地下水位与结构抗浮计算存在的问题

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 技术 石油化工设计 Petrochemical Design 地下水位与结构抗浮计算存在的问题 张维秀，姜洪波，佟 冬，冷风英，权哲东 (中油工程设计有限责任公司东北分公司，吉林 1321302) 摘要：地下停车场、地下商店、水池等，其主要特征是开挖较深，挖土卸栽量较大，结构荷栽较小，在地 下水位较高时，防水或抗浮成了重要问题。文章对工程设计中的抗浮设计水位的取值方法进行分析．对 水压力的荷载性质和抗浮计算方法进行探讨。 关键词：抗浮水位 ；浮力；抗浮计算 近年来地下停车场、地下商店、水池等在城市 中大量兴建，其主要特征是“超补偿式基础”，开挖 较深，挖土卸载量较大，结构荷载较小，在地下水 位较高时，防水或抗浮成了重要问题。地下水位 的高低直接影响基础做法、埋深、地基处理方法、 设计构造措施以及施工措施，影响建筑防水设计、 结构受力分析和抗浮计算。而这些地下水位的评 价要以安全性、科学性和经济合理性为前提。本 文对影响工程设计的抗浮设计水位的取值方法进 行探讨。同时地下水浮力的确定以及地下构筑物 的抗浮计算缺乏统一的认识，各本规范中水压力 的计算和荷载性质也不相同，有的规范定义不明 确，有的定义为永久荷载，有的定义为可变荷载。 不同规范给出的抗浮、抗滑移、抗倾覆抗力系数也 不同。笔者认为应该统一。 1 抗浮设计水位的确定 《高层建筑岩土工程勘察规程》_J J定义抗浮设 计水位为地下水抗浮 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 计算所需的保证抗浮设 防安全和经济合理的场地地下水水位。第 8．6．1 条地下室抗浮评价应包括以下内容： (1)当地下水水位高于地下室基础底板时，根 据场地所在地貌单元、地层结构、地下水类型和地 下水位变化情况，结合地下室埋深、上部荷载等情 况，对地下室抗浮有关问题提出建议； (2)根据地下水类型、各层地下水位及其它变 化幅度和地下水补给、排泄条件等因素，对抗浮设 防水位进行评价； (3)对可能设置抗浮锚杆或抗浮桩的工程，提 供相应的设计计算参数。第 8．6．2条场地地下水 抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：当有 长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用 实测最高水位，无长期观测资料或资料缺乏时，按 勘测期间实测最高稳定水位并结合场地单元，地 下水补给、排泄条件等因素综合确定。在说明中， 我国南方滨海和滨江地区，经常发生街道水浸现 象，抗浮设防水位可取室外地坪标高，若有承压水 和潜水时，应实测其稳定水位，取其中的高水位为 抗浮设防水位。只考虑施工期间的抗浮设防时， 抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。 《岩土工程勘察规范》_2j 7．3．2条地下水力学 作用的评价包括：对基础和挡土墙应考虑在最不 利组合下，地下水对结构物的上浮作用，原则上应 按设计水位计算浮力。 2 浮力计算和折减问题 关于浮力计算时的折减问题，不同规范有不 同的阐述。《岩土工程勘察规范》第7．3．2条说明 在静水环境中，浮力可以用阿基米德原理来计算。 一 般认为，在透水性较好的土层或节理裂隙的岩 收稿日期：20。8—01—28。修改稿收到日期：20。8一 一25。 作者简介：张维秀(1963一)，男，吉林市人。1989年毕 业于南京水利科学研究院岩土工程专业，硕士。国家 一 级注册结构工程师，国家注册岩土工程师，高级 工 程师，副总工程师。一直从事结构设计工作。联系电 话 ：0432—3959402 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 25卷 张维秀等．地下水位与结构抗浮计算存在的问题 石地基中，计算结果即等于作用在基底的浮力，对 于渗透系数很低的黏土来说，上述原理在原则上 也应该是适用的，但有关资料表明，由于渗透过程 的复杂性，黏土中基础所受到的浮托力往往小于 水柱高度，即黏性土中可折减。 