地下室抗浮问题及抗浮设计

第 35卷 第27期 · 88 · 2 0 0 9年 9月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITE 兀 瓜I V01．35 No．27 Sep． 2009 · 岩 土 工 程 ·地 基 基 础 · 文章编号：1009—6825(2009)27．0088—03 地 下室 抗 浮 问题 及 抗 浮 设 计 袁铁垣 秦峻英 摘 要：通过列举地下水对地下工程的作用形式，进一步提出地下水对地下结构的浮托力的问题，从而介绍如何进行地 下室的抗浮 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，并指出当基础不能满足抗浮整体稳定条件时，应采用抗浮锚杆作为抗浮 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。 关键词：地下水，地下室，抗浮，抗浮锚杆，侧压力 中图分类号：TIJ413．6 文献标识码：A 1 地下水的作用 地下水首先按埋藏条件可分为上层滞水、潜水及承压水三个 类型；其次，按含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水 三个类型。 地下水的作用包括：1)地下水对混凝土基础的腐蚀作用；2) 地下水对基础持力层的软化侵湿作用 ：当持力层为花岗岩残积土 及泥质软岩时，地下水对其有软化作用；当持力层为对结构不稳 定的岩土(如湿陷性土、膨胀性岩土、盐渍土等)时，地下水对其有 侵湿作用。软化作用会使持力层强度降低，而侵湿作用不仅使持 力层的强度降低，还使其压缩性增大。基础设计时应考虑施工或 建筑物使用阶段地下水对其产生的软化侵湿作用；3)地下水对基 础以及整个地下室结构的浮托力作用 ：当结构重量小于地下水的 浮托力或施工过程中未对建筑基坑采取隔水或降水措施时，地下 室底板受到地下水对其的浮托力作用，且浮托力的大小与地下水 位的高度成正比；4)地下水对地下结构的侧压力作用：当地下水 位高度高于地下结构的基础底板标高时，地下水对地下室的侧壁 产生水平方向的作用力，侧压力的大小与地下水位的高度成正比。 2 地下水对建筑物基础的浮托力及对地下结构的侧压 力计算 1)地下水的抗浮设计水位计算高度，当有长期水位观测资料 时应取建筑物在有效使用期问(包括施工期间)可能产生的最高 水位，此数据应由工程勘察单位根据当地的历年水文地质资料、 工程重要性、工程建成后地下水位变化的可能性及依据相应 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 等因素确定并提供给设计。 2)在计算地下水的浮托力作用时，通常不考虑地下室侧壁及 底板结构与岩土接触面的摩擦作用和粘滞作用 ，即对地下水水头 不应进行折减。 3)地下室侧壁所受 的水土侧向压力宜按水压力与土压力分 算的原则进行计算(即按静水压力计算水压力，按土的有效重度计 算土压力)，作用在侧壁上的侧压力为有效土压力与水压力之和。 3 地下室的抗浮设计 地下室的抗浮有两种情况：1)当建筑物 自重(按结构的恒荷 载计算)大于水浮力时，筏基处于整体稳定状态。但在整体稳定 的情况下，对于一些建筑的特殊部位仍要进行局部的抗浮验算， 且施工过程必须采取相应的隔水和降水措施将地下水水位降低 至底板以下。2)当建筑自重小于水浮力时，筏基则处于不稳定状 态，基础要采取相应的抗浮措施，措施可以采取加大 自重(如把地 梁筏板基础的梁由梁面平板面改为梁底平板底的形式，并在筏板 顶覆土加压或在地下室顶板填土加压等用以平衡地下水对整体 结构的浮托力作用)或用锚杆进行。按具体情况采用，对于抗浮 锚杆的布置可分为分散式和集中式两种，都可以运用抗浮要求。 但这两种布置方式使得筏基梁板的受力情况是不同的，从宏观的 角度来考虑，一般土层采用分散均布锚杆的布置 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比较合理， 尤其当抗浮水位比较高 ，柱距和梁板跨度 比较大的情况更是如 此，只有当遇到一些特殊地层，如浅部有岩层，对集中锚固可提供 较大的锚固力，或者浮力不大，基础增加钢筋用量不多，经过设计 施工经济上的综合考虑，集中式锚杆布置仍为可选方案之一。 为了减小地下室基础底板在混凝土硬化过程中的收缩应力 ， 沿基础长度方向每隔 20 m～40 m 留一道施工后浇带，后浇带的 宽度为 800 n1rn～1 000 rnIn，由于施工后浇带浇灌混凝土的时间 为建筑两侧结构单元沉降基本稳定后再进行浇筑，一般保留的时 间不宜少于两个月，与主体浇灌混凝土间隔时间较长，在水位较 高时地下水势必由后浇带处涌人，造成施工困难及一定的经济损 失，故此时应在施工过程中采取降水措施，按一般施工后浇带做 法在未浇灌混凝土前降水不能停止，因此将增加降水费用，为此 可采用如图 1，图2所示在施工后浇带的基础底板和外侧壁处增 设抗水及防水措施 ，只需要结构能量能平衡水浮托力时即可停止 降水。 