淺談幾種常用的地下室抗浮措施

淺談幾種常用的地下室抗浮措施摘要：本文對(duì)各種抗浮措施的原理、適用性、對(duì)工期的影響和工程造價(jià)進(jìn)行了總結(jié)。結(jié)合現(xiàn)有工程，就地下室設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)的幾種抗浮措施進(jìn)行分析對(duì)比，總結(jié)出各種抗浮措施的優(yōu)缺點(diǎn)供設(shè)計(jì)人員參考。關(guān)鍵詞：抗浮措施、配重法、盲溝排水法、抗拔樁法、抗浮錨桿0引言隨著城市現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，城市人口的不斷增加，交通商業(yè)等基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，可供使用的土地面積越來(lái)越緊張。地下空間因?yàn)槠淇砷_(kāi)發(fā)面積大，且不對(duì)地上其它建筑功能產(chǎn)生影響而越來(lái)越受到重視，在一二線城市中，兩層地下室的高層建筑已非常常見(jiàn)，3~5層地下室的大型公共建筑也越來(lái)越多。地下水對(duì)建筑物的影響已不可忽視，在有些區(qū)域甚至起到了控制作用，在各種多層地下商場(chǎng)和車(chē)庫(kù)的建設(shè)過(guò)程中，為了抵抗地下水的水浮力，人們根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取了不同的抗浮措施。常見(jiàn)的基礎(chǔ)抗浮措施主要有配重法、盲溝排水法、抗拔樁法和抗浮錨桿四種。本文選用深圳一項(xiàng)目作為案例，對(duì)四種抗浮措施進(jìn)行了分析和比較，得出結(jié)論和建議，以供設(shè)計(jì)人員參考。1工程案例背景本項(xiàng)目分為一大一小兩個(gè)地塊，場(chǎng)地周邊較為平坦，其中大地塊有兩層地下室加一層半地下室，半地下室頂板上有1.5m覆土，經(jīng)典柱跨為8mx8m，抗浮水位約為9.5m，底板下強(qiáng)風(fēng)化花崗巖土層埋深約10~30m；小地塊有兩層全埋地下室，頂板上覆土同樣為1.5m，經(jīng)典柱跨為8mx8m，抗浮水位約為8.4m，底板下局部區(qū)域直接揭露強(qiáng)風(fēng)化花崗巖土層，其他區(qū)域部分揭露了粉質(zhì)黏土層和全風(fēng)化花崗巖土層，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖土層埋深最深達(dá)到30m。2常見(jiàn)的抗浮措施2.1配重法配重法的基本原理就是通過(guò)增加建筑物自身的重量來(lái)抵抗水浮力。為了不給上部結(jié)構(gòu)額外增加負(fù)擔(dān)，通常選擇在底板上增加重量來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體的實(shí)施方法有:1）增加底板厚度；2）降低底板標(biāo)高，并在底板上填土或澆筑毛石混凝土，再做建筑面層；3）在底板下下掛配構(gòu)造鋼筋與底板相連的毛石混凝土。這種方法的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單靈活，直觀有效，缺點(diǎn)是不管采用以上哪一種實(shí)施辦法，都會(huì)同時(shí)增加水浮力，相當(dāng)于新增的混凝土或填土只能考慮浮容重來(lái)抗浮，會(huì)造成較大的材料浪費(fèi)。當(dāng)?shù)鼗休d力較差時(shí)，還需要考慮此部分附加重量帶來(lái)的額外基礎(chǔ)沉降?；谝陨显?，配重法一般較少采用，多數(shù)時(shí)間用于水浮力較小或局部抗浮不足的情況。