巖石地基地下室抗浮設(shè)計(jì)淺析

摘 要：在經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的今天，對(duì)于高層建筑的建設(shè)越來(lái)越多，為了對(duì)地下空間進(jìn)行充分的使用，越來(lái)越重視對(duì)地下室的建設(shè)。本文結(jié)合工程實(shí)例針對(duì)地下室抗浮設(shè)計(jì)做出了進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：地下室抗浮設(shè)計(jì)；嵌巖樁；抗拔承載力

地下室的抗浮設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的問(wèn)題，在對(duì)地下室進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，抗浮設(shè)防水位的取值非常關(guān)鍵，并且抗浮設(shè)計(jì)水位與地下水位的概念并不是相同的。增設(shè)抗浮構(gòu)件，通常有設(shè)置抗浮錨桿、抗拔樁等。抗浮錨桿通常應(yīng)用在底板下巖土均勻，巖層較淺的地質(zhì)，錨桿不需很長(zhǎng)。通過(guò)設(shè)置錨桿，在抗浮工況下，地下室底板的跨度相應(yīng)減小，從而底板厚度可以減小，配筋量相應(yīng)減小。抗拔樁比較適合應(yīng)用于硬質(zhì)巖石地基或底板下巖層很深的地質(zhì)，其抗拔原理類似抗浮錨桿。

1 工程概況

本工程位于貴州省貴陽(yáng)市，功能為大型綜合酒店，地上25層，地下2層，其中地下兩層車庫(kù)按照機(jī)械停車庫(kù)設(shè)計(jì)，層高較高，負(fù)二層底板頂標(biāo)高為-11.800m；建筑總高度為100m。地下室平面尺寸為69m×72m，塔樓平面尺寸36m×48m，塔樓位于地下室中部，框剪結(jié)構(gòu)，周邊外擴(kuò)2～3跨為純地下室，純地下室最大柱網(wǎng)為9.1m×9.1m。

根據(jù)地勘報(bào)告顯示該場(chǎng)地地貌屬貴陽(yáng)巖溶盆地北面的峰叢谷地地貌，地層剖面依次為素填土、紅黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r、中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r，抗浮設(shè)計(jì)水位為地下-4.5m，無(wú)承壓水。地下室底板底標(biāo)高至中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r，塔樓基礎(chǔ)采用獨(dú)基，純地下室經(jīng)過(guò)驗(yàn)算比較采用抗拔樁，底板按筏板計(jì)算。

2 抗浮方案選型

對(duì)該工程上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，得到柱底恒載作用下最大內(nèi)力，可以初步判定，塔樓下獨(dú)基不需進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，純地下室柱下基礎(chǔ)需進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，底板需進(jìn)行局部抗浮設(shè)計(jì)。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和構(gòu)造要求，底板采用500厚筏板，則底板的抗浮水頭高度為7.8m，即抗浮水壓為78kN/m2。

對(duì)地下室基礎(chǔ)進(jìn)行試算，結(jié)構(gòu)整體抗浮滿足要求，需進(jìn)行局部抗浮驗(yàn)算。取地下室中的某個(gè)柱進(jìn)行局部抗浮驗(yàn)算，過(guò)程如下：

①經(jīng)計(jì)算得到柱底恒載單工況下的內(nèi)力為2462kN。其受荷面積為7.7×9.1=70平米，則恒載總重為70×0.5× 25+2462=3337kN。

②水浮力為70×78=5460kN。

經(jīng)過(guò)上述比較可知，水浮力大于結(jié)構(gòu)自重，差值為5460-3337=2123kN。由于上部結(jié)構(gòu)形式一定，覆土厚度一定，若采用增加自重的形式抵抗水浮力，只有加厚底板。經(jīng)計(jì)算需要另加厚底板h=2123/70x25=1.21m，即采用自重抗浮的方案為底板需做成1.61m厚，可見這種方案造價(jià)不經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)地勘報(bào)告可知，底板均開挖至中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r，該巖層的地基承載力較大，屬于硬質(zhì)巖，基礎(chǔ)的承載力驗(yàn)算容易滿足，其側(cè)阻力也較大，因此采用抗拔樁抗浮。

