帶防水板基礎的抗浮設計研究

耿 慧 玲

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030001)

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帶防水板基礎的抗浮設計研究

耿 慧 玲

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030001)

以寧武縣原木材公司棚戶區改造安置房工程為例，根據該場地的工程地質條件，對獨立基礎加防水板的基礎形式進行了抗浮設計分析，得出了獨立基礎與地基反力、防水板與水浮力及上部荷載的關系。

獨立基礎，防水板，抗浮設計，基礎形式

0 引言

當城市的生產和消費的發展達到一定程度后，城市大量興建高層建筑，基礎的埋置深度往往較深，實踐中往往采用獨立基礎加防水板或承臺加防水板等基礎形式。防水板在《基礎規范》和《樁基規范》中均沒有明確規定，需要注意的是，當地下水位較高時，會對建筑平面內地下室部分基礎構件產生浮力作用，需進行構件抗浮設計。

1 防水設計水位和抗浮設計水位的定義及相互關系

首先，需明確區分兩個概念。防水設計水位和抗浮設計水位在設計中經常容易混淆，其定義和適用范圍見表1。

表1 防水設計水位和抗浮設計水位的定義及相互關系

防水水位主要用于確定地下結構的抗滲等級和建筑的外防水的設計，旨在進行建筑物的防滲設計，與結構構件設計及抗浮設計無關。

抗浮設計水位，在國家規范相關資料里沒有明確的規定，一般可按當地標準來確定。在我國長江以南水源充沛的地區，地下水位都比較高，對高層建筑工程的抗浮設計應加以高度的重視。福建省抗洪設計的地方標準規定要求，對重大工程應按室外地面以上500 mm的高度，來確定地下室的抗浮設計水位；而在我國北方的廣大干旱地區，應根據地下水位的變化規律和水文地質情況等因素綜合確定抗浮設計水位。對重大工程，有必要時，還需進行抗浮設計水位的論證研討。

獨立基礎加防水板基礎中的防水板、獨立基礎以及地下室外墻等結構構件進行承載力計算時，抗浮設計水位(也稱結構設防水位)應取近3年～5年的歷史最高水位(包含上層滯水)。

抗浮設計水位適用于結構構件的設計計算以及結構整體的穩定驗算，是結構設計的重要條件，不容忽視。

2 設計中防水板的主要應用模式

設計中防水板的主要應用模式有：1)帶有地下室的多層建筑有防水要求時，當地基條件較好時，可以采用獨立基礎加防水板的基礎設計方法；2)如地基承載力不足可以采用承臺加防水板的地下室做法；3)也可用于高層建筑的裙房，即主樓采用平筏(或樁筏)，裙房采用獨立基礎加防水板(或承臺+防水板)。

關于計算軟件選擇：PKPM軟件基礎部分中，地下水浮力無法錄入，需要另外手工驗算，防水板不是主要受力構件，容易被設計人員遺漏，當地下水位較高時，會造成不可挽回的損失，所以，必須引起重視。

盈建科軟件基礎部分中，完善了地下水設計部分。帶防水板工程中，其他基礎(獨基、承臺、筏板或地梁)承擔了全部上部結構傳來的荷載，防水板僅按防水要求設置即可。為了將基礎沉降變形對防水板的不利影響減少，設計時應在防水板下設置一層易壓縮材料，例如松散爐渣或聚苯板等。這時，防水板可以只考慮地下水的浮力作用，不必再考慮地基土反力作用。

3 防水板計算模型

防水板采用的計算模型是基于柱墻位置不動假定的倒樓蓋計算模型。該模型只考慮了防水板的局部彎曲效應，適用于上部荷載比較均勻、柱墻位移差不大的工程。如果柱墻位移差比較大，不能忽略其影響，可以采用整體彎曲效應的筏板計算模型來設計防水板。

采用防水板模型時，因為柱墻位置假定為不動，所以上部結構荷載對防水板是無影響的。對防水板內力配筋起作用的荷載包括防水板面恒活、水浮力及人防荷載，并應該考慮防水板傳遞過來的荷載效應對獨立基礎、承臺、筏板、地梁等其他基礎的影響。

由于防水板默認采用墻柱位置為不動支座的倒樓蓋計算模型，這種理想化簡化模型導致防水板計算結果存在結果偏小、未進行沖剪、沉降驗算等局限性。可以采用防水板的精確計算模型，即采用基床系數為0的筏板來進行計算。

4 抗浮設計關鍵環節

基礎構件抗浮組合系數設置：在獨基加防水板基礎形式設計時，防水板和獨立基礎應考慮按不同的荷載效應組合來起控制作用，如：防水板一般按水浮力控制的效應組合設計(當地下水隨時間等因素變動區間較大時，水浮力按可變荷載考慮；當地下水隨時間等因素變動區間較小時，水浮力按永久荷載考慮)，獨立基礎應始終按由永久荷載效應控制的組合設計，綜上所述，防水板和獨立基礎采用不同的荷載效應設計值，但在獨立柱基的設計中，應考慮防水板傳來的荷載。所以，在獨基加防水板基礎設計過程中，準確定義荷載的不同效應組合是有一定困難的，結合工程設計的實際情況，采用合適的包絡設計方法，其結果基本相符，故可按各自最不利計算以達到簡化設計的效果。

