地下车库的地下水抗浮方案设计

地下车库的地下水抗浮 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 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 进入21世纪，随着我国经济的飞速发展，城市建设规模不断扩大。城市用地日渐减少，地下空间的开发利用成为大势所趋。地下车库、商场等不断兴建，但是由于地库设计时对地下水没有考虑或者考虑不够。造成了大量的工程事故，轻则底板开裂，发生渗水现象；重则结构整体倾覆。因此在地下水位比较高的地区，抗浮设计成为地下室设计中至关重要的部分。首先，本文主要阐述压载、抗浮桩、抗浮锚杆、降排截水四种抗浮措施，同时对它们的设计内容、适用范围及优缺点加以剖析，以期更好地认识抗浮方案设计。其次，针对目前各个规范对抗浮设计水位的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 各不相同的情况，研读相关规范、教程，整理出如何科学选取抗浮设防水位以及水浮力计算方法。总结出整个地库方案设计流程。最后，本文结合良志嘉年华二期工程A区地下车库抗浮设计具体工程实例， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 地质条件，提出监测地下水位及时采取降水措施的方案，并对地库边肥槽回填进行设计，预防地表水下渗引发抗浮问题。关键词：设防水位；压载；抗浮桩；抗浮锚杆；降排截水；肥槽回填第一章绪论1.1课题提出的原因和背景近些年来，城市开发与农业发展相互争地愈演愈烈，土地资源变得十分珍贵，可又要满足越来越多的人口对建筑物的需要。人们规划向地下空间进军，地下商场、地下室、地下车库等已成为城市建筑中举足轻重的部分。为了最大限度的满足需求，地库结构的基础越挖越深，与之而来的是地下水引起的浮力问题。地下结构抗浮主要包括两个方面：临时性抗浮，是在地下室施工阶段，上部结构还没有变成对抗浮有利的荷载，使其成为抗浮薄弱阶段；此外则是在整个结构完成之后必须考虑的永久性抗浮，这时上部结构的自重成为有利因素，对高层来说，更多情况下是层数较低部分的局部破坏。目前国内外因为对水浮力忽视或者考虑不够而造成的工程事故比比皆是。经验和教训告诉我们，当今时代，地下结构抗浮论证必不可少。目前，国内外对于地下室抗浮设计的研究还不系统，规范、期刊、教程很少提及，即使提及，也比较模糊不清，规定各不相同。仅对抗浮设防水位而言，《高层建筑岩土工程勘察规程》、《岩土工程勘察规范》、广东省 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 《建筑地基基础设计规范》均不一致。需要对其加以研读、考究，总结出考虑地质条件、补给与排泄、长期水位观测、水头折减后相对合理的设防水位选取方法。与此相同，水浮力计算方法会随着地下室底板与潜水层、承压水层的相对位置关系而发生变化。总结了这些具体情况就可以得出结构抗浮设计流程。当前文献对压载、抗浮桩、抗浮锚杆、降排截水四种抗浮措施的介绍呈现出小模块化、零散性。需要重点从概念、设计计算项目、适用范围等几个方面加以阐述，旨在学习、指导抗浮设计方案的选择、验算校核，理解抗浮设计在地下结构设计中的重要性，引起重视。理论总结固然重要，但是实际操作更胜一筹，将固有理论加以选择来处理实际问题才是目的。因此需要结合具体工程，根据勘察资料提供的地质条件，进行方案选择、论证，设计基坑回填，防止因为地表降水引发抗浮破坏。1.2抗浮设计理论及过程1.2.1地下室的抗浮破坏形式1.2.1.1整体抗浮失效当地下室底板下水浮力大于上部主体结构自重与其他永久荷载之和时，便发生这种破坏。一般来说可以分成两种形式，整体向上平动和转动，但是由于水浮力作用、上部荷载作用、侧壁摩擦力作用分布都不均匀。故发生平动的概率极低。多层建筑附建式地下车库或者单建式地下车库容易发生整体抗浮失效。例如：2008年西北某市高低跨多层连体结构，主体结构施工尚未完成，便停止降水，水位上升，导致整个结构倾覆。当前工程经验中，一旦发生此种破坏，就向地下室注水，然后使用千斤顶将地下室顶到正确位置。待采取加固措施或者主体结构施工完成后，验算整体抗浮并通过，才能将注入的水抽出。1.2.1.2局部整体抗浮失效结构满足整体抗浮要求，但是由于质量分布不均匀，自重较小的区域水浮力相对较大，这一部分会发生整体竖向位移。对于此状况，多以薄弱区为界分区计算。有主群楼之分的结构在裙楼部分容易发生此种破坏。严格来讲，一种情况是主群楼有效连接，主楼部分满足抗浮要求，主楼限制裙楼上浮，但是相对较远的地方限制作用较小，发生裙楼部分上浮现象。另一种情况是主群楼之间有后浇带导致没有有效连接，裙楼全部上浮。不管哪一种情况，局部整体上浮时，梁、柱、墙等构件会严重开裂，墙、柱对底板约束作用减弱，与之而来的是结构严重失效。例如：2012年某沿海城市裙楼地下室，在施工完成后未及时覆土即停止降水，主群楼之间后浇带刚完成又遇暴雨，发生了局部整体抗浮失效。1.2.1.3局部抗浮失效结构满足整体抗浮要求，鉴于建筑对空间的使用需求，采用大尺寸柱网，而底板厚度小、配筋少，不能满足对水浮力的承载力需求，导致柱网中部有向上的变形，底板开裂。