2.2盲溝排水法盲溝排水法的基本原理就是通過(guò)在地下室底板及地下室外墻周邊設(shè)置相互貫通的排水盲溝來(lái)把水引走，從而實(shí)現(xiàn)減小水浮力，使主體結(jié)構(gòu)滿足抗浮的目的。用于地下室抗浮的盲溝分為永久自流式和永久抽排式兩種，其中永久自流式盲溝適用于建筑場(chǎng)地位于單向斜坡地段，地下室兩側(cè)埋深存在一定差異，潛水水頭線同地表坡線大致平行的情況，這種盲溝的設(shè)計(jì)要考慮到周邊場(chǎng)地的長(zhǎng)期規(guī)劃，保證出水口通暢；永久抽排式盲溝適用于周?chē)貏?shì)同擬建場(chǎng)地標(biāo)高大致相當(dāng)?shù)那闆r，需設(shè)置自控的抽水裝置和預(yù)備的應(yīng)急裝置。這種方法的優(yōu)勢(shì)是化被動(dòng)為主動(dòng)，長(zhǎng)期將地下水位控制在一個(gè)比較低的標(biāo)高；缺點(diǎn)是永久自流式盲溝的使用比較受限于建筑物周邊場(chǎng)地的地貌，而永久抽排式盲溝的自控抽水裝置將給后期的運(yùn)維成本帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并且當(dāng)遇到極端情況，自控抽水裝置無(wú)法及時(shí)抽水時(shí)，地下室的抗浮安全將無(wú)法保證。2.3抗拔樁法抗拔樁法主要是利用樁與土之間的摩擦力來(lái)抵抗水浮力。受力路徑由底板傳到樁頂，再傳到樁底，樁身內(nèi)力從樁頂?shù)綐兜字饾u減小，漸漸轉(zhuǎn)為周邊土的摩阻力?？拱螛斗ò礃稄酱笮∮挚煞譃閮煞N，一種是大直徑灌注樁抗拔，布樁方式一般為柱下布樁，單柱單樁，并將承臺(tái)適當(dāng)加大，作為底板抗浮柱帽；另一種為小直徑樁抗拔，一般采用管樁抗拔，布樁方式比較多樣化，當(dāng)水浮力較小時(shí)可能采用柱下布樁，水浮力較大時(shí)可能采用柱下布樁加底板跨中布樁，其中柱下樁兼做抗壓樁，樁數(shù)由上部荷載和單樁受壓承載力特征值確定，跨中樁數(shù)根據(jù)抗浮需要確定?？拱螛斗ㄒ话阌糜诘装逑碌鼗脸休d力比較差，無(wú)法作為主體基礎(chǔ)持力層的情況，這種情況下建筑物從上部豎向荷載考慮本身就需要采用樁基礎(chǔ)，把受壓樁同時(shí)用來(lái)抵抗水浮力對(duì)工程造價(jià)并不會(huì)帶來(lái)多少增加。在同等地質(zhì)條件下，采用管樁抗拔又比采用大直徑灌注樁更為經(jīng)濟(jì)合理，有以下三點(diǎn)原因：1）管樁作為擠土樁，樁身與土的摩阻力會(huì)比非擠土樁的灌注樁好一些，且由于灌注樁經(jīng)常為濕作業(yè)，采用泥漿護(hù)壁，樁身與土的摩阻力經(jīng)常還要打個(gè)大大的折扣；2）樁身混凝土體積與樁徑的平方成正比，而樁側(cè)摩阻力僅與樁徑成正比，所以樁徑越大，同等體積的混凝土所能提供的抗浮力越小，越不經(jīng)濟(jì)；3）管樁布樁時(shí)可結(jié)合上部荷載和水浮力大小靈活布樁，當(dāng)水浮力較大時(shí)可將管樁布樁防水板跨中，減小底板跨度，有效減小水浮力的傳力路徑，減小底板板厚配筋，減少工程造價(jià)?？拱螛兜娜秉c(diǎn)是泥漿護(hù)壁的大直徑灌注樁經(jīng)常由于泥皮太厚導(dǎo)致抗拔力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以一般建議只考慮嵌巖段的摩阻力抗拔，或者考慮樁端樁側(cè)后注漿沖刷泥皮，保證抗拔承載力；采用管樁抗拔時(shí)，遇到地下有砂層較厚或較密實(shí)的情況，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)管樁無(wú)法打穿砂層，無(wú)法達(dá)到抗拔需要的有效樁長(zhǎng)的情況，另外就是當(dāng)巖層較淺的時(shí)候，如花崗巖巖層，管樁一般只能打入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖土層1m左右，無(wú)法達(dá)到抗拔需要的有效樁長(zhǎng)，這種情況下也不能采用管樁抗拔。