5 工程實例

該工程為寧武縣房產管理局開發的寧武縣原木材公司棚戶區改造安置房工程2號樓。項目位于寧武縣中心城區，用地西側臨外環路，東側臨火車站路，南側臨舊火車站橋,北側臨新火車站橋。本工程主樓地下1層,地上11層,局部地上2層為商業，建筑總高度33.450 m。裙房地下1層,地上2層,建筑總高度8 m。該工程主要使用功能：商業，住宅。主體結構體系為鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎形式為平板式筏片。裙房結構體系為框架結構，基礎形式為鋼筋混凝土獨立基礎+條形基礎+防水板。

抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第二組。建筑場地類別為:Ⅰ類。地下水位埋深大于0.6 m～3.8 m，水位標高1 376.66 m～1 383.23 m。本工程場地為中硬土，無液化，為建筑抗震一般地段。地基土對鋼筋混凝土及鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕等級為微腐蝕。基礎持力層為第③層圓礫。地基承載力滿足設計要求，主樓基礎形式為平板式筏片基礎。裙房基礎形式為鋼筋混凝土獨立基礎+條形基礎+防水板。地基處理方式如下:1)主樓部分:將第①層雜填土和第②層粉土全部挖除，整片換填天然級配砂卵石至基底標高，壓實系數不小于0.97，平面尺寸為基礎外邊緣外擴3.0 m，要求級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質,當使用粉細砂或石粉時，應摻入不少于總重量30%的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50 mm，要求分層碾壓夯實，壓實系數不小于0.97，處理后的地基應根據規范確定其承載力特征值，且不小于300 kPa。2)軸線上裙房部分:將第①層雜填土全部挖除,整片換填三七灰土至基底標高(灰土厚度基底下至少1 m),壓實系數不小于0.97，平面尺寸為基礎外邊緣外擴1.0 m，墊層的施工質量檢驗應當分層進行,對每層的壓實系數檢測符合設計要求后，再鋪填上層土，灰土質量要求：土料宜用粉質粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質粉土，不得含有松軟雜質，并應過篩，其顆粒不得大于15 mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5 mm。處理后的地基應根據規范確定其承載力特征值，且不小于180 kPa。

建筑物室內地面標高±0.000相當于絕對標高為1 386.55 m,室內外高差0.750 m～0.800 m。寧武當地抗浮設計水位為1 383.35 m。

主樓基礎設計：歷史最高水位相對于結構±0為-3.2 m，地下水作用在防水板底荷載為7.5 kN/m2，基礎底標高均為-3.950 m,基底與100 mm厚C15素混凝土墊層間為70 mm防水層。經計算所得，基礎采用平板式筏片,混凝土強度等級為C30，抗滲等級P6。筏板厚為600 mm(局部800 mm)，全部筏板雙層雙向通長配筋φ16@220,局部應力較大處附加鋼筋。

裙房基礎設計：防水板底標高為-5.700 m。歷史最高水位相對于結構±0為-3.2 m，地下水作用在防水板底荷載為25 kN/m2，基底與100 mm厚C15素混凝土墊層間為70 mm防水層。防水板最大計算跨度為4.8 m，經計算，厚度為300 mm，雙層雙向φ14@250，且局部需要配置附加鋼筋φ12@250，遠大于按防水板構造配筋率0.15%的取值。基礎梁計算寬度為7.3 m，經計算,截面尺寸為500 mm×550 mm，配筋為上部9φ25,下部4φ22，箍筋φ10@200(4)，可見地下水的作用不容忽視。

同時，當地下水位較高時，在柱下獨基加防水板基礎設計時，還應考慮防水板對獨立基礎的影響。防水板承擔地下水浮力，同時又將反力傳給了獨立基礎，對獨立基礎的內力有加大的作用。如果地下水位較高時，忽略地下水的作用，仍按一般獨立基礎設計，設計大意，就會埋下安全隱患。所以，不能按舊有習慣籠統設計估值，應該對具體情況具體分析，分析獨立基礎和防水板共同作用的真實受力狀態，對獨立基礎的設計作正確的設計：1)獨立基礎設計應該考慮基地反力，防水板傳至基礎邊緣的集中荷載和附加彎矩。2)防水板計算模型為四角支承在獨立基礎上的雙向板考慮，所受荷載為水浮力和防水板及其上部填土重量。

經計算所得，柱下獨立基礎底板平面尺寸為3.1 m×3.1 m,配筋為φ14@250，柱下獨立基礎的邊長不小于2.5 m時，底板受力鋼筋的長度可取相應邊長的0.9倍，并交錯布置。

6 結語

結合實際工程，獨立基礎加防水板或承臺加防水板是非常常見的基礎形式，詳細地介紹了從計算模型參數選取到計算防水板的設計過程，對類似工程安全性有一定參考意義。

[1] GB 50007—2011，地基規范[S].

[2] GB 50069—2002，給排水工程構筑物結構設計規范[S].

[3] DBJ 01—501—92，北京地區建筑地基基礎勘察設計規范[S].

Research on anti floating design of waterproof board foundation

Geng Huiling

(Shanxi Architectural Design & Research Institute, Taiyuan 030001, China)

Taking the shantytowns resettlement housing engineering of original timber company in Ningwu County as an example, according to the engineering geological conditions of the site, this paper analyzed the anti floating design of foundation form of independent foundation with waterproof board, gained the independent foundation and foundation counter force, the relationship between waterproof plate and water buoyancy and upper load.

independent foundation, waterproof board, anti floating design, basic form

1009-6825(2016)34-0077-02

2016-09-25

耿慧玲(1984- )，女，工程師

TU470

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