例如：2009年湖南某附建式地下车库，因为岩土勘察位于冬季，抗浮设防水位取值过低，造成柱网中心出现大量裂缝并不断发展。此种破坏危害性相对较小，但最易发生，实际工程多采用加大底板厚度和配筋，降低底板标高并覆土，设置抗浮锚杆等处理措施。但本人认为此种情况最适宜用设置抗浮锚杆方案。1.2.2抗浮设防水位的选取1.2.2.1规范对设防水位的选取规定《高层建筑岩土工程勘察规程》第2.1.6规定：抗浮设防水位是指地下室抗浮评价计算所需的，保证抗浮设防安全和经济合理的场地地下水位［1］。一层含义是保证建筑物在设计使用年限内安全，有足够的安全度，不会因地下水位上升引起上浮失效；另一层含义是应从区域和整个场地的水文地质条件出发综合各种因素确定其取值，不能仅以单独建筑物底板所在标高确定，对于抗浮设防水位的选取各个规范有所不同：《高层建筑岩土工程勘察规程》第8.6规定场地地下水抗浮设防水位的综合确定宜符合以下几条：①、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；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；②、场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响；③、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；④、地下水赋存条件复杂、变化幅度大、区域性补给和排泄条件可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证，提供抗浮设防水位的咨询报告［1］。《岩土工程勘察规范》第7.3.2规定：对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮作用；对节理不发育的岩石和黏土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定，有渗流时，地下水的水头和作用宜通过渗流计算进行分析评价［2］；《给水排水工程构筑物结构设计规范》第4.3.3规定：地表水或地下水对结构作用的浮托力，其标准值应按最高水位确定［3］。《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》印第3.0.12规定：工程需要时，应在专项工作的基础上，根据建筑基础埋置深度、场地岩土工程条件、地下水位变化历史和对建筑使用期间地下水位变化幅度的预测提供抗浮设计水位的建议。抗浮水位对结构安全和工程造价有重大影响时，宜提出进行专门的勘察工作的建议。从以上各种规范规程的规定可以看出，抗浮设防水位的确定是一个非常复杂的过程，原则上应该根据地下水类型、各层地下水位及其变化幅度和地下水补给、排泄等因素并结合工程重要性、工程建成后地下水位变化的可能性确定。规范由于出发点不同导致结果纷繁复杂，准确地理解，同一场地不同埋深的地下结构，基础底板在不同的水层时，抗浮设防水位不一样，因此不存在统一的场地抗浮设防水位。但是抗浮分析要求给出一个场地抗浮水位，在多层地下水的情况下，应取各层地下水位中的最高水位。这又需要场地长期的水位监测资料，目前我国大部分地区都没有完整的水文历史资料，故工程中常采用场地近3-5的最高地下水位，或者利用工程勘察时的实测地下水位，通过公式：地下水最高水位二勘察期间该层地下水的最高水位+该层地下水在勘察时期相应的水位年变幅+可能的意外补给因素所造成该层地下水位的升值。当然对于工期较短，建成后自重足以抵抗水浮力的特殊情况，则考虑经济性，按照上述《高层建筑岩土工程勘察规程》规定选取一个水文年的最高水位。1.2.2.2抗浮设防水位的折减按照以上确定的最高水位作为抗浮设防水位确定抗浮措施，很可能造成水头过大，抗浮费用过高，投资浪费。很多专家学者提出可以根据具体情况对其进行折减，但是必须慎用，否则得不偿失。例如《岩土工程勘察规范》条文说明第7.3.2规定：地下水对基础的浮力作用，是最明显的一种力学作用。在静水环境中，浮力可以用阿基米德原理计算。一般认为，在透水性较好的土层或节理发育的岩石地基中，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，但是有实测资料表明，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。在铁路路基设计规范中，曾规定在此条件下，浮力可作一定折减⑵。由于这个问题缺乏必要的理论依据，很难确切定量，故本条规定，只有在具有地方经验或实测数据时，方可进行一定的折减；本文参考已有研究成果和文献，根据底板与含水层的相对位置关系，总结了水头折减的6中情况：表1.2.1水浮力折减系数表编号简图地下室底板与含（隔）层的关系地下水产生的作用水浮力折减系数巾1地下室底板处在上部潜水层中地下室底板直接受到地下水产生上浮作用中取1.02二二二土：浩牌地下室底板穿过潜水层处于隔水层中由于渗流作用使底板受到水浮力作用考虑渗流水头折减，中值取0.7~0.837////////z/Y/////y//地下室底板处于上部隔水层中由于渗流作用，下部承压水对底板产生浮力考虑渗流水头折减中值取0.7~0.84卜•■■++*+■+■+++*4-4++■!