世 衄 (后浇带宽度) 8H00--1 000 配筋按水压确定且 不少于 lO@200 1o0 300 800～ 1 000 300 10o 虽工 C20现浇 图 1 基础底板后浇带 ( 凄星 配筋按水压确定且 型壁亘童堂 二 厂 弓 i面 生 0 400 800～1 000 40o 240 图 2 外侧壁后浇带 筏基抗浮状态分析： 收稿日期 ：2009．05．20 作者简介：袁铁垣(1932一)，男，教授级高级工程师，桂林市建筑设计研究院，广西 桂林 541002 秦峻英(1981一)，女，助理工程师，桂林市建筑设计研究院，广西 桂林 541002 高T 上 预制抗水板 混凝土C20厚 120 第35卷 第27期 2 0 0 9年 9月 袁铁垣等：地下室抗浮问题及抗浮设计 ·89 · 为了说明筏基，在地下水位升降过程中分析整体稳定时设定 3种状态：1)建筑物自重与基底浮力相等。2)建筑物自重大于基 底浮力。3)建筑物自重小于基底浮力。 图中设定符号：w为建筑物自重，为定值；H为基础埋深，为 定值，即基础底标高在同一平面；HoI，HoII，H0Ⅲ分别为三种状 态的水位变化；FoI，Fo1I，FoⅢ分别为三种状态下水的浮托力作 用；V为筏基排水体积；JD水为地下水的密度(见图3～图5)。 f F0 图3 状态 A【W=水浮力】 fF。Ⅱ—— Ⅱ + I F ——(w— P g) 哥 f F0I——HoI f F0Ⅲ一 H0Ⅲ l P抗浮锚杆 图 4 状态 B【w>水浮力】 图 5 状态 c【w<水浮力】 下面的分析主要以“阿基米德”原理作为依据，一物体在水 中 所排出水的体积重量等于物体本身重量。 第一种状态 A(见图 3)：建筑物 自重 w 与基底浮力相等，此 时建筑物的自重在水头 I-／o T作用下 ，在水中所排出水的体积重量 g }lD水与建筑物自重w 相等时，基底的浮力即等于建筑物 自重 w，实为抗浮的临界状态。在结构设计中，基底的设计反力就等 于在水头 HoI作用下所产生的水浮力 Fo T。 第二种状态 B(见 图4)：建筑物 自重 w 大于基底浮力 ，即此 时在水头HI 1I作用下，基础排出的水体积重量gV ID水小于建筑 物自重w，但这一部分H0Ⅱ水头已对基底产生相应的浮力 F0Ⅱ， 与此同时建筑物自重 由于受水的浮托力而减小，其剩余重量 为 w07--W —W】，此部分重量也直接作用于基底，产生基底反力 F0Ⅱ，所以在此状态下，基底反力实际由两部分组成，同时作用于 基底，即水浮力 FnⅡ加由建筑物部分自重所产生的基底反力 F0Ⅳ (F0Ⅱ十F0w)，但这两部分反力相加结果和无地下水时由建筑物自 重 w产生的基底反力数值相等。这时基底反力是恒定的，在总量 相等的前提下，是两种荷载的互相转换，所以筏基底板的M，Q值 及柱子轴向力N值都没有发生变化。所以通常在这种状态时，设 计上简化为用 w所产生的基底反力进行设计(满足 W／F>I．05)。 第三种状态c(见图5)：建筑物自重 w 小于基底浮力。当水 位由基底升高到 HoI时，基础所排出水的体积重量gv l0水已相 当于建筑物自重w，达到抗浮的临界状态(见图3)。其基底产生 相应浮力 F0I，当水位继续升高，增加水头 f Ⅲ，并在基底也产生 相应浮力 Fo rn，在(H0Ⅱ+H0Ⅲ)高水头作用下，基底浮力大于由 建筑物自重 w 产生的基底反力，此时基础处于不稳定的悬浮状态， 必须采取相应有效的抗浮措施。假定基底的总浮力为水头(HoI1+ HoⅢ)，即采用抗浮锚杆措施时，锚杆 P的抗浮力应为基底总浮力 减去建筑物自重w所产生的基底反力，其值为 F0Ⅲ，P=(FoI+ FoM)一W，P=FoⅢ(因 FoI=W)。 注：抗浮措施也可加大建筑物 自重方法处理，此时基础的抗 浮状态同上述 A，B两种情况。 4 关于局部抗浮 当筏基满足整体抗浮的条件时，若基础形心和重心偏移过 大，局部荷载在平面上分布不均 ，这时可能出现基底大部分满足 抗浮要求，而局部则不能满足要求的情况，如图6，图7所示。此 时建筑物 自重产生的反力呈梯形分布或呈反凹形分布，而基础所 受水浮力是均布的，两者互相影响的结果，就可能产生基底局部 抗浮不足。 图 6 建筑地基反力反梯形分布时 坑浮满足段 抗浮满足肇 卜— 丽 图 7 建筑地基反力反凹形分布时 二 底面积 I I oⅢ／基底面积 =二二二二二[Ⅱ碰 J JP／基底面积 工二二二]Ⅱ皿 jⅡ 盟 基底面积 r — — — — =_———一 注：此时FoⅢ=P．互相平衡 图 8 抗浮锚杆分散布置时 的荷重图 f『I¨ ¨ Fo 11ffff 。l P 一 L ．