地下结构抗浮设计及处理措施研究

城乡与环境l■地下结构抗浮设计及处理措施研究王浩江顾立江高娜(1，330621197810158970浙江绍兴3120002、330621197509136772浙江绍兴312000；3、300602197808130021浙江绍兴312000)[摘要]近年来，大规模的地下空间开发使得抗浮设计越来越受到重视，其中抗浮措施的选择及浮力产生的机理是抗浮设计的关键。由于土体的复杂性，浮力产生的机理尚不明确，有待于进一步的研究。该文通过对浮力机理相关文献的评述，认为综合考虑不同含水层之间的渗流以最终确定浮力的计算原则是合理的。如此计算浮力更加准确，但需详尽的水力勘测资料。本文讨论了水浮力以及工程抗浮力的计算问题，阐述分析了地下空间的抗浮设计要点。[关键词]地下空间；抗浮设计；水浮力；抗浮锚杆；中图分类号：$611文献标识码：A文章编号：1009—914X(2015)27-0224一叭引言随着城市化进程的开展，地下空间开发越来越受到重视，且规模也越来越大。高层建筑的多层地下室、地下铁道及隧道、地下停车场、地下商场、地下仓库和地下市政设施都面临着抗浮设计的难题。目前采用的抗浮措施主要有加重法、降截排水法、抗浮锚杆和抗浮桩等[1】，各种方法及联合方法均有很多成功案例。抗浮设计的关键是准确地确定浮托力，这也是近年来专家学者研究和讨论的热点，主要表现在抗浮设防水位的确定和粘土浮力计算折减问题。地下结构受到地下水浮力的作用，导致建筑底板破坏、梁柱节点处开裂及底板的破坏等。因此，工程的抗浮设计是否正确合理，直接关系到工程的安全可靠和工程造价，应引起设计者的高度重视。1．存在的问题地下建筑的层数一般不高，但是建筑面积非常大，导致地下室处在地下水的浮力作用下，不能用自身重量来平衡这种浮力，导致地下建筑的顶板受到巨大力的作用，对于层数在3层以下或底板埋深>7m的地下室来说，永久抗浮安全度往往不够，导致地下室整体或局部上浮的工程事故时有发生，给国家和人民带来了极大的损失，随着地下空间的逐步利用，人们总结了出现这种问题的原因：(1)没有考虑到地下水浮力的作用或没有对水浮力作用机理有足够的认识，导致在建设地下工程时没有做抗浮验算；(2)没有做好施工现场的地下水勘察工作，导致抗浮设计中地下水水位的取值不当，没有考虑到极端天气下出现的最高水位；(3)设计人员忽视了抗浮计算中的一些因素，导致抗浮措施不当；(4)施工单位在地下工程建设过程中对于抗浮措施没有引起足够的重视。2．地下工程抗浮措施的选择下水浮力的作用机理，可以采取配重法来平衡水浮力，这种方法简单有效，主要可以通过增加自身的重量来抵御水的浮力；工程上也采用设置抗浮桩的方法解决抗浮问题，其原理和配重法一样，只不过设置抗浮桩是利用桩侧面和土体的阻力来平衡浮力的。对于配重法，适用范围广，可以将增加的重量设置在底板上，通过抗浮计算得到需要配置的重量，然后再底板上设置回填层，用土、砂、石等密度大的材料进行回填，利用回填物的重量来增加地下工程的总体重量，达到抗浮的目的。有时可以利用底板外挑部分回填一部分配重，达到增加自身重量的目的；对于底板为板柱或粱板结构，可以利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填土，这种方法可以解决地下工程抗浮问题，还可以作为底板的防水处理。综上，配重法作为一种简单可行的方法，不受地理条件、施工环境的影响，不但可以降低造价，还可以解决抗浮问题，常常作为基本方法予以采用。采用抗浮桩进行抗浮设计，主要是利用抗浮桩侧面与土体的摩擦来抵消地下水浮力的，抗浮桩的效果与桩长、桩径、桩型以及周围的地质条件都有很大的关系，因为制造抗浮桩的造价高，所以一般使用在柱、墙下等抗浮面积较大、受环境条件施工条件影响大的地方。抗浮锚杆是利用锚杆与砂浆组成一个锚固体，保证锚固体和岩土层的结合力，可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮锚杆具有造价低、施工方便、受力合理等优点，广泛的用于地下空间抗浮施工。在实际施工中，施工人员要根据地下工程的结构形式、地质条件、浮力大小、施工条件和工期要求等因素确定采用何种抗浮措施。3．地下工程的抗浮设计3．1设计流程对于地下工程抗浮设计总原则，应该满足下式要求：>1．05(1)F式中：w——地下建筑自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；F．_一地下水浮力。当地下建筑自重及地面上作用永久荷载标准值的总和不满足(1)式要求224科技博览时，应进行地下建筑抗浮设计。在具体设计时当建筑物的地面上结构外边线与地下建筑外边线基本重叠时，地下建筑的抗浮设计按以下原则进行：(1)当结构重量大于地下水的浮力且满足(1)式时，不必考虑地下水对地下建筑整体浮力作用，但应在设计中提出施工中必须采取隔水或降水措施降低地下水位。(2)当结构重量小于地下水浮力时，地下建筑肯定要设置永久性抗浮构件或采取其他有效措施以平衡地下水对整体结