-4++地下室底板穿过隔水层处于承压水层中承压水对底板产生浮托作用底板之上存在隔水层中取0.7~0.85底板穿过潜水层处于隔水层中，隔水层下有承压水层同时存在编号2和3的作用结合编号2和3,中值取0.7~0.86膈水层V■■TIVITf■T-J-----------承压末层底板穿过潜水层和隔水层，处于承压水层中与编号4的作用相似中一般的值取0.7~0.8注：表中的隔水层指不透水层或弱透水层。1.2.3水浮力计算原理及方法基本原理：①、阿基米德原理当物体处于静水中时，由于上下表面存在压力差，会受到浮力，其大小等于物体排开液体的体积，即：F=PgVP=F=P，V排=PgAh=Yh（公式1.2.1）排AAAwP：地下室底板单位面积上的浮力Y:水的重度h:水头高度（设计水位与地下室底板标高的差值）、达西定律法国工程师达西进行了大量的渗透试验，得出了层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间的渗流关系⑸：Q^AX坐艮即：Q=kAi（公式1.2.2）LQ:单位水流量i：水流梯度，表示单位渗流长度上的水头损失（Ah/L）k:反应土的透水性的比例系数，称为土的渗透系数A：过水断面面积水浮力的计算也要按照表1.2.1的分类进行，利用阿基米德原理和达西定律均可以进行推导，但是利用达西定律原理推导比较复杂，本文只介绍利用阿基米德原理的推导方式。①、地下室底板处在上部潜水层中，下部为隔水层，这是比较常见的工况。图1.2.1地下水分布情况1P二Yh（公式1.2.3）②、地下室底板穿过潜水层处于隔水层中，虽然底板没有直接受到静水浮力，但要考虑渗流影响。图1.2.2地下水分布情况2以隔水层零压力值作为起点：（公式1.2.4）p=Mi（t-d）=7（h-hd）tw1t图1.2.3地下水分布情况3压水，承压水上渗，引起底板处水头存在。压力分布曲线（公式1.2.5）图1.2.4地下水分布情况4压水头和承压水上渗隔水层引起的水头。压力分布曲线（公式1.2.6）、场地最上层为隔水层，而地下室底板正好处在隔水层中，隔水层下有承由相似关系知：=Lp=YhdPdwt、地下室底板穿过上部的隔水层处于下部的承压水中，计算浮力要考虑承水头的叠加得出：P=YH+Yd=Y（H+d）www⑤、比较复杂的情况是地下室底板处于隔水层中，而隔水层之上有潜水层，其下有承压水层，静水无法触及，但上下含水层水位渗透后均会产生浮力水头。图1.2.5地下水分布情况5如图红色虚线所示，处于隔水层中的底板所受浮力由两部分组成，分别是上下两个含水层引起的，起算的零点不同：YhYhY77P=―w_1（t-d）+—w——d=―w（ht-hd+Hd）tttii（公式1.2.7）Y(h-里+Hd)=Y(h-£12d)w1ttw1t⑥、地下室底板处于最下部的承压水层，上部依次是隔水层、潜水层。此种情况只受承压水的影响，计算比较简便。1H图1.2.6地下水分布情况如图红色虚线所示，承压水渗透水头和静水头叠加后的浮力计算公式为:P=YH+Yd=Y（H+d）（公式1.2.8）WWW以上推导方式完全是按流体力学原理，分析水压力分布曲线，然后得出结论，当利用达西定律推导时，只要以隔水层上下截面为基础，得出两个截面的水流量表达式，然后由同一段时间内流量相等解出。观察第五种情况，它是最普遍的形式，我们可以得出如下结论：当h=0时，就是第三种情况；当h=0时，此时承压水层变成潜水层，结果与第二种情况相同，这说明当底板在隔水层中时，处于隔水层之下的非承压水层对底板没有影响。1.2.4抗浮设计流程分析地勘报告抗浮设计和其他设计一样，涉及知识点冗杂，流程太长，其复杂度相比其他有过之而无不及，加之目前可供翻阅资料较少，因此一个合理的设计流程对整体把握抗浮设计至关重要，本文觉得抗浮设计应按如下进行（见下页）研读工程设计图纸确定抗浮设防水位计算结构自重是施工图设计根据地库埋深，计算水浮力第二章目前的抗浮方法2.1压载2.1.1压载分类压载又叫配重法，是简单且使用广泛的方法之一，尤其是作为应急处理方式，施加的重物将与结构物自重一起抵抗水浮力和侧墙摩擦力。特别是底板承受不均匀的水浮力而产生局部上浮的情况，将重物压在底板翘起的部位，使结构逐渐恢复到正确的位置。相比其他的方式，其最大的优势在于适应于各种工程条件，可以因地制宜，采取场地附近砂、石、土、混凝土等作为压载物体，也可以压载于底板、顶板、侧墙等部位。据此，压载的实现方式可以分为直接压载（灌水、底板负荷、顶板覆土、侧墙加载），间接压载（外伸底板覆土、增加主楼边缘底板的厚度、摩擦抗浮法）灌水：当建筑物地基为不透水层时，可以采用地表水倒灌的方案，这种方式方便快速，适用于整体和局部上浮情况，但是由于加载后不可能按照上浮的路径恢复，一般需要用千斤顶校正位置，要注意，当底板和地基间有因为地下水带出的泥沙时，将会阻止地下室下沉，此法不再适用。底板负荷：底板上设置砂、石、土、混凝土等回填层，对于筏板基础或者独立基础，在底板到基础梁顶和柱帽顶部之间的部分正好适合作为回填空间，这样还可以方便室内底部找平、防水处理；增大底板厚度和刚度，主要适用于自重和浮力相差不大的情况，或者整体稳定满足而局部上浮的情况。