根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》_3j 第 4．3．3条 4款，地表水或地下水对结构作用的 浮托力 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值应按最高水位确定 ： g ，k=7wh (1) 式中：g ，k——构筑物基础上的浮托力标准值， kN／In2： )， ——水的密度，k m3，可按 10 k m3采 用 ； — — 地表水或地下水的最高水位至基础 底面(不包括垫层)计算部位的距 离，m； 叩 ——浮托力折减系数，对非岩质地基应取 1．0，对岩石地基应按其破碎程度确 定，当基底设置滑动层时，应取 1．0。 《高层建筑岩土工程勘察规程》第 8．6．5地下 室在稳定地下水位作用下的浮力应按静水压力计 算(即 叩 =1．0)，对临时高水位作用下所受的浮 力，在黏性土地基中可按当地经验折减。该条条 文说明指出在黏性土地基或地下室底面与基岩接 触的情况下也不宜折减。因为地下室所受地下水 的浮力是永久性荷载，不因黏性土的渗透性差而 减小，即使地下室底板直接与基岩接触的情况下， 由于基岩总是存在节理和裂隙等，且混凝土与基 岩接触面也存在微裂隙，静水压力也不宜折减。 浮力能否折减的另一个重要前提是地下室外 墙回填土的透水性，如回填土的透水性高，将形成 上下土层的连通水路，从而改变地下水的分布规 律，这时浮力采用静力计算是比较合理的[ 。 3 地下水压力或浮力的荷载性质问题 《建筑结构荷载规范》_5](2006版)和《建筑结 构可靠度设计统一标准》_6j定义永久荷载为“在结 构使用期间，其值不随时间变化，或其变化是单调 的并能趋于限值的荷载”；可变荷载为“在结构使 用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比 不可以忽略不计的荷载”。荷载规范未给出地下 水的荷载分项系数，规定永久荷载当其效应对结 构有利时，其分项系数取 1．0，对结构的倾覆、滑移 或漂浮验算，应按有关结构设计规范采用。 前文可见《高层建筑岩土工程勘察规程》第 8．6．5条已经阐明地下室所受地下水的浮力是永 久性荷载。《给水排水工程构筑物结构设计规范》 第 4．3．3条明确荷载性质为活荷载。 《岩土工程勘察规范》第 7．3．2条规定地下水 原则上应按设计水位计算浮力。且 4．1．3条明 确：可变作用包括地表或地下水的压力(侧压力和 浮托力)、流水压力，而土的竖向压力和侧压力、构 筑物内的盛水压力属永久作用。《给水排水工程 钢筋混凝土水池结构设计规程》[ 』第 4．1．1规定 水池内的盛水压力为永久荷载，地表或地下水压 力(侧压力、浮托力)为可变荷载。 《建筑地基基础设计规范》[ ]第 3．0．4条计算 挡土墙土压力时，地基或斜坡稳定及滑坡推力时， 荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基 本组合，但其分项系数均为 1．0。在确定基础或桩 台高度，支挡结构内力、配筋和验算材料强度时， 上部结构传来 的荷载效应组合和相应 的基底反 力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组 合，采用相应的分项系数。 笔者认为，水浮力是一种特殊荷载，简单地套 用永久荷载或可变荷载的分相系数都是不合理 的。由于抗浮设计水位是在勘察阶段确定的，而 且取最高水位，在抗浮计算中采用静水压力即不 折减，地下水荷载分项系数取 1．0比较合理，也比 较容易接收。 4 抗浮抗滑移抗倾覆抗力系数 问题 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规 程》第 5．2．3条规定抗倾覆验算时作用均取标准 值，倾覆抗力系数不应小于 1．5；滑动抗力系数不 应小于 1．3。第 5．2．4条规定验算抗浮稳定计算 作用均取标准值，抵抗力不包括池内盛水的永久 作用和水池侧壁上的摩擦力，抗浮抗力系数不应 小于 1．05。 