曹安群

(蚌埠市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，高層建筑成為城市建筑發(fā)展的主流。同時(shí)，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用力度越來(lái)越大，高層建筑附建式地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要性日益凸顯，本文以此類(lèi)地下室的抗浮設(shè)計(jì)為方向進(jìn)行了闡述與研究。

1 抗浮設(shè)計(jì)

1.1 抗浮設(shè)計(jì)水位

抗浮設(shè)計(jì)水位是建筑結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的重要基本參數(shù)。目前，抗浮設(shè)計(jì)水位主要通過(guò)兩種途徑獲取：一是由項(xiàng)目的勘察單位在巖土工程勘察報(bào)告中提供；二是對(duì)于特別重要的工程或是缺少歷史水文資料的工程，由建設(shè)方委托勘察單位出具抗浮設(shè)計(jì)水位論證報(bào)告，并組織相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)論證。

1.2 抗浮設(shè)計(jì)內(nèi)容

高層建筑附建式地下室的抗浮設(shè)計(jì)分為整體抗浮和局部抗浮。整體抗浮是取整個(gè)地下室為分析對(duì)象，即地下室的自重、壓重和抗浮構(gòu)件提供的抗浮力之和大于水的浮力。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)第5.4.3條給出了簡(jiǎn)單水浮力作用情況下，基礎(chǔ)整體抗浮穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求：

GkNw,k≥Kw

式中：Gk為建筑物自重及壓重之和；Nw,k為水浮力作用值；Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況取1.05。

局部抗浮是結(jié)構(gòu)的整體抗浮滿(mǎn)足上述要求，而局部的基礎(chǔ)底板因?yàn)樗×Τ^(guò)抗浮力而引起的上浮。局部抗浮不滿(mǎn)足要求會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)底板向上變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致底板隆起開(kāi)裂、柱身剪切破壞、柱的縱筋壓屈等破壞。

基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性不滿(mǎn)足要求時(shí)，可以綜合采用增加壓重、設(shè)置抗浮構(gòu)件、降低地下水位等措施。整體抗浮滿(mǎn)足而局部抗浮不滿(mǎn)足時(shí)，也可采用增加基礎(chǔ)底板厚度與配筋等加大基礎(chǔ)剛度的措施。

2 抗浮措施

2.1 增加壓重

當(dāng)?shù)叵率业慕Y(jié)構(gòu)自重和已有壓重之和略小于水浮力作用值時(shí)，可采用增加壓重抗浮，其方法主要有：

方法一：增大地下室頂板的壓重。一般是加大地下室頂板的覆土厚度，該方式還可以解決上部市政管道的鋪設(shè)、城市綠化建設(shè)等問(wèn)題。

方法二：在地下室內(nèi)回填容重較大的材料。一般采用基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的原狀土、素混凝土及鋼渣混凝土等，其容重應(yīng)取相應(yīng)材料的較小值。

方法三：借助高層建筑結(jié)構(gòu)的自重作為間接壓重。對(duì)于大型寫(xiě)字樓和高層住宅小區(qū)的附建式地下室，其上部主樓部分的重量遠(yuǎn)大于相應(yīng)范圍內(nèi)的水浮力，可以通過(guò)增加主樓周邊基礎(chǔ)底板厚度和梁柱構(gòu)件剛度的方式，使上部主樓的重量有效地向外擴(kuò)散，以此增大主樓周邊地下室的重量。

增加壓重抗浮的方式施工便捷、安全可靠且管理成本較低，具有明顯優(yōu)勢(shì)。但仍存在一定的弊端，當(dāng)?shù)叵率宜艿乃×^大時(shí)，采用該方式需要使用較厚的壓重材料，且要降低地下室層高或增大基礎(chǔ)埋深而造成建造成本增加或水浮力增大。

2.2 抗拔構(gòu)件

地下室抗浮設(shè)計(jì)中使用較多的抗拔構(gòu)件有抗拔樁和抗拔錨桿兩種。

抗拔樁主要是利用樁身自重與樁側(cè)的摩阻力提供抗拔力，按施工工藝可分為鉆孔灌注樁、預(yù)制管樁等樁型種類(lèi)。工程實(shí)踐中，實(shí)際的地下水位一般低于抗浮設(shè)防水位，因而抗拔樁也要求兼作抗壓樁，應(yīng)重視驗(yàn)算在低水位下抗拔樁的抗壓承載力?？拱螛对谒×ψ饔孟拢L(zhǎng)期處于受拉狀態(tài)，樁身容易發(fā)生裂縫等情況。為避免樁身的鋼筋發(fā)生腐蝕等問(wèn)題，需要進(jìn)行樁身混凝土的裂縫寬度驗(yàn)算，確保在腐蝕性土層中抗拔樁的耐久性。抗拔樁一般布置在柱下，跨內(nèi)的水浮力需要通過(guò)基礎(chǔ)底板的變形傳遞至柱下，這就要求基礎(chǔ)底板具有較大的剛度。