这种方式对造价影响较大，成本高，要慎用；底板下挂重，有时候在也在底板下设置低强度等级的混凝土层作为挂重，同样，比较适合于自重和水浮力相近的情况，否则会增加造价。总之底板负荷法在设置填充层后结构底部标高发生变化时，会导致基坑开挖加深，水浮力相应加大，配种的一部分抵抗了自身的浮力，经济性较差，要严格讨论、研究此种方案后确定是否采取。顶板覆土：上部覆土可以解决建筑物管道铺设问题，还可以进行绿化，要注意的是，此种方法在施工阶段，尤其是未覆土前，不能停止降水，否则容易引发施工阶段的上浮失效。侧墙加载：即增加地下室侧墙的重量和刚度，这对底板的实际约束作用不大，而且由于侧墙加厚使基坑开挖范围加大，故实际应用较少。外伸底板覆土：将地下室底板延伸到建筑物外墙之外一段距离，在延伸的底板部分上回填土来抵抗水浮力。这种方法要加宽土方开挖范围和土地使用面积，很容易碰触到建筑红线，适用于不受场地限制的规模较小的结构物抗浮。增加主楼边缘底板的厚度：对有裙楼的建筑物，为了使裙楼部分满足抗浮要求，可以将主楼边缘的底板厚度加大。尽量使上部重量的有利作用向外扩散，具体的扩散范围与多少重量扩散目前都无法定量计算，影响范围有限，因此应用不多。摩擦抗浮法:建筑物的外墙与基坑边肥槽回填土在土压力的作用下会产生摩擦力。可以随着地下结构的施工随时将边肥槽回填，限制其上浮，这种摩擦力的大小难以确定，常作为安全储备，不能过度依赖此抗浮机理。总的来说，压载方式多样，施工简单，应用广泛。缺陷就是对地基要求较高，增加总重量，如果地基承载力差的话，将会发生较大的地基变形或者变形不均匀的情况。再者，加载物如果是混凝土的话，就会涉及到大体积混凝土的浇筑，较厚的混凝土容易产生膨胀和收缩现象，导致底板向上拱起或者开裂，保养和维护困难。因此在结构自重和水浮力相差较大的情况下，多不单独采用压载方案，常与其他方式结合使用，当然这也考虑了成本增加的因素！2.1.2验算内容2.1.2.1整体稳定性验算作为抗浮设计，大多数的文献将其简化为漂浮于水中的船体。虽然这个模型与实际有所差别，但是作为研究建模，还是有一定的合理性，这样对于验算，我们首先想到的是整体稳定性验算。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.4.3第一条规定：对于简单的浮力作用情况，基础抗浮稳定性应符合下式要求⑹。G]Nk>k（公式2.1.1）式中：G一建筑物自重及压重之和（kN）；N一浮力作用值（kN）；w,kk一抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。2.1.2.2局部稳定性验算对于上部荷载分布不均匀的情况，必须进行局部稳定验算，可以先按照荷载分布、结构形式将建筑物分成单个区域，每个区域假设分离。然后利用公式2.1.1对该部分进行验算。规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.4.3第二条规定：抗浮稳定性不满足设计要求时，可采用增加压重或设置抗浮构件等措施。在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，也可采用增加结构刚度的措施。2.1.2.3施工阶段抗浮稳定性验算在地下室施工前，要对各个施工阶段分析，计算出各阶段的施工荷载和已完成的结构自重，利用此数值代替公式2.1.1中的G，进行验算，如果不能满足要求，应进行施工过程的降水，提高结构稳定性，k2.2.3施工方式压载按其机理，施工也不外乎混凝土和土（砂、石）两个方面。对于混凝土就是简单的温度敏感性、养护等常见问题。对于土（砂、石）则要按照地基处理的要求进行分层压实，满足规范对压实的要求后，通过实验得出平均重度，再利用此数值进行稳定验算。2.2抗浮桩2.2.1受力机理受压桩在桩顶受荷后，桩身上部压缩产生向下的位移，引发桩侧摩擦力，随着荷载的增大，压缩桩段增加，摩擦力向下传递，当荷载达到一定程度时，整桩下沉，摩擦力进一步发挥，同时桩端阻力产生。摩擦力达到限值后，只能依靠端阻力，桩端土破坏后达到了抗压极限承载力；抗拔桩在受荷后，拉应力首先产生在桩顶，随着桩顶向上位移的增加，拉应力向下传递，直到桩身某一部位的相对位移达到限值，就达到了极限抗拔承载力E。2.2.2破坏模式从目前的实验和工程实践中，抗浮桩一般有四种破坏模式：①、沿桩一土侧壁剪切破坏，破坏截面呈圆柱状；②、与桩长等高的倒圆锥台剪切破坏，桩周部分土体与桩身发生向上位移，导致土体沿一锥面剪切破坏；③、复合剪切面破坏，兼具前两种破坏形式，桩体下部发生沿桩一土侧壁的剪切破坏，上部发生倒锥台剪破。④、桩身失效，包括混凝土失效、桩身连接失效、钢筋被拉断，这都是由于设计、制造、施工造成桩体承载力不足。大多数情况下发生第一、四两种破坏，情况一在中长桩中更为常见。2.2.3设计要求和大多数的结构设计一样，抗拔桩设计也有三方面的基本要求：安全适用，即承载力极限状态，内力是材料所允许的，正常使用极限状态，不出现过大的变形和变位；合理性，持力层、桩型、尺寸、布置方式的选择要尽量发挥最佳承载力。经济性，最大限度的发挥承载力的情况下力求造价最低。