2.4抗浮錨桿法抗浮錨桿類似于抗拔管樁，通過(guò)在底板跨中布置抗浮錨桿，可直接將底板水浮力傳給錨桿，然后通過(guò)錨桿傳給底板下的錨固土體或巖層。錨桿的桿長(zhǎng)可分為兩段，一段為自由段，一段為錨固段，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，巖石錨桿的錨固長(zhǎng)度宜采用3~8m，土層錨桿的錨固長(zhǎng)度宜采用6~12m，且錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)，錨固強(qiáng)度的折減系數(shù)越小。工程中常用的錨桿筋體為HRB400三級(jí)鋼筋，近幾年逐漸被精軋螺紋鋼P(yáng)SB830，PSB1080所替代，因?yàn)榫埪菁y鋼鋼筋自帶天然的螺紋，在錨桿接長(zhǎng)的時(shí)候無(wú)需焊接，只需要通過(guò)套筒連接即可，且1根精軋螺紋鋼筋的承載力相當(dāng)于3根同等直徑的HRB400三級(jí)鋼筋，可有效的減少錨桿桿體中鋼筋所占截面積，確保錨桿桿體的注漿通暢，相應(yīng)的也可以減小錨桿桿體直徑，減少注漿量?？垢″^桿法一般用于底板下巖層較淺的情況，優(yōu)點(diǎn)是施工設(shè)備簡(jiǎn)易，占地面積小，可多臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工，缺點(diǎn)是一般在底板墊層打完后才開(kāi)始施工抗浮錨桿，施工時(shí)產(chǎn)生的泥漿和水泥漿對(duì)場(chǎng)地影響較大。3本項(xiàng)目采用的抗浮措施由于本項(xiàng)目的抗浮水位較高，所以不考慮采用配重法來(lái)滿足抗浮需求，又由于本項(xiàng)目周邊地勢(shì)較平坦，且從后期運(yùn)維成本考慮，本項(xiàng)目也排除了采用盲溝排水的抗浮方案。對(duì)于大地塊地下室由于基底土層種類多種，且強(qiáng)風(fēng)化花崗巖埋深在10~30米左右，較適合采用管樁抗浮，故選擇在柱下采用管樁抗壓兼抗拔，并在跨中布置純抗拔管樁，其中柱下管樁要求打到強(qiáng)風(fēng)化花崗巖持力層，并滿足貫入度要求，跨中管樁按單節(jié)抗拔樁考慮，無(wú)需滿足貫入度要求，有效樁長(zhǎng)控制在12~13m。按此方案布樁，底板厚度取500mm厚，滿足管樁樁芯插筋的直錨段錨固長(zhǎng)度要求，底板配筋基本為構(gòu)造配筋。對(duì)于小地塊地下室，基底土同樣存在多種情況，因?yàn)椴糠值装逑乱阎苯咏衣稄?qiáng)風(fēng)化花崗巖土層，所以顯然不適合采用管樁抗浮?？梢钥紤]采用獨(dú)基加錨桿抗浮，不過(guò)要采取措施消除不同地基土上的基礎(chǔ)沉降差異。最終對(duì)采用旋挖樁和采用錨桿抗浮的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，發(fā)現(xiàn)二者在造價(jià)方面基本持平，又考慮到地下室內(nèi)的塔樓的基礎(chǔ)型式為旋挖樁，出于減少不均勻沉降考慮選用大直徑旋挖樁作為抗浮措施，并在計(jì)算樁身抗拔承載力的時(shí)候忽略了上部土層的摩阻，只考慮了嵌巖段的摩阻力。4結(jié)語(yǔ)本文總結(jié)了目前地下室常用的幾種抗浮方式，并對(duì)各種方法的優(yōu)劣之處、適用性和造價(jià)進(jìn)行了分析比較，在此基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)建議，最后又結(jié)合工程案例對(duì)基礎(chǔ)抗浮方案的選擇進(jìn)