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地下结构的抗浮设计
[摘 要]两千多年前,阿基米德发现了浮力定理,直到今天,人们对地下结构的抗浮问题仅仅存在模糊的认识.勘察工程师和结构工程师往往为确定一个建筑物的抗浮水位而争论不休.随着经济的发达,地下工程也越来越多,随着地上建筑的高度越来越高,基础埋深也就越大,地下室的深度也会随之加深.如何合理的设计地下室抗浮问题是摆在结构工程师面前的又一道难题.
1抗浮水位
抗浮设计最重要的两个关键参数就是①抗浮水位,②安全系数Kw.
关于抗浮水位,大到国家规范,小到全国各省市的地方标注的取值都不尽相同,南方和北方,东部沿海和西部地区都有自己相应的规定.如北京地区规定：对防水要求严格的建筑物,设防水位可按历年最高水位；对防水要求不严格的建筑物,其设防水位可参照3~5年内最高水位及勘察时实测的静止水位确定.广州地区规定：取建筑物设计使用期限内（包括施工期）可能产生的最高水位,若勘察报告未提供地下水最高水位,则可取建筑物室外标高.贵州地区规定：根据勘察期间地下水位,并通过收集场地的动态资料,给定年最高水位、历史最高水位及其动态变化规律确定.
2安全系数
安全系数,目前常用的Kw等于1.05.个人认为此参数不能取恒定值,对于静水水位本来就高的,此参数应取值1.2~1.3,若某工程设计有抗浮锚杆,安全系数取的1. 05,一旦因为施工原因或是地下水位比设计的要高,可能导致某颗锚杆失效,荷载会传递给周围的个体上,进而形成多米诺骨效应,导致连锁破坏,所以要保证足够的安全系数,在不能保证每个构件都能达到极限受拉承载力的前提下提高安全系数.反之,对于静止水位本来就远低于底板标高,或是产生底板浮力的可能性很小的时候,此参数还可比1. 05更低,毕竟建筑物中还有一定的有利活荷载设计没有考虑在内.
3 几个工程抗浮设计案例
本人在2013年设计的《中国贵阳·烈变国际广场项目》和《威宁·滨城花园项目》同时出现了底板开裂的情况.两个项目均是2013年设计,2014年地下结构已完工,两个项目有相似的情况：①地勘报告显示,场地地下水很深,可不考虑抗浮设计,②均为独立基础,持力层为岩石,底板直接落在岩石上,故底板设计时仅按0. 15 010构造配筋,③两个项目全埋地下室均为3层,背面靠山,前侧沿路.但在2015年夏天暴雨过后,底板,柱根不约而同的开裂了,就通知各参建单位到现场查看,请专家来查明原因.地勘报告上显示不考虑抗浮设计也是根据相关规定确定的,最终得出的结论是由于山上大量的水渗漏在底下,而建筑物又切断了原有的水流通道,地下水没有及时排走导致水压力把底板顶开裂.而解决的办法是在底板适当的位置增设集水井（不设底板,与地下联通）,让水从集水井里集中抽走.两个项目这样使用至今再也没有出现类似的问题.针对这些事情我们也进行了总结和分析,类似这样的工程,地勘不提抗浮水位或是地勘显示不考虑抗浮水位,按照几米的水浮力考虑比较安全.如果不将底板下的水释放掉,那么我们设计考虑2m或5m都无济于事,因为地下3层都足足有12m之多,设计不可能按12m考虑抗浮设计,这样带来的代价建设单位难以承受.在我们后来的设计中,类似的情况我们就采用在地下室周圈设置排水盲沟,阻止地上的水渗入地下室底板以下产生水压力,同时在底板下铺设300~ 500厚碎石垫层,用于滤水,并在适当的位置设置集水井,或在侧墙上设置泄水口,以防止底板开裂甚至整体上浮的出现.本人在2014年还设计了《花溪·万宜酒店综合体》项目,该工程临近河流,根据地勘提的抗浮水位为5. 97m,设计按6m抗浮水头考虑,该工程中庭设有采光井,中庭部分整体抗浮不足,局部采