2.2.4设计内容由于地下水位是变化的，所以抗浮桩时常一桩二用，要对抗压、抗拔两种情况进行包络设计，确定最高、最低地下水位，找出两种情况下的不利工况，算出各自的桩数，取最大值。2.2.4.1抗压情况、水浮力计算：水浮力是有利荷载，取最低地下水位，按照1.2.3计算水浮力、荷载组合，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-20123.2.3:在恒载起控制作用时，活载对结构不利时，分项系数取1.4,恒载对结构有利时，分项系数不应大于1.0.一般取0.9,不利时取1.35⑻。对地下室，恒载包括地下室结构自重，顶板覆土；活载包括室内、顶板车辆荷载。桩体抗压承载力按下式计算：承压桩总承载力设计值丫（公式2.2.1）^K1.35x恒载+1.4x活载-0.9x最小水浮力根据工程的重要性，确定K后，就可由上式确定需要的所有抗压桩总的抗压承载力。、确定单桩抗压承载力根据地质条件、经验，选择持力层、桩长、桩径，然后由《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.3.6条的经验参数法［9］计算：（公式2.2.2）Q=uZTql+中qAuksisik'Ppp按上式确定单桩抗压承载力时，还要要注意有效桩长，即该规范第5.8.2条的规定⑼：（公式2.2.3）\nA最终的单桩抗压承载力取两式中的较小值。④、确定此工况下桩数桩数）承压桩总承载力设计值桩数单桩抗压承载力（公式2.2.4）2.2.4.2抗浮情况、水浮力计算：水浮力是不利荷载，取最高地下水位，按照1.2.3计算水浮力、荷载组合,荷载类型与承压情况下相同，只是，水浮力变成不利荷载，分项系数取1.4，恒载变成了有利荷载，分项系数取0.9,。桩体抗拔承载力按下式计算：抗拔桩总承载力设计值『（公式2.2.5）^K1.4x最大水浮力-0.9x恒载根据工程的重要性，确定K后，就可由上式确定需要的所有抗拔桩总的抗拔承载力。、确定单桩抗拔承载力和承压情况确定桩型、桩长、桩径的方式相同，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.4.6规定对甲级、乙级建筑桩基要进行单桩承载力实验，对丙级桩基，当无实验时，可按下式计算：T=E人q,Ul（公式2.2.6）其中人为抗拔系数，是在摩擦型抗压桩的基础上考虑桩体自重的有利影响i提出的同理根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.8.7规定钢筋混凝土轴心抗拔桩的正截面受拉承载力应符合下式规定9］：（公式2.2.7）n2HtanO（公式2.2.9）式中。取，中为桩长范围内各土层中的加权平均值40i2.2.5验算内容2.2.5.1整体稳定性验算将桩和桩周土看成一个整体，要求此整体承担的水浮力小于总的荷载设计值，即：U+G,MN总荷标准值（公式2.2.1。）其中U=E人qu.l为群桩整体破坏时的抗拔承载力标准值gkisikiiG=y，V为桩周土净重。sU为区域的周长2.2.5.2单位面积内稳定地库不但要求满足整体稳定性要求，还要求单位面积内抗拔桩提供的抗拔力大于水浮力，即：N（公式2.2.11）N>yYYh1°w（公式2.2.12）其中：Uk单桩抗拔承载力标准值Y浮力荷载分项系数2.2.5.3桩身强度验算在上述的确定单桩承载力中已经加以考虑，这里不再赘述，只是在公式2.2.7中一般考虑到桩体受拉后开裂，混凝土退出工作，忽略后边一项，艮"N=/A（公式2.2.13）Js据此也可以倒过来确定桩身配筋量。2.2.5.4抗拔桩基承载力验算《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.4.5规定：承受拔力的桩基，应按下列公式同时验算群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力NF（公式2.3.5）gg浮其中Y为上部结构自重荷载分项系数，因其是有利作用，故取0.9.实际设计中也采用另外一种方式，算出水浮力、单根锚杆极限承载力设计值N后，用F（这里的F浮指的是单位面积水浮力，即应力）算出单个锚杆承担浮的荷载面积A1，再用A总就可以算出锚杆数n.12.3.4.4确定锚杆长度锚杆长度包括有效锚固段长度和非锚固段长度，非锚固段指底板与岩层之间的锚杆长度，有效锚固段指锚入岩层的长度，该部分发挥了锚固作用。《岩土锚杆（索）技术规程》第7.5.1规定：锚杆或单元锚杆的锚固长度可按下式估算，取其中的最大值uh：（公式2.3.6）rkNL>—t—anDIWmg（公式2.3.7）rkNL>:e-ta〃ndgIwms式中：K一锚杆抗拔安全系数f一锚固段的注浆体跟土层之间的粘结强度系数D一锚固段孔直径d一钢筋或钢绞线的直径f一锚固段的注浆体跟钢筋间的粘结强度标准值E一接触面之间的粘结强度折减系数，去耽.6—0.85中一锚固长度对粘结强度的影响系数2.3.4.5整体稳定性验算锚杆可以看成是较细的桩体，其许多特性可以和抗浮桩类比，必须对其设计方案进行整体稳定性验算，按下式进行：P相qI+YS>F（公式2.3.8）lisikigg浮2.3.5锚杆的布置、点状集中布置：适用于硬岩层，将锚杆集中布置在柱下，传力路径明确、快捷。