《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规 维普资讯 http://www.cqvip.com 石 油 化 工 设 计 第25卷 程》l J6．1．6条倾覆抗力系数不应小于 1．5；滑动抗 力系数不应小于 1．3，抗浮抗力系数不应小于 1．0。 《砌体结构设计规范》[m]第4．1．6条当砌体 结构作为一个刚体，需验算整体稳定性时，例如倾 覆、滑移、漂浮等，按下式： 70(1．2SG2k+1．4SQlk+ so k≤0．8SGlk (2) i=2 式中：70——结构重要性系数； o。k——在基本组合中起控制作用的一个可 变荷载标准值的效应； sofk——第 i个可变荷载标准值的效应； SGIk——起有利作用的永久荷载标准值的效 应； SG2k——起不利作用的永久荷载标准值的效应。 由上式可见，当永久荷载对整体稳定有利时， 分项系数 7 =0．8。《地下工程防水技术规范》⋯ 第9．0．4条规定明挖法地下工程的结构自重应大 于静水压力造成的浮力，在 自重不足时必须采用 锚桩或其它措施，抗浮抗力系数应大于 1．05～ 1．1。 《建筑结构荷载规范》第6．6．5规定挡土墙抗 滑移抗力系数 1．3，抗倾覆抗力系数 1．6。 综上所述 ，各本规范给定的抗浮、抗滑移、抗 倾覆抗力系数不尽相同，抗浮抗力系数在 1．0～ 1．1，抗滑移抗力系数在 1．3左右，抗倾覆抗力系数 1．5～1．6。建议在《建筑结构可靠度设计统一标 准》统一原则指导下，根据建(构)筑物的重要性规 定出构筑物的重要性系数，而根据某一破坏型式 规定出统一的基本抗力系数，便于理解和应用。 5 结语 (1)地下结构的抗浮设计是结构设计的重要 组成部分，结构的抗浮验算本不复杂，但现行的各 本规范在技术要求上不统一或规定不明确，设计 时应慎重，做到结构设计安全可靠、经济合理。 (2)对于地下室抗浮验算，应按照《建筑结构 荷载规范》规定。在分项系数取值上，不应简单地 按永久荷载或可变荷载。笔者认为采用静水压力 和最高水位计算浮力时，浮力的荷载分项系数取 1．O比较合理。 (3)各本规范给出的抗浮、抗滑移、抗倾覆抗 力系数不相同，应根据不同的建(构)筑物采用不 同的规范。建议规范修编时予以统一，根据建 (构)筑物的重要性规定出重要性系数，而根据某 一 破坏型式规定出统一的基本抗力系数，便于理 解和应用。 参考文献： [1] JGJ72—2004高层建筑岩土工程勘察规程[s]． [2] GB50021～2001岩土工程勘察规范[s]． [3] GB50069～2002给水排水工程构筑物结构设计规范[s]． [4] 柳建国，刘 波．建筑物的抗浮设计与工程技术[J]．工业建 筑，2007，(4)． [5]·GRSOX)9～2001(2006版)建筑结构荷载规范[s]． [6] GB500~～2001建筑结构可靠度设计统一标准[s]． [7] 中国工程建设标准化协会标准，给水排水工程钢筋混凝土水 池结构设计规程 CECS138：2002． [8] GB50007～2002建筑地基基础设计规范[s]． [9] 中国工程建设标准化协会标准，给水排水工程钢筋混凝土沉 井结构设计规程 CECS137：2002． [10] GB50003—2001砌体结构设计规范[s]． f11] GB50108—2001地下工程防水技术规范[S]． 2008年第 2期彩色广告 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 封面 上海苏尔寿工程机械制造有限公司 封二 天华化工机械及 自动化研究设计院 封三 中科辅龙计算机技术股份有限公司 封底 广州恒星冷冻机械制造有限公司 彩插 1 重庆横河川仪有限公司 彩插 2 嘉利特荏原泵业有限公司 彩插 3 北京泽华化学工程有限公司 彩插 4 河南上碟阀门股份有限公司 彩插5 安徽天大石油管材股份有限公司 彩插 6 四川乐山伟业机电有限责任公司 彩插 7 湖北长江石化设备有限公司 彩插 8 浙江佳力科技股份有限公司 彩插 9 浙江佳力科技股份有限公司 彩插 10 中国罗浮阀门集团 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