獨立基礎加抗水板基礎設計及構造要求

(成都景成建筑設計有限公司, 四川 成都 610000)

1 獨立基礎加構造防水板的基底反力分配

獨立基礎加構造防水板是一個共同受力的整體，防水板會承擔一定的基礎反力，但一般其地基反力的分配情況往往很難明確。研究表明，獨立基礎加構造防水板的基底反力分布具有一定的空間變化特點和分布規律。

1.1 無地下水或地下水位較低時防水底板對獨立基礎的影響

在無地下水時，防水底板與獨立基礎整澆，武崇福和馮潔等通過有限元分析獨立基礎和防水板的共同作用，得到：隨著防水板板厚的增加，其分擔的基底反力就越多，獨立基礎的配筋就減小越多。但是防水板板厚增加到一定程度時，獨立基礎的配筋就不再減小，因為獨立基礎已經達到了構造配筋，所以并不是防水板板厚越厚，對結構配筋越省，盲目的增加防水板板厚，反而會造成一定的浪費。同時防水板由于分擔了一部分基底反力，是有計算配筋的，若只是按照構造進行配筋是不安全的，應當根據其受力計算進行配筋。

1.2 有地下水且地下水位較高時防水板對獨立基礎的影響

在地下水位較高時，由于水頭壓力較大，此時防水底板不僅要考慮整體抗浮的問題，還要考慮防水板自身的強度能否抵抗水壓力的作用。以往的設計對于水壓力的考慮，通常只是計算防水底板的承載力，沒有考慮此時水壓力對獨立基礎的影響。而實際情況是獨立基礎與防水底板是共同作用，在這種情況下，較大的水壓力會對防水底板產生較大的彎矩，而防水底板的計算模型是以獨立基礎為支座的復雜雙向板，這就使得防水底板的彎矩會在獨立基礎處進行傳遞，這就會加大獨立基礎的受力，若不考慮這部分彎矩，對于獨立基礎的設計是不安全的。根據相關分析，在有水頭壓力的作用下，當防水板較薄時，會使得獨基邊防水板配筋加大，若只是按構造配筋顯然不夠安全，同樣防水板也并不是越厚越好，達到一定程度后獨立基礎和防水板都只是構造配筋。

馮潔還得出當防水板離得基礎底面越遠,獨立基礎承擔的荷載越大, 設計時可以適當提高防水板的位置,高于基礎頂面1m 比較合適，但此種做法在工程應用中較少。李純，朱浮聲等采用GYH-2 型單膜式壓力盒對遼寧文化藝術中心、省博物館新館的獨立基礎加構造防水板的地基反力進行測試,也得到了較為類似的結果。

2 獨立基礎加構造防水板受力特點分析

（1）獨立基礎加構造防水板的設計設想是獨立基礎承擔全部的結構荷載并考慮水浮力的影響，防水板一般只用來抵抗水浮力，不考慮防水板的地基承載能力。

（2）作用在防水板上的荷載有地下水浮力，防水板自重及其上建筑做法重量。在建筑物使用過程中由于地下水位變化作用在防水板底面的地下水浮力也在不斷改變，根據防水板所承擔的水浮力的大小，可分為兩種受力情況：a、防水板水浮力小于防水板自重與其上建筑做法重量之和，在這種情況下，地基將會承載建筑物的全部重量；b、當防水板水浮力大于防水板自重與其上建筑做法重量之和時，防水板對獨立基礎底面的地基反力起一定的分擔作用，并且這種作用力會伴隨著浮力的增加而提高。

3 設計計算

3.1 柱下獨立柱基礎的設計計算

當防水板底土層同獨立基礎時, 柱下獨立基礎可不考慮防水板自重及底板面荷載；當防水板底土層擾動，承載力較小，變形較大時，柱下獨基除承受上部結構荷載及獨基自重外，還需要額外的對防水板自身的重量、板面上部負載等重量進行考量。又因為這一部分負載會使柱子的軸向壓力上升，因此在計算時可以以柱子的負荷面積進行計算。

