上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司武汉分院 湖北省武汉市 430077
摘要：随着城市现代化的高速发展,地下空间的利用也越来越被重视,在大城市中,两层地下室的高层建筑已非常常见,3~5层地下室的大型公共建筑也越来越多。地下水对建筑物的影响已不可忽视,在有些区域甚至起控制作用,在带裙楼高层建筑及大底盘高层建筑中表现得尤为突出。目前,由于抗浮问题考虑不充分而发生建筑损坏的例子已屡见不鲜。在结构基础设计时,设计人员应谨慎思考地下环境的每一处影响。
关键词：地下结构；抗浮；设计
1抗浮设计的基本概念
地下室建成后，其地面和侧墙形成封闭体。如果地下水位较高，封闭体将承受较大的水浮力。其地板和侧壁的各个区域也会因外部水压而变形。因此，地下室抗浮设计应进行整体抗浮验算和局部抗浮验算。整个抗浮验算要求地下室在水浮力作用下不上升，不造成破坏。为了防止地下室整体上浮，一般采用压力和拉力两种方式。所谓“压力”就是利用建筑物的自重（结构本身的重量，不包括活载）来抵抗水浮力的影响。当不能满足时，可增加结构自重或配重，以满足抗浮要求。该方法的局限性在于，当地下水浮力大于结构自重时，会大大增加材料消耗，导致经济性差。此时，我们可以采用另一种方法，即“拉”。所谓“拉”就是通过增加拔桩、拔锚等方式，利用桩或锚来抵抗地下水的浮力，以满足整体抗浮基底的要求。无论采用“压力”或“拉力”的方法，都必须进行整体的反浮力检查，以确保结构的反浮力（自重+反浮力拉力）大于水总浮力的1.05倍。检查局部抗浮时，除检查地板和侧墙的强度、变形和裂缝宽度外，还应检查地下室局部薄弱部位的抗浮要求是否满足。对于许多建在地下室大面积上的高层和低层建筑，其重量不均匀。当上部为高层或恒载较大时，可达到该区域的整体抗浮能力。它可以更高，但没有局部地区的建筑上部或建筑层数不多。特别是分区、块段的局部抗浮验算。
2建筑物纯地下室的抗浮设计
在高层建筑中,主楼由于楼层较多通常可不考虑抗浮设计,而纯地下室则是抗浮设计的主要考虑对象。
2.1整体抗浮荷载
基础抗浮荷载计算公式:Q=F-G
式中:F为水浮力标准值;G为结构自重及其他永久荷载标准值之和;整体抗浮计算时可不考虑分项系数。
G=各楼层结构自重(包括地下室底板)+各层建筑面层重量+地下室顶板覆土重
2.2抗浮稳定验算安全系数K
La为锚杆计算长度;frbk为岩土体与锚固体极限黏结强度标准值;D为锚杆直径;n为锚杆钢筋根数;fb为钢筋与锚固砂浆间的黏结强度设计值;d为锚杆钢筋直径;b为锚杆布置间距;r为土体容重(地下水位以下取浮重度)。
当进行地下室抗浮锚杆设计及施工时应注意以下要求:锚杆全面施工前应作基本试验以确定锚杆长度,试验最大加载量应满足规范要求(基本试验施工单位应根据承载力要求增大锚杆钢筋直径),且不得小于单根锚杆抗拔力设计值Nt的2倍。试验应根据不同的土层情况、锚杆长度及抗拔承载力特征值要求确定试验组数。每一种情况锚杆数不得少于3根;当试验完成后应形成试验报告以供设计人员确定本场地的锚杆长度。验收试验锚杆数量不得小于总锚杆数量的5%,且不应小于6根,试验最大加载量不应小于单根锚杆轴向拉力Nt的1.5倍。成孔应采用机械成孔,应根据土层条件采用泥浆护壁或钢套筒护壁等措施,以避免孔壁坍塌,锚杆的孔位和孔径误差应不大于20mm,钻孔的轴线偏斜率不应大于杆体长度的2%。
工程停止降水的时间应同时满足以下条件:(a)完成地下室顶板及挡土墙周边地面回填,回填土容重16kN/m2~18.0kN/m2。(b)塔楼结构施工完毕后。(c)各楼层面层施工完毕后。
当在地下室布置抗浮锚杆时,应尽量均匀布置,抗水板及柱下基础均应布置。如果采用柱下基础不布置锚杆,集中布置在抗水板区域内,由于锚杆对土体的挤密效应,会造成抗水板下面的反力增加,柱下基础反力减小,反而使柱下基础抗冲切不安全。
3上浮处理方法及效果
依据现场检测情况及计算结果分析,同时结合工程修复成本及工期等相关因素,可以对地下车库各受损部位采用以下方法修护和加固,同时应在基坑周围设置一定的排水井控制水位,以免水位保持在过高状态。对类似工程的处理意见如下。建造过程中在基坑周围设置双排甚至环形排水井,确保地下水位在地下室底板之下,地下车库内水位排出直至地下室底板回落,再对受损部位进行不同的加固处理。对受损的地下车库底板的处理:首先清理开裂表面,然后利用压力将高强度环氧树脂水泥灌入裂缝中。灌浆完毕后,在裂缝处设置止水板,内部填满柔性防水材料,从而构成柔性防水。对受损的柱顶的处理:首先清理开裂表面,然后利用压力将高强度环氧树脂水泥灌入裂缝中。灌浆完毕后,在柱顶1.0~1.5m范围内粘贴2~4层碳纤维布增加受损处强度。对受损的柱脚的处理:对较严重的柱脚损坏,在去除原有混凝土后,对暴露在外的钢筋进行除锈,并及时涂刷面剂,同时进行二次灌浆。在柱脚1.5m范围内进行无间隔环向连续粘贴4层碳纤维布。对主楼与车库底板衔接处的处理:安装止水针头并使用压力将聚氨酯堵漏材料灌入裂缝中。为增强底板与主体之间缝隙处的局部抗剪能力,在水位降落后,凿开部分混凝土,再斜向插入部分抗剪钢筋。对开裂的框架梁与次梁的处理:先清洗裂缝表面,再湿润,然后利用压力将高强度环氧树脂水泥灌入裂缝中;灌浆完成后,对梁进行加固处理可采用粘贴碳纤维法。在加固之前,对损坏的混凝土梁进行表面处理。采用界面剂涂刷混凝土表面以确保两者顺利结合,再填充水泥基灌浆料。为保证梁的正常使用,可在梁底部通长粘贴3~4层碳纤维布,并在梁侧间隔粘贴U型碳纤维箍。对开裂的填充墙的处理:由于填充墙的裂缝可能会损坏相关配电设备,因此对裂缝表面涂抹环氧树脂,并在墙体外侧进行防水处理,可用防水卷材。
结论
地下室的抗浮设计是一个非常重要的问题，必须引起重视。地下室抗浮设计的关键是设计人员应充分结合场地特点和区域工程地质、水文地质及周边环境，在设计过程中确定合理的抗浮设计水位，并通过仔细计算，提出相应的抗浮措施，以便在保证工程结构安全的前提下，尽可能做到科学、经济、合理、可行。同时，应采取有效的防浮措施，防止施工过程中发生浮起事故。
参考文献
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论文作者:张田田
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：地下室论文; 浮力论文; 锚杆论文; 结构论文; 裂缝论文; 底板论文; 自重论文; 《基层建设》2019年第3期论文;