某坡地建筑地下室抗浮設計研究

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摘要：隨著城鎮化進程的加快，為適應城市建設的需要，解決用地緊張的和儲備土地的不足，許多建筑開始向山區坡地地帶發展，充分利用尚未開發的山坡地。與相對平坦的地下結構相比，因坡地的地形起伏變化較大，地下水位變化也較大，季節性雨水使得水位發生變動，勘察資料提供的抗浮水位與實際水位相差甚遠，為工程設計帶來困難。本文通過對某坡地學校教學樓項目進行坡地地下室抗浮設計相關說明，主要包括地下水位的確定，抗浮措施的選擇及相關抗浮設計。

關鍵詞：地建筑；地下水位；抗浮設計

1工程概況

本項目為蚌埠市新城試驗學校教育集團虎山校區綜合樓項目，項目位于安徽省蚌埠市蚌山區，規劃路與貨場五路交匯處東南側，虎山路東路以西。總用地面積約5.5萬平，總建筑面積約6萬平。其中綜合樓為四層，右側半幅帶地下室，采用框架結構，重點設防類，設防烈度為7度（0.1g），抗震分組為第一組，地震作用按照7度（0.15g）進行設計，場地特征周期為0.35s（二類），抗震等級按照8度確定。建筑抗浮工程設計等級為乙級，抗浮穩定安全系數為1.05。擬建場地地勢開闊，稍有起伏，最大高差為7.24m，地下水較為充沛，由地勘報告可知，抗浮水位取室外地面以下1m，由于存在較大高差，抗浮設計需考慮選擇較為合適的抗浮水位及抗浮設計方案，既要保證結構安全，又要考慮節省材料。建筑剖面圖見圖1。

2抗浮水位的確定

對于地下室抗浮設計首先應確定抗浮水位，當抗浮水位確定以后，可以通過地下室基礎的底部高度確定水頭高度，水頭高度確定后方可進行浮力作用的計算，本項目屬于坡地建筑，地面標高隨坡地變化較大，抗浮水位對設計影響較大，因此應綜合考慮抗浮水位。

2.1主體結構條件

由建筑方案設計條件可知，綜合樓主樓右側從10軸到17軸有地下車庫，地庫底板頂標高為-10.300m，主體結構采用框架結構，上部結構主要功能為教室，設計時恒荷載主要是樓面鋪裝，結構自重及填充墻重量，有地基基礎規范可知，抗浮設計時僅考慮恒荷載產生的有利作用。框架結構豎向傳力構件為框架柱，標準柱距為8.4m，間距較大，考慮基礎底板豎向作用的滯后效應，板跨中部位抗浮作用較小，因此需要考慮底板的抗浮強度。由于建筑需要部分框架柱并不延申至屋面，只存在于地下一層或一層，上部恒載傳遞下來的抗力減少，因此此部分基礎應進行抗浮計算，驗算是否滿足抗浮要求。

2.2場地地下水條件

由虎山學校地勘報告可知，鉆探揭露，本場地在15m深度范圍內，對本工程有影響的主要包含兩個地下含水層組，第一含水層組，地下水類型屬于上層滯水，主要分布于第一層土及地下伏粉質粘土層上部裂隙中，其水量受地表水控制，以地表水的垂直滲透補給為主。初見水位與穩定水位埋深基本一致，在0.7~5.8m。第二含水層組：地下水類型屬于承壓水，主要分布于三層全風化花崗巖和四層強風化混合花崗巖中，以水平徑向流動補給為主。穩定水位為3.6~10.5m。地下水條件較為豐富，水量充沛，對結構地下室抗浮較為不利。