抗拔錨桿的受力原理和抗拔樁較為相似，都是利用構(gòu)件與巖土層間的側(cè)摩阻力實(shí)現(xiàn)抗拔。普通錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿是工程中較為常見(jiàn)的抗拔錨桿類(lèi)型。工程實(shí)踐中，基礎(chǔ)底板下土層較好或距離巖石層較近等因素為抗拔錨桿適宜的應(yīng)用條件。相較于抗拔樁，抗拔錨桿可布置在跨內(nèi)，特別適用于局部抗浮不滿(mǎn)足要求的情況。因?yàn)榭拱五^桿在拉壓往復(fù)受力的狀態(tài)下容易失效，所以抗拔錨桿應(yīng)避免布置在柱下，以免抗拔錨桿受壓。由于季節(jié)更替會(huì)導(dǎo)致地下水位變化，因而抗拔錨桿的拉力也會(huì)隨之變化，普通錨桿在此情況下容易出現(xiàn)變形失效等問(wèn)題，可能造成底板和地基土脫空，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿雖然不易出現(xiàn)上述問(wèn)題，但其在水位較低時(shí)的初始拉力，容易造成底板發(fā)生向下的變形而出現(xiàn)底板拉裂的情況?？拱五^桿具有受力合理、施工便捷、造價(jià)較低等優(yōu)勢(shì)條件，實(shí)際應(yīng)用較為廣泛。

2.3 降低地下水位

相較于增加壓重、設(shè)置抗拔構(gòu)件等方法，降低地下水位主要作為既有地下室受到水浮力破壞時(shí)的處理措施。具體方法是在地下室周邊設(shè)置永久降水井點(diǎn)、隔水帷幕及排水溝等，以達(dá)到降低地下水位，減小水浮力的效果。采用此方法長(zhǎng)時(shí)間降低地下水位時(shí)需要注意對(duì)周邊建筑物的影響，防止因地下水位降低導(dǎo)致的附加地基沉降變形影響周邊建筑物。

3 抗浮設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 工程概況

某住宅小區(qū)，地上為4棟17～19層的高層住宅，地下1層為連為一體的地下室。地下室平面尺寸約為158 m×86 m，層高3.8 m，主要功能為地下車(chē)庫(kù)。本工程抗浮設(shè)計(jì)水位為-0.8 m，地下室頂板覆土厚度為1.6 m。主樓部分采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚度為950 mm；地下室部分采用筏形基礎(chǔ)，筏板厚度為400 mm，局部增設(shè)下柱墩以滿(mǎn)足抗沖切承載力要求，柱墩厚度為600 mm；筏板頂面標(biāo)高為-5.5 m。

3.2 抗浮設(shè)計(jì)過(guò)程

本工程水浮力作用值Nw,k為43 kN/m2，建筑物自重及壓重之和Gk為78.6 kN/m2，Gk/Nw,k=1.83>1.05，整體抗浮滿(mǎn)足要求。但地下室局部自重及壓重不足以抵消水浮力，需采用相應(yīng)的抗浮措施。本工程單純采用增加壓重的方法已無(wú)法滿(mǎn)足局部抗浮要求，因此考慮設(shè)置抗拔樁或抗拔錨桿。由于地下室柱網(wǎng)尺寸不大且局部需要使用抗壓樁，最終決定采用抗拔樁。

計(jì)算單樁抗拔承載力和每延米混凝土用量時(shí)，分別取800 mm、1 000 mm、1 200 mm、1 400 mm四種不同樁徑，樁長(zhǎng)均為12 m，計(jì)算結(jié)果分別為1 060 kN(0.502 4 m3)、1 340 kN(0.785 0 m3)、1 610 kN(1.130 4 m3)、1 890 kN(1.538 6 m3)。通過(guò)對(duì)以上計(jì)算結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，隨著樁徑的增加，單樁抗拔承載力有所提高，但單位承載力的混凝土用量增幅更大。咨詢(xún)本工程的勘察單位了解到，當(dāng)?shù)剌^大直徑樁的施工經(jīng)驗(yàn)不多且綜合造價(jià)較高。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性的比較，本工程選用樁徑為800 mm的抗拔樁。通過(guò)計(jì)算，抗拔樁主要布置在框架柱下，且同時(shí)滿(mǎn)足低水位下的抗壓承載力要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑附建式地下室的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相對(duì)于整體抗浮，局部抗浮問(wèn)題容易被忽視，實(shí)際工程中需要格外注意?？垢〈胧┑倪x擇對(duì)地下室抗浮設(shè)計(jì)的安全性與經(jīng)濟(jì)性影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過(guò)多方案比選，確定經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。