(w+FoⅢ)／面积 注：P为锚杆集中荷重 图9 抗浮锚杆集中布置时 的荷重图 这种局部抗浮的计算，可取单柱抗浮范围进行考虑(见钢筋 混凝土结构设计手册 11．4条)，也可用整个基础作为计算单元按 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 =N／F±M／W 求出基础边缘应力 ，以判定该范围是否满 足抗浮要求，当局部不满足时，也需采取抗浮措施。 5 抗浮锚杆的集中和分散布置 当基础不能满足抗浮整体稳定条件，采用抗浮锚杆作为抗浮 措施时，锚杆在基底板下的布置可分为分散式和集中式两种。 1)分散式锚杆布置 ，从图5可以看出，对基础而言，抗浮锚杆 分散布置时的拉力与由H0Ⅲ水头所产生的浮力 F0Ⅲ大小相等方 向相反，互相抵消，基础底板结构可按浮力 Fo T设计，亦等于按建 筑自重 w产生的基底反力进行结构分析及配筋，其结构传力情 况如图8所示，结构概念是明确的。 表 1 抗浮锚杆布置与结构关系表 Ⅳ 锚杆布置形式 粱板 M，Q值 梁板支座反力 小 分散布置(基底全部 仅考虑建筑自重 w 支座不另设锚杆 于 均布锚杆) (不计入浮力影响) 水 浮 集中布置(仅支座布置 跨中考虑全部浮力(不计人 仅在支座设锚杆(其值为基底总浮力 力 锚杆，跨中不设) 建筑自重 w影响) 减去建筑自重 Ⅳ 产生的反力所求得) T 上 第35卷 第27期 · 90 · 2 0 0 9年 9月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURI V01．35 No．27 Sep． 2009 文章编号：1009．6825[2009}27—0090—03 重三角级数求解弹性地基上 自由边矩形板 陈 涛 刘新东 王 丹 摘 要：介绍了用重三角级数求解弹性地基上自由边矩形板承受均布荷载作用时的弯曲问题的基本方程，并通过具体算 例得出该方法计算结果精度较高的结论，指出该方法思路清晰，处理简洁，数学形式统一，计算方便，极具推广价值。 关键词：重三角级数，弹性地基，矩形板 ，均布荷载 中图分类号：TU441 文献标识码：A 本文 中用此方法 解决 目前工 程 中常见 的弹性 地基 上 自由边 矩形板承受均布荷载作用时的弯曲问题。为了验证该方法的正 确性，文中给出了数值算例。结果表明，该方法具有思路清晰，处 理简洁，数学形式统一，计算方便，计算结果精度高等特点。具有 较高的工程使用推广价值。 1 基本方程 温克尔地基上弹性板的控制微分方程为： +2血Ox2Oy2+ + k叫= (1) 其中，D为板的抗弯刚度 ，D ； 为泊松比；愚为 地基系数。 。 其内力(单位宽)为： 一D( + )。 =一。(寺+ 誊)。 一D(1-,u)怒。 =一。[ +(2-／z， ]o — D[寺+c2-tz 岛 ]。 其中， ，My均为弯矩 ； 为扭矩 ； ， 均为边界上的 综合剪力； 为泊松比。 边界条件，以 =0边为例 ： 1)固定边边界，有挠度和转角为0，即：训1 ：。=0， I ：。=0。 2)简支边边界，有挠度和弯矩为。，即：叫l ：。=。， I ：。：。。 2)集中式布置锚杆时，一般布置在建筑平面上与柱 同一轴 线，为了简化计算便于与原有筏基梁板结构对齐。此时从 图5中 可以看出，无论是分散或集 中的锚杆布置，其总抗浮拉力 P是与 水头Hom所产生的水浮力 F0Ⅲ相等的，因此 Ⅲ水浮力实际作用 于基础底板时是以均布形式出现，即均布于 FoⅢ／基底面积。因 此，集中式锚杆的布置，其拉力仅起支座抗浮作用，并不能影响基 底浮力 F0m的作用分布情况，其结构传力情况如图 9所示。集中 锚杆反力应满足 R=PL／基底面积，又因浮力 F0Ⅲ直接作用于底 板，产生附加弯矩及剪力M ，Q 值与由建筑自重w产生的梁板 ， 是同向的，所以梁板实际产生的弯矩和剪力应为两者叠加 的结果。简单来说，就是当采用集中布置锚杆时，基础底板的结 构荷重应考虑由建筑自重 w 再加由部分浮力F0Ⅲ同时作用于板 底时所产生的M，Q值，并按此进行配筋，至于具体工程采用何 种布置方式，应按工程的情况综合经济、安全及工期等因素来进 行考虑。抗浮锚杆布置与结构关系表见表 1。 参考文献： [1] GB 50108—2001，地下工程防水技术规范[S]． [2] JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[s]． [3] GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S]． [4] GB／T 50279—1998，岩土工程基本术语标准[S]． [5] JGJ 72—2004，J 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