2.3確定抗浮水位

勘報告中給出抗浮設計水位為室外地面以下1m，由于地下室頂板高度為34.300m，但是地形為從10軸到17軸為逐漸下降，高差為約有4.5m，因此需充分考慮抗浮水位，以免造成抗抗浮的不足，或者抗浮考慮過多造成浪費。針對這種坡地的實際情況，采用分段確定抗浮水位的方法進行設計，地下室左端擋墻10軸處開始考慮抗浮，此軸建筑地面標高為37.800m，因此將10軸上框架柱的抗浮水位定為36.800m，17軸抗浮水位為32.300m，有兩者之間進行線性內插，每隔8.4m取一個區間，每個區間取相應的最高水位為抗浮水位，因此10軸抗浮水位為36.8m，11軸與10軸相聚4.2m，水位取36.8m，與10軸相同；12軸取抗浮水位為36.500m；13軸抗浮水位取35.500m。15軸以后抗浮水位全部位于基礎底板以下，因此不在考慮15軸以后的抗浮。水頭計算時，應取基礎底面的標高，基礎為下柱墩設計，底面標高不相同，因此統一取基礎高度為1.4m。抗浮水位及基礎底板確定后可計算浮力作用。

3抗浮方案對比

依據現有的地質條件及建筑條件，選取12軸交E軸框架柱進行試算，柱距為8.4×8.4m，防水板厚為500mm，柱墩厚尺寸為4.8×4.8m，柱墩厚度為400mm，經分段計算可得地下水位可取33.500m，地庫防水板底標高為27.3m，計算可得總浮力為：F浮=（33.5-27.3）*8.4*8.4=4374kN由盈建科軟件計算得到上部結構恒載為2179kN，混凝土容重取23kN/m3底板及柱墩混凝土質量為：23*8.4*8.4*0.5+23*4.8*4.8*0.4=1023kN則由地基規范5.4.3條抗浮穩定安全系數取1.05，則有：GkNw，k≥Kw=1.05即所需抗力為：Gk=（4374-2179-1023）*1.05=1230.6kN由地勘報告及地庫底板標高可知持力層可選擇④層強風化混合花崗巖，分別進行抗拔樁、抗浮錨桿及混凝土壓重的設計，并對比幾個方案的的工期與造價。

3.1抗拔樁計算

選取第④層強風化混合花崗巖為持力層，抗拔樁采用PHC400AB95預制樁，由于地勘報告中未給出相關極限側阻力標準值，依據樁基規范表5.3.5-1取qsik=110kPa。假定群樁呈現非整體破壞，由樁規5.4.6-1取12m長樁基計算抗拔極限承載力標準值為：Tuk=∑λiqsikuili=0.5*110*1.6*12=1056kN又有5.4.5條非整體破壞時樁基的抗拔承載力為：Nk≤Tuk/2+Gp=1056/2+27.5=555.5kN則所需要的樁數量為三顆樁。

3.2錨桿計算

本工程抗浮采用抗拔錨桿，錨桿孔直徑d＝200mm，設計長度6.5m，配筋為3根25。錨桿鉆孔內采用M30水泥砂漿填實，抗浮錨桿有效錨固長度為6.5m。由地勘報告地下室抗浮錨桿設計參數建議值取一次常壓注漿強度為120kPa。根據《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》第4.6.8及4.6.10條規定：由式4.6.8.2有：N1=fy·As=360×3×491=530.28kN由式4.6.10有；N2=fmg/K·π·D·LS·ψ=（0.12×103×3.14×0.20×6.5×1.0）/2=244kNN2=f′ms·π·n·d·ξ=1.2×3×3.14×25×6.5×103×0.7=1285.83kN綜上，單根錨桿抗拔承載力設計值取200KN，則所需錨桿數量為7根。