3 抗拔樁抗浮驗(yàn)算

巖石地基抗拔樁的抗拔原理主要是利用樁體與巖層的側(cè)摩阻力抵抗水浮力。嵌巖抗拔樁的樁側(cè)摩阻力受力分布規(guī)律主要形式為首先樁頂部一定范圍發(fā)揮作用，隨著上浮力的增大及時(shí)間的推移，樁側(cè)摩阻力逐漸沿樁深度向下轉(zhuǎn)移，最終全樁身側(cè)摩阻力發(fā)揮，從而達(dá)到極限狀態(tài)的情況。達(dá)到極限狀態(tài)情況時(shí)，其破壞形式主要是巖石與樁身之間沿接觸面發(fā)生剪切破壞。

本工程純地下室基礎(chǔ)采用一柱一樁，樁徑1m，考慮到嵌巖樁成樁難度大，樁底不考慮擴(kuò)頭。由方案選型比較可知，設(shè)計(jì)時(shí)單樁抗拔承載力需大于2123kN。

由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第5.4.6條式5.4.6-1。

Tuk=∑λiqsikuili式3-1

該式是針對(duì)土質(zhì)類的抗拔樁，因此查不到巖石地基的抗拔系數(shù)λ[1]。嵌巖樁的抗拔系數(shù)λ可以參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.8.6條巖石錨桿錨固段的抗拔承載力計(jì)算方法[2]，考慮樁體的尺寸效應(yīng)，取抗拔系數(shù)λ為0.7。根據(jù)地勘報(bào)告，中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r與錨固體的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1200kPa，則取qsik=600kPa。

由式3-1知，抗拔樁樁身嵌巖深度至少為3.3m。

由于底板面均在中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r上，且地下水無(wú)承壓水，均為地表潛水和滯水，經(jīng)驗(yàn)算，500厚底板局部抗浮也滿足要求。

4 地下室抗浮措施

地下室有抗浮水位時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。通常先進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算，驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，可以采用增加壓重或設(shè)置抗浮構(gòu)件等措施[2]。

增加壓重可以通過(guò)增加地下室頂板覆土厚度，增加底板厚度或底板上回填混凝土的方式。此種方法應(yīng)用在水壓力不是很大的情況下較經(jīng)濟(jì)。

增設(shè)抗浮構(gòu)件，通常有設(shè)置抗浮錨桿、抗拔樁等。抗浮錨桿通常應(yīng)用在底板下巖土均勻，巖層較淺的地質(zhì)，錨桿不需很長(zhǎng)。通過(guò)設(shè)置錨桿，在抗浮工況下，地下室底板的跨度相應(yīng)減小，從而底板厚度可以減小，配筋量相應(yīng)減小。抗拔樁比較適合應(yīng)用于硬質(zhì)巖石地基或底板下巖層很深的地質(zhì)，其抗拔原理類似抗浮錨桿。

整體抗浮穩(wěn)定滿足要求，而局部抗浮穩(wěn)定不滿足要求的情況下，可以通過(guò)增加局部結(jié)構(gòu)剛度的措施提高結(jié)構(gòu)抗浮能力。增加結(jié)構(gòu)剛度的措施通常是局部加厚底板或局部增設(shè)地基梁等。加厚底板就是加大底板平面外剛度，計(jì)算水浮力時(shí)通過(guò)加強(qiáng)配筋來(lái)達(dá)到強(qiáng)度要求。增設(shè)地基梁相當(dāng)于將底板的板跨變小，從而增大底板的平面外剛度。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，地下室當(dāng)中的抗浮設(shè)計(jì)，一定要與實(shí)際的工程情況進(jìn)行結(jié)合，選擇相對(duì)應(yīng)的抗浮設(shè)防水位，并結(jié)合實(shí)際的工程特征以及地質(zhì)情況等、按照技術(shù)先進(jìn)、安全可靠等原則，挑選出最佳的抗浮措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2008.

[2] GB50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2011.

作者簡(jiǎn)介：

周宏群（1984- ），男，工程師，碩士研究生，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。