变化趋势时需要综合考虑该地区的水库放水、地下水开采限制 情况等。 在此需要特别说明一下,抗浮设防水位与防水水位这两个 概念是完全不同的。我们可以将抗浮水位理解为等效水位,也 就是与地下室底板水位压力相等的高度 ;而防水水位是在建筑 工程施工过程中的防水安全高度,其一般确定为地下水位能够 达到的最大高度再增加一米。

2 抗浮失效的主要形态

   在目前很多城市的地下室设计过程中,其结构大多数为地 上各单元独立,而地下连接为一个整体,并且主楼与地下室交 界处没有结构缝。而主楼部分与地下室之间往往有三种不同的 形式,比较常见的是主楼部分的范围与地下室的范围相同,这 样便可以形成结构相同的一个整体。除此之外,地下室的范围 也可以大于主楼部分或者小于主楼部门。由于地下室上面的主 楼部门形式多样,机构复杂,导致地下室抗浮失效的形态也存 在着多样性,最主要的为以下三种。

2.1 整体抗浮失效

   该种失效形式的表现特点为建筑物会发生整体的上移,该 种失效形式发生的原因为建筑物的重力比地下水的浮力要小, 导致建筑物整体受到一个向上的合力,进而使得建筑物逐步上 移。通常来讲,这种失效形式为这三种失效形式中最常见、最 简单的破坏形式,其受力分析简图如图一所示(图中的阴影部 分表示地下室)。

2.2 局部整体抗浮失效

   该种失效形式的具体含义是指建筑物的整体抗浮性满足设 计要求,但是局部地区地下水的浮力比该片区域的重力要大。 该种形式对建筑物的破坏形式会因为上部结构的重力分布不同 而表现出不同的现象,其中下图中的图二到图四是几种比较常 见的局部整体破坏受力简图。如果发生图二所示的现象,便需 要对建筑物的整体倾覆性进行核算检查,但目前建筑行业并没 有规范的核算标准 ;对于图三中的现象,可以将其等效看成悬 臂梁来进行抗压应力的校核,最后可以从分析得到的应力情况 对地下室顶板及底板进行配筋操作及核算 ;而对于图四所示的 现象,此时就需要将主楼看成地下室的支座,并把整体的结构 看成两端固定的梁来对其进行核算。因为局部整体抗浮失效的 形式比较多,文章只对图中这三种典型的现象进行了分析。 图一 整体抗浮失效     图二 局部整体抗浮失效 1 图三 局部整体抗浮失效 2    图四 局部整体抗浮失效 3   

2.3  局部抗浮失效

   该种失效形式的表现形式为地下室抗浮结构出现裂缝或者 受到很大破坏,其原因为抵抗水浮力的机构构架强度不够,进 而在水浮力载荷的作用使得抗浮结构出现裂缝或遭到破坏。而 在施工过程中需要直接抵抗水浮力的构建有 :抗拔桩、地下室 底板、抗拔锚杆等。

3 针对不同失效形式的应对措施

3.1 整体抗浮失效结构的应对措施

   对于整体抗浮失效,现阶段建筑行业通常使用方法为对结 构进行压重、设置抗拔桩或者抗拔锚杆等。而对于该种抗浮失 效的验算方法将依据《建筑结构载荷规范》中的第三款对地下 室结构中的倾覆、滑移或者漂浮验算载荷中的有关参数需要满 足该规范中的条例。具体来讲,对于那些建筑工程施工现场地 下水位基本不变压力叫做永久作用力,其分项系数的取值应该 保持在 1.2 左右 ;而对于水位变化的水压力该系数可以取在 1.4 左右。同时,在应对水浮力过程中设计的抗力不需要考虑地下 室旁边墙壁上的摩擦力以及不断变化的载荷,且其稳定性抗力 系数应该最低维持在 1.05。 但是,在实际施工过程中,不同地区对抗浮结构的设计也 会因为各地方的地质条件不同而有着不同的标准,所以国内也 没有统一的核算标准。而永久性载荷系数最小取值为 1.05 也 是各工程施工过程中的经验值,考虑的因素大致有 :(1)地下 室中旁边墙壁的摩擦力与整个地下室结构的安全性有着很大的 关联,特别是在抗浮水位与地下室顶板标高差别很大的情形。 (2)在地下室结构的周围使用一些渗透率较低的土壤进行填充, 对结构的抗浮效果有着较大的积极作用。(3)我国南方地区的 降水比较多,地下水也比较丰富,广东地区永久性载荷系数取 值为 1.05,故其它地区取该值也能够达到设计要求。

3.2 局部整体抗浮失效的应对措施

    一般对于图二所示的失效形式,可以对其进行整体的抗倾 覆验算和顶板及底板处的拉应力验算,在核算过程中应该需要 特别注意将重力载荷与水浮力载荷相减。而对于图五所示的失 效形式,可以将地下室看做悬臂梁进行验算,具体应该对地下 室顶板和底板处的拉压应力进行核算。在核算中应该了解到顶 板处的悬臂梁会受到压应力,而底板处会受到拉应力,结构整 体得到的拉力将由钢筋承担。而对于图六所示的失效形式,可 以将其认为是两端固定的单跨梁进行核算顶板和底板处的拉压 应力。 但是,局部整体抗浮失效的情况比较多,在其简化过程中 也有很多不能简化为文章所举的三个形式,此时就需要借助电 脑软件对其进行有限元分析,进而得出需要的拉压应力并对其 进行核算。

3.3 局部抗浮失效形式的应对措施

   对于这种形式往往只需要对结构中的重要部件进行拉压应 力校核,通常有基础放水板、抗拔桩和抗浮锚杆。下面主要对 抗浮锚杆的设计进行介绍,通常优先选用预应力锚杆。同时, 需按下式验算锚杆承载力 Nd=fmg/K×π×D×La×ψ 式中 :Nd 为锚杆轴向拉力设计值 ;fmg 为锚固段注浆体与 地层间极限粘结强度标准 ;La 为锚固段长度 ;Ψ 为锚固段长 度对极限粘结强度影响系数 ;D 为锚杆钻孔直径 ;

4 结语

   文章对地下室抗浮水为确定过程中的影响因素进行了介 绍,然后对不同的失效形式进行了分析并提出了应对措施,希 望能为相关研究者提供一些参考。

参考文献 :

[1] 鲁昂,阎钟巍,尤天直,毕磊.建筑地下室抗浮设计若干问题探讨[J].建筑结构,2017,47(S1):1142-1145.

[2] 卢杨霖.地下室抗浮设计若干问题探讨[J].福建建设科技,2017(02): 44-45+64.

[3] 赵宇.地下室上浮破坏原因分析及处理措施研究[D].浙江大学, 2013.

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