3.3混凝土壓重計算

取混凝土容重為23kN/m3，則浮容重為13kN/m3，則有所需混凝土壓重高度為H=1231/（8.4*8.4*13）=1.35m，當采用壓重措施時，需要將地庫底板繼續下挖，因此挖方工作量較大，又由于本地下室設計時，抗浮水位的選采用的隨坡度變化計算，因此底板所受浮力大小存在差異，使用壓重措施時，難以實現。選取上文設計區域進行成本工期核算，計算結果見表1。通過對工期、成本、方案可行性三個方面進行對比發現，在工期方面，樁由于施工工藝復雜，施工養護周期較長因此當單純作為抗拔樁使用時在成本工期方面無較大優勢，本項目基礎持力層為二層粉質粘土層，承載力特征值為230kPa，本建筑為多層建筑，總層數為5層，地基承載力滿足要求，無需設計抗壓樁，當僅作為抗拔樁使用時，造價較高。抗浮錨桿在成本及施工便利性方面具有較好的優勢，地基承載力滿足要求，僅考慮抗拔設計，抗浮錨桿具有較好的抗浮效果。采用混凝土壓重方案，會加深開挖深度，加大工作量，深度增加后對抗浮更為不利，因此壓重設計的抗浮效果并不理想，總體成本及工期增加較多，因此壓重方案并不合適，綜上所述，抗浮錨桿最為合理。

4地下室抗浮設計

由上文分析可知采用抗浮錨桿進行抗浮設計最為合理，上文中已經對抗浮錨桿計算進行了詳細的講解，因此本部分主要針對地下室進行抗浮錨桿的設計，主要考慮抗浮錨桿的盈建科軟件計算設計方法及其布置方案。

4.1確定抗浮設計位置

本項目采用盈建科3.0.1進行地下室抗浮設計，首先進行整體抗浮設計，即在軟件中輸入相關水位軟件可自動算出整體抗浮滿足要求。當整體抗浮計算滿足要求時，應進行局部抗浮設計，由于規范所給抗浮設計為穩定設計，地庫底板為鋼筋混凝土材料，應對其進行局部強度驗算，驗算過程如下，采用盈建科軟件在上部結構中將活載全部刪除，只留恒載，混凝土材料容重選取為23kN/m3，運行計算后，選取標準組合計算值，對于地下一層的墻柱，可以選取軸向荷載進行查看：重新復制地庫計算模型，在盈建科軟件中保留地下部分，將計算所得的水浮力反向輸入為面荷載，均布于底板上，此時混凝土容重取0，運行計算，得到標準值下的墻柱軸力，將兩次計算的結果進行做差，當存在負值時，表示此柱抗浮不足，應對其進行抗浮設計。

4.2錨桿計算布置

對需要進行抗浮設計墻柱，由計算所得的荷載值除以錨桿承載力，可以得到每根柱子所遇的錨桿數量，將計算所需的數量盡量均勻的布置在基礎下面，滿足規范間距要求，將錨桿置于基礎以下，可以明確傳力路徑，取得較好的設計效果。

4.3抗浮錨桿構造措施

當基礎截面較小，滿足錨桿間距的條件下無法全部布置在基礎下時，可將錨桿布置于防水板下，本項目防水板厚度厚度只有500mm，為滿足鋼筋的錨固強度，因此考慮在錨桿上部設計將防水板加厚至700mm，加厚區應寬出錨桿200mm，滿足保護層要求，通過增加防水板厚度，錨桿抗拔承載力具有較好的保證，滿足承載力及耐久性的設計需要。錨桿大樣詳見圖2。

5總結

本文通過對某坡地建筑地下室進行抗浮設計，詳細描述了通過采用隨室外坡地標高變化確定抗浮水位，通過對比抗拔樁、抗浮錨桿、以及混凝土壓重措施的造價工期等因素，對比得到抗浮錨桿在造價及施工工期方面具有較大優勢，因此對本項目對地下室進行抗浮錨桿設計，通過計算設計方法，確定單根錨桿的承載力及所需的抗浮位置，進行布置錨桿及抗浮構造措施，最終取得了較好的設計效果，滿足結構設計的安全需要，節省造價，縮短工期。

參考文獻：

[1]陳夏輝.坡地建筑地下結構浮力計算及抗浮措施研究[D].廣州大學，2020.

[2]覃偉，杞小林，張蓮花.坡地建筑地下室上浮原因分析及處理措施[J].成都大學學報（自然科學版），2016，01（35）：103-106.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑工程抗浮技術標準：JGJ476-2019[S].北京：中國建筑工業出版社，2020.

作者：姜萬民 梁棟 單位：同圓設計集團股份有限公司安徽分公司 中建八局第二建設有限公司