3.2 防水板的設計計算

（1）防水板設計荷載分向下的重力荷載設計值和向上水浮力。向下重力荷載設計值包括防水板自重、防水板上部建筑地面做法及活荷載；抗浮設計時，防水板所受到的向上的力為按抗浮設計水位確定的水浮力設計值減去防水板自重及其上部建筑做法標準值。

（2）當防水板底土層同獨立基礎時，底板為自承重底板，向下作用下為構造配筋；反之防水板在重力荷載作用下，可按無梁樓蓋雙向板經驗系數法計算。

（3）防水板向上浮力作用下應連同獨立柱基按倒無梁樓蓋計算。

4 常用獨基加防水板形式

正錐型是常見的防水設計形式。該種形式同普通獨立基礎，就是在下部增加了防水板，其最大的優點就是施工簡便。類似的獨立基礎防水形式，在日常實際中把這種形式理解為倒置的有柱帽無梁樓蓋結構, 柱帽為柱下獨立基礎中的臺階部分。這種結構的受力性能和獨立柱基、無梁樓蓋等形式有非常多的相似之處，獨立柱基加防水板基礎是在獨立柱基基礎上逐漸延伸而來的一種較為特殊的形式。

5 構造要求

（1）獨立基礎加防水底板中的防水底板主要是為了抵抗水浮力，這樣防水板和獨立基礎可以分開考慮，其不僅傳力簡單直接，受力分析模型也比較準確。為了實現結構的設計構想，一般在防水板下設置一定厚度有壓縮能力的軟墊層，比如焦渣、聚乙烯苯板等。其目的是為了利用軟墊層的壓縮能力使防水底板不承擔或盡可能承擔最少的地反力；另外也可減少獨立基礎的沉降對防水板的影響。由此可見，軟墊層應該具有一定的變形能力，確保防水底板不承受過大的地反力。所以軟墊層的厚度h 最小應滿足h ≥ s，s 為地基沉降值，一般根據當地經驗選用，常用h=100mm。目前常用的軟墊層材料是焦渣和苯板。焦渣性能比較穩定，相關實踐表明其自身的剛度和壓縮性比較容易滿足墊層的要求，但由于近年來原材料的供應和價格因素，工程應用正在變得越來越少。苯板本身具備廣泛的來源，且實際施工較為簡便，成本較低，所以得到了廣泛的運用，然而由于其是二次加工制造，性質差異較大，加之目前并沒有相關規范對其特性參數進行歸類劃分，在使用過程中可能出現不滿足剛度和變形要求的現象。

（2）獨立柱基加防水板的混凝土強度等級宜為C30-C40，為了盡可能的避免出現裂縫，混凝土的強度應低于C40。當防水板的配筋由水浮力控制時，防水板受力鋼筋的最小配筋率按照混凝土規范的第8.5.1條確定；當為其他情況時，防水板受力鋼筋的最小配筋率按混凝土規范第8.5.2條確定，不小于0.15%。防水板的厚度不應小于250mm，宜采用HRB400 級鋼筋，鋼筋直徑不宜小于12mm，間距宜采用100 ～ 200mm。

（3）防水板上部鋼筋在獨立基礎范圍拉通，下部鋼筋在獨立柱基礎邊按搭接長度伸入柱基內，柱基下部鋼筋在柱基邊上錨入防水板按搭接長度，也可按柱下板帶支座彎矩包絡在基底截斷一半。

6 結語

綜上所述，防水板不受地基反力，只承受板自重及板上部的恒載和活載，類似無梁樓蓋，防水板應和獨基聯合進行澆筑。本文所闡述的獨立防水板結構設計計算方式以及構造要求，都來自于筆者長期工作中的經驗，結合相關參考文獻，作出的總結和體會，旨在供結構設計人員在結構設計中參考。

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