可以直接利用上部结构荷载抵抗部分浮力，外防水施工容易，个别出现问题，不会整体失效，其他锚杆会分担荷载作用。为了抵抗这样布置带来的底板较大剪力和弯矩，底板需要加大厚度和配筋，形成大刚度底板，当局部位置荷载不均匀时，底板能够协调浮力在各个锚杆之间的分配，具有很强的整体抵抗力。对于锚杆自身来说，由于局部布置密、间距小，造成了施工不便。、线状集中布置：适用于较硬的岩层中，多沿墙体或者某一条直线布置在底板下，与点状集中布置类似，间距较小，不会出现一坏具坏的连锁效应，整体能力强。但是这种情况底板配筋大，且不能直接利用上部荷载来抵抗水浮力。、均匀面状布置：适用于可以应用锚杆的所有情况，是将单根锚杆均匀地布置在底板之下，底板不需要太大配筋，但是会造成间距较大，一旦个别出现问题，其他锚杆不能分担荷载作用，也不能有效地利用上部荷载来抵抗部分水浮力，外防水施工困难。同时底板薄，刚度小，当柱子轴力不均时，底板变形不一致，刚度小的地方，变形大，锚杆受力也大，这可能会导致锚杆整体承载力降低或者失效。2.3.6关于锚杆的几点问题论述、锚杆是被动受力，有变形才会受力，我们计算锚杆所受浮力时把底板按净力结构中刚体考虑，这样是不精确的，实际应该按照变形协调去计算。例如，对于有主裙楼之分的结构，主楼对地下结构有嵌固作用，距主楼越远，变形越大，所受浮力也越大。、与桩体有有效长度一样，锚杆也有合理长度，锚杆侧面的摩擦力分布是不均匀的，锚头处最大，随深度的增加递减。当超过一定长度时，需要产生较大的位移才能将锚杆的能力发挥出来，但这样会导致失稳。工程中锚杆的合理长度为4—10米。、锚杆有预应力和非预应力之分，需要根据底板变形来选择，不能使底板开裂而引发渗漏。但工程中地下水位的变化给选择带来了困难，选择非预应力锚杆，底板变形大，不利于稳定；选择预应力锚杆，可以保证在高水位时提供足够的抗浮力，约束变形，但在低水位时，预应力会变成负载施加于底板，对底板受力极为不利，会增加基础桩数，抬升造价。、建筑物在天然地基上，有可靠的锚固层，埋深较浅时，锚杆方案最佳，但是当软弱层较厚时，因自由段较长，抗腐蚀不利，不应选择此方案。、不能忽略群锚效应的影响，否则会造成整体承载力小于单个锚杆承载力之和，需要通过设定临界距离来避免群锚效应。我国规范一般规定为6d。当不能避免群锚效应时，因只有锚固的土体重量发挥作用，故采用细长锚杆，将其锚入岩层深部。2.4降排截水2.4.1抗浮机理抗浮措施总体可以分为主动抗浮和被动抗浮两种。压载、抗浮桩、抗浮锚杆都是从“抗”的角度出发，当底板受力之后，被动地去抵抗，属于被动抗浮。降排截水是从正面出发，遵循“放”的思想，排除较高的水位产生，释放压力，使水浮力较小或在控制的范围之内。降排水系统一般都由滤水系统、排水系统、集水系统、抽水系统、监测系统组成。做个简单的推导分析：假设地下水位原始高度为H，底板下设置高质量砂石滤水层，一部分地下水通过滤水层排出，这样便会产生渗流，引发动态水，如果动态水位稳定在H动，那么底板所受浮力由原来的静态水压力尸静二YH变化为动态孔隙水压力P=YH，水浮力减少了AP=7（H-H）=7AH。要特动w动w动w别注意一个问题，根据渗流原理中流网的分布，我们可以知道基底水位下降会引起地下结构之外的水位下降。一般认为土体的总应力不会发生变化，在原始水面和降低后的水面之间，孔隙水压力消失，有效应力增加，土体固结、沉降，还可能出现撕裂裂缝，用S代表沉降量；在降低后的水面之下，由于水压力的减小1也会导致沉降，用S2表示。总的地面沉降为S=S1+S2，用分层总和法可以算得。2.4.2设计内容从上一小节我们可以知道首先要根据底板抗浮要求，计算出H（或△H），然后分析得出基坑外一定范围内的Ah和排水量Q，最后用Ah对周围建筑物或场地所受的影响做出评价，采取措施。优化H（或AH）的选择。2.4.3分类降排截水法施工方法多样，造成分类不一，但是个人觉得按侧重点不同，可以分为减压井法、排水廊道法、盲沟排水、泄水减压法、标准静水压力释放五种，虽然都牵扯到释压，似乎关联很大，但是最后一种考虑到截流，减少了对周围环境的影响，可以说是对前四种方法的综合和改进，所以本文加以分述。2.4.3.1减压井法这是最直接的做法，在底板周围布置减压井，这样就利用了多井干扰原理，使底板上的压力不再被束缚，而是从井中以水头的形式释放流出，然后用抽水设备将水抽出。当然井口位置越高，压力也越大，要少量多次。与此法类似的一种应急处理方式是在地下室浮起的情况下，利用钻机在底板开孔，将积聚在底板下的水排出，降压，使地下室下沉稳定，恢复到原来的位置。但是要研究好开孔位置，防止地下室下沉时倾斜。2.4.3.2排水廊道法按排水设施所处位置可以将降排截水方案分为外置式和内外结合式。外置式是在地下室外肥槽中设置排水设备，排泄和疏导均在室外完成。内外结合式是将室内外的排水系统联通，排泄和疏导由两者配合完成。排水廊道法是外置式的一种，随着肥槽回填的完成埋置于地下，与过道一样，上部有盖板，工人可以进入检修，维护方便。2.4.3.3盲沟排水有依靠静水压力主动排水和静水压力集水、机械排水两种形式。前者要求构筑物标高大于周围场地标高，有标高落差，汇聚一起的水自流排泄。后者适合比较平整的场地，地下水首先富集于盲沟之中，然后通过机械设备将水抽走，目前这种方式应用较多，盲沟可以埋在底板下面或四周。