浅析地下室抗浮设计

浅析地下室抗浮设计

王晓林

四川华夏启航建筑工程设计有限公司,四川 成都 610000

摘要：近些年来，有不少地下室因抗浮问题而造成工程事故，现在用一个工程实例举例讲解下地下室抗浮设计。

关键词：抗浮水位；整体抗浮；局部抗浮；抗浮锚杆

一、项目概况

本工程位于成都市。本工程为全埋式地下室，地下室层数为二层，本项目结构形式为框架结构,属于抗震一般地段。本工程人防区域及非人防区域均为梁板结构。该场地属稳定建筑场地，适宜建筑。本工程结构嵌固部位位于基顶。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.45s。结构设计使用年限为50年，多遇地震水平地震影响系数为0.08。

二、抗浮设计水位

地勘资料：

本工程回填土孔隙大，渗透性强，且厚度较大，分布较广，周边水域补给源较多，对上层滞水采用疏排等措施很难满足抗浮要求，故建议应采取专项的抗浮措施，根据“《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》第十六条抗浮设防水位宜满足一级阶段不能低于室外地坪标高以下1.0m要求”，本工程抗浮设计水位可按室外地坪标高以下1.0m考虑，可采取设置抗浮锚杆或抗浮桩等抗浮措施，同时应对抗水底板增加配筋量。地下室防水设防高度应高出室外地坪0.5m以上。抗浮结构施工前，宜选择具有代表性的地段进行现场抗浮结构的抗拔试验，以确定抗拔承载力的相关参数，为抗浮结构的设计和施工提供依据。

三、整体抗浮

根据建筑工程抗浮技术标准3.0.1条3.0.3条规定：

1、建筑工程抗浮稳定性应符合下式规定：

G/Nw,k≥Kw (3.0.3)

式中：G——建筑结构自重、附加物自重、抗浮结构及构件抗力设计值总(kN)；
Nw,k——浮力设计值(kN)；
Kw——抗浮稳定安全系数（本工程抗浮工程设计等级为乙级，使用期抗     浮稳定安全系数为1.05）。

2、若整体不满足抗浮设计要求时，通常有以下种处理方式：压重法；排水限压法、隔水控压法与泄水降压法；锚杆法；锚桩法。整体抗浮稳定性不满足设计要求而相差不多时可采取增加压重的方法，可采取地下室底板压重和顶板压重两种方式。压重材料可根据需要选用普通回填土、毛石混凝土、素混凝土、铁屑混凝土等，

1）对于非岩石地基如粉质粘土、粉土、中粗砂等易开挖的地基，可选地下室底板压重方案。其优点是地下室底板局部抗浮受力减小从而节省结构底板造价，地下室顶板梁不受影响；缺点是开挖及回填量增大、竖向构件长度增大。

2）对于岩石地基等开挖难度较大的地基，优选地下室顶板压重的方案，其优点是减少开挖及回填量、竖向构件长度不受影响；缺点是底板顶板均比底板压重方案增加受力及结构造价。

四、局部抗浮

局部抗浮设计必须在整体抗浮稳定性满足设计要求的前提下进行；当地下室整体抗浮满足要求或采取抗浮措施后整体抗浮满足要求时，局部抗浮设计应包含以下内容：

1，抗浮板不承担上部结构荷载时应独立设计，承担上部结构荷载时宜与基础联合设计。

2，独立设计时应按支承在基础上的双向板或无梁楼盖进行计算，联合设计时应按承受浮力和基础分配荷载进行包络计算。

3，抗浮板与抗浮锚固件联合使用时，应将锚固构件的抗力作为作用在抗浮板上的荷载与抗浮板承受的其他荷载组合进行冲切，抗剪和抗弯验算。

4，抗浮底板厚度和配筋应满足变形、裂缝、最小配筋率和防渗等要求，且厚度不应小于350mm(成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程规定采用抗浮锚杆抗浮时抗浮板厚度不应小于400mm)

五、注意事项

整体抗浮计算时，地下室坡道位置，地上建筑局部板面大开洞位置，整体抗浮时要单独核算，由于其压重减小应相应增加锚杆件的抗力以使整体抗浮稳定满足要求。

纯地下室部分实例计算：

标准柱网跨度7.8mX7.8m,柱截面600mmX600，顶板主梁截面450mmX1000mm，次梁采用井字梁布置截面300mmX800mm，负一层次梁采用单向板布置，次梁截面250mmX700mm，与次梁平行方面主梁截面300mmX800mm，与次梁垂直方面主梁截面400mmX800mm。

地下室抗浮计算书

1. 抗水板上的水压力计算:

抗水板板底标高=-10.550(抗水板h=400)

抗浮设计水位标高室外地坪下1.0米

即水压力=10x(10.550-1.1)=94.50KN/m2

2. 抗水板自重：

400厚抗水板  25x0.40=10KN/m2

50厚面层  20x0.05=1.0KN/m2

合计：10+1=11 KN/m2

3. 负一层楼板及梁柱自重:

楼板厚度200厚混凝土  25x0.20=5.0KN/m2

柱折算板厚   600x600x(3900-50-200)/(7800x7800)=21

梁折算板厚

[400x800x(7800-600)+300x800x(7800-600)+2x250x700x(7800-400)]/(7800x7800)

＝109

梁柱折算板厚合计  21+109=130

梁柱折算230板厚  25x0.13=3.25KN/m2

合计：5+3.25=8.25 KN/m2

4. 地下室顶板楼板及梁柱自重:

楼板180厚混凝土  25x0.18=4.5KN/m2

柱折算板厚   600x600x(4150-50-180)/(7800x7800)=23

梁折算板厚

[2x450x1000x(7800-600)+4x300x800x(7800-450)]/(7800x7800)＝222

梁柱折算板厚合计  23+222=245

梁柱折算245板厚  25x0.245=6.125KN/m2

合计：4.5+6.125=10.625 KN/m2

5. 地下室顶板覆土自重：

顶板覆土 18x2.0=36.0KN/m2

整体抗浮稳定性计算：(根据建筑工程抗浮技术标准3.0.3条6.3.7条)

G=11+8.25+10.625+0.9x36=62.275KN/m2 < Kw*Nw,k=1.05X94.5=99.225KN/m2整体抗浮不满足要求！

需锚杆提供抗拔力标准值为99.225-62.275=36.95KN/m2

局部抗浮计算：将锚杆提供的抗力作为作用在抗浮板上的荷载与抗浮板承受的其他荷载组合进行冲切，抗剪和抗弯验算，计算出抗浮板的配筋。

结束语：抗浮工程应综合考虑建筑荷载特征与功能要求、根据场地工程地质和水文地质条件，综合地下结构底板形式及组合形式，场地环境条件等因素，结合地方经验，因地制宜地确定抗浮方案，做到安全适用、技术先进、经理合理、保护环境。

参考文献:

1. 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析
2. 朱炳寅.建筑结构设计问答及分析
3. 建筑抗震设计规范GB50011-2010
4. 建筑地基基础设计规范GB50007-2011
5. 建筑工程抗浮技术标准 JGJ476-2019
6. 岩土锚杆（索）技术规程  CECS22-2005
7. 混凝土结构设计规范 GB 50010-2010(2015年版)