2.4.3.4泄水减压在底板和地下室外墙每隔一段距离设置泄水孔，泄水孔靠近地基土一侧一定要被高质量的滤水层包裹，防止泥沙堵塞泄水孔。这样，地表渗水通过侧墙泄水孔、基地孔隙水通过底板泄水孔汇集在室内排水沟，然后排除，方便快捷，也比较常用。2.4.3.5标准静水压力释放这种方法有以下几点要求：第一，在地下室周围设置永久性止水帷幕，阻止建筑物周围与底板下地下水交流，从而防止四周沉降下陷、对临近建筑物造成影响；第二，底板下设置良好的反滤层，防止地下水携带的泥沙通过，只有纯水通过并沿底板横向流动；第三，在反滤层中埋设多孔聚乙烯管网，将上渗的地下水引导入集水井；第四，为了防止排水管网堵塞，每隔一段距离安装一个清洁箱，确保畅通；第五，长期用适当型号的水泵将水从集水井中抽出。2.4.3应注意的几个问题、此法适用于透水率较低的土层，例如粘土、亚粘土地基上的建筑物，地下水要是上层滞水、潜水。对于承压水则不适用，与其他方法相比，最大的优势在于不受腐蚀性地下水的影响。、为了避免地表水下渗量大，导致经常性排水，需要将肥槽边的杂填土挖除，换填粘性土，分层夯实。、这种方法概念简单，施工便捷，可以对排出的地下水回收利用，符合绿色环保施工要求。但是有两个因素制约其推广。第一，需要长期降水，增加工程量，仅用此法，容易受现场条件影响，导致排水设备故障，水位迅速回升，相当于没有抗浮措施，造成危害，因此经常和其他方法联合使用。第二，透水率稍高的地方，抽水量加大，更严重的是造成周围地基沉降，因此要慎用或者提前布置止水帷幕。、自由排水的管网出水口要采取防倒灌措施。、目前随着科技的进步，比较流行的一种做法是利用现代监测设备，实时监测地下孔隙水压力，必要时采取降水措施。第三章工程实例（良志嘉年华二期工程A区地下车库抗浮分析设计）3.1工程概况3.1.1地质条件第一层：杂填土，层厚4.60~7.10,层顶标高1514.65~1515.13m。第二层：卵石，层厚5.70~8.60，层顶埋深4.60~7.10，层顶标高1507.8~1510.23m，层底标高1500.60~1503.91m。圆形~亚圆形，中密~密实状态。卵石颗粒相互交错排列，单粒结构，磨圆性好，级配较均匀，颗粒粒径2~13cm之间，并夹有漂石。颗粒间有细砂充填。第三层：强风化泥质砂岩（N3），揭露层厚12.40~23.6Om层顶埋深11.00~14.2Qm层顶标高1500.60~1503.91m。红色，成分以石英、长石为主，中密状态。中细粒结构，块状构造。泥质胶结，干燥时强度较高，遇水和暴露空气中易软化崩解。岩心呈短柱状。3.1.2地下水埋藏条件勘察在钻探深度范围内见一层地下水，水量较丰，水位相对稳定，属潜水类型，主要含水层为卵石层。第三系砂岩为隔水底板，该层渗透系数K=30m/d，水量较大，流向自西南向东北，年水位变化幅度为0.5~0.1m，勘察期间实测稳定水位埋置深度7.30~7.62m，水位标高1507.15~1507.74m。3.1.3地下车库设计状况地下车库有三层，层高为5.4m、5.1m、3.7m。覆土厚度：2.2m，土0.00=1515.90m。本项目采用筏板基础，车库筏板厚0.45m，楼板厚度0.25m，顶板厚度0.4n。筏板顶面标高16.40标高1499.50＞。抗浮设计水位标高为1508.74m基坑开挖面积为93mX206m，基坑开挖深度至垫层底标高-16.95<1498.45>,项目整体布局如下图（见下页）：图3.1.1项目建筑布置图3.2分析确定抗浮方案（监测地下水位及时采取降水方案）勘察期间实测稳定水位埋置深度7.30~7.62m，水位标高1507.15~1507.74m，年水位变化幅度为0.5~0.1m，垫层底标高1498.45m抗浮设计水位标高为1508.74m底板所受水头高度为L508.74-1498.45=10.29保，守考虑取10.3m由于地下室埋深较大，水头较高，初步计算，为了安全起见，不考虑渗流水头损失。即水浮力为：F=Yh=10x10.3=103KP浮wa地下室估算时一般取每层自重20KP，主体结构取每层15~20KP，由于主楼和裙楼相差较大，主楼部分通过底板对裙楼的约束有限，同时考虑到后浇带的影响，将主楼和裙楼分开验算抗浮稳定性。主楼部分：3x20+25x15=435KP>103KP（取最低主楼层数25层）满足要求裙楼部分：3x20+2x15=90KP<103KP不满足要求故需要抗浮设计方案确定：通过现场南北两侧取样，做渗透实验，结果显示底板处的泥质砂岩渗透系数远小于限值，并且在临近的一期工程开挖时，发现此处的岩体成干燥状态，这样可以认为泥质砂岩层为隔水层。地下室底板处的水头只能来自于以下几个方面：①、大气降水、地表水、卵石层的水份沿基坑肥槽回填土或者地下管道周围下渗。②、泥质砂岩层有裂隙，可以使水份下渗。③、砂岩干燥时质地坚硬，遇水后会发生崩解，成极软状态，在高压力水头作用下，不能避免本来多孔隙但孔隙不相连的岩体孔隙贯通，发生水力联系。由于此工程不能确定底板处是否一定有水位，采用压载、抗浮桩、抗浮锚杆三种方案，会增加工程量，延长工期。而且很有可能造成方案不能发挥作用，过度浪费。同时基于施工和技术成熟方面的考虑，决定采用基底水压力监测+降水措施的方案，这样可以知道基地确切是否有水，水压有多大，超过限值后会报警进行降水。为往后同类型工程抗浮提供经验，同时安全、经济、简便。水压力监测点布置如下图：魅麟华二虹爵区如辖矗际尻醐雄蠕爵图3.2.1项目建筑布置图3.3地库边肥槽回填设计基坑回填封水质量是抗浮设计方案的关键。因此要按照规范要求以较高的标准对肥槽回填土施工方案做出设计，并严格执行。下面从回填材料选择、基坑清理、铺土刮毛、夯击密实、特殊条件下施工、试验检验等几个方面加以论述。3.3.1回填材料选择由于在建筑物周为1m范围内有竖直管道引出，为了防止地表水沿管道下渗，此处必须有很大的密实性，故选用2:8灰土，土应过筛，粒径不大于15mm，含水量以手握成团，落地开花为易，不含有机质。灰的粒径不大于10mm，严格按照体积比2：8拌合至少两次，直到均匀、颜色一致后，隔离放置，加以标示、掩盖保护；1m开外的地方，回填土要求含水率低（不大于15%），塑性指数大，有粘性，这样当有水份下渗时，土层渗透性小，结合水的能力大。北方地区多为粉质粘土，满足以上条件，即选用粉质粘土，同时为了压实，土的含水率尽量接近最优含水率。3.3.2基坑清理回填前先将基坑内的洞穴、垃圾、树根等处理掉，以免造成回填缺陷引发水份渗漏。同时清理掉坑边的杂填土，重新回填。3.3.3铺土刮毛虚铺厚度会影响压实效果，本项目考虑肥槽宽度等因素，采用蛙式打夯机，对于灰土虚铺厚度宜为250mm~300mm，取250mm，对于粉质粘土，虚铺厚度宜为200mm~250mm取200mm。为了保证两层之间很好的结合，铺上一层土时，要将已经压实的下一层表面刮毛。3.3.4夯击密实每层铺土后，夯击3~4遍，一夯压半夯，夯夯相连，纵横交叉，严禁出现漏夯现象。根据压实原理可知，当土体含水量较低时，颗粒中以结合水为主，引力较大，阻止了压实，随着水份增加，自由水含量增加，引力减小，相同压实功下更容易密实，含水量继续增加，自由水的放大作用减弱，又会阻碍压实，因此存在最优含水率，与其对应的干密度为最大干密度，虚铺土体的干密度除以最大干密度就是压实系数，规定要求压实系数大于0.95。非同一阶段夯实的回填土接槎处要处理成阶梯型，不能做成斜坡，且阶梯的宽度要大于高度的2倍，重叠长度不小于500mm。灰土做法如下图：北珪表吉胪图3.3.1灰土接槎处理方式粉质粘土做法如下图:图3.3.2粉质粘土接槎处理方式对管道周围等特殊节点要人工夯实，且提高要求，这里不能有接槎处理。3.3.5特殊条件下施工雨季施工时，平时要用雨布覆盖土堆，防止雨水渗入和水份蒸发，周围布置排水沟，现场要有小坡度，以便雨天上覆塑料布排水，万一已压实的回填土受雨水淋湿，雨后要将其表面150mm厚的土体清除，重新回填压实。尽量连续施工，作业面积不要过大，分段进行。3.3.6试验验收每层夯击后，从东、南、西、北各个方向不超过50m用环刀取一组试样，取样深度在夯击后该层中下部（一般23处），交付实验室进行土工实验，测定干密度、含水率等。判定是否满足干密度或者压实系数的要求，干密度合格率不得小于90%，不合格的干密度最低值与设计值之差不得大于0.08"，且不能集，■-cm3中。若不能达到干密度或者压实系数要求，要分析原因，采取补救措施，若土体太干，则要翻开该部分，增湿后重新夯击达到要求；若土体太湿，同样要翻开土体，加白灰混合均匀后夯击达到要求。各个工序做好交底工作，保证现场有专人负责检查灰土拌合比例、虚铺厚度、压实质量、实验取样等是否按照设计进行，及时发现问题加以纠正。第四章总结与展望本文着眼于目前地下空间开发利用广泛，但是地下室抗浮设计成为瓶颈，理论、技术杂乱，不太成成熟化、系统化的现状，总结研读相关资料、规范。系统地从最初的地勘报告分析、确定抗浮设计水位、水浮力计算、目前的四种抗浮设计方案设计步骤、验算内容、使用条件及优缺点等方面自学并加以介绍。最后结合工程实际分析大致的抗浮方案确定过程，重点突出目前降排截水措施中兴起的一种方案一地下水监测+降水措施。这种方案有着自己明显的优势。首先目前基底下是否有地下水、水压力渗流路径具体怎样、需不需要折减等都难以精确确定，就连地层情况也是大致信息。这样很容易出现各种考虑不足。其次，这种方案本身不需要探求太多引发因素，直接明了的监测基底孔隙水压力，简单、准确、安全。再次就是相比压载、抗浮桩、抗浮锚杆、降排截水中其他方案，它很经济，不影响工期。当然这种方案也有其缺点，电子仪器用于工程，首先向外接线就是很大的问题，容易受施工现场不确定因素影响，导致断线；其次埋设仪器要求很高，但现场一方面很难按要求精确埋置，埋置好后还易遭受扰动。这样测量的精确性受到了质疑；最后当然是仪器自身的问题，要向更加精确高端的方向努力，同时保证设计寿命，确保仪器在起作用的期间按时启动，不死，还要追求读到的数据不是太过离散，否则会导致数据代表性降低，影响判断决策。本人觉得，对于地下室抗浮设计，当明确底板下有水头时且较高时，易采用压载与抗浮桩或抗浮锚杆结合的方式。当水头稍低时也可以采用单个措施。对于不能确定基底是否有水头时，最好采用地下水监测+降水措施方案。为了迎合社会发展的高效趋势，地下水监测+降水措施方案肯定会越来越受欢迎，那就必须继续研究解决此方案以上的重大缺陷。相信这方面的仪器设计和施工方法研究会更加热门，不久的将来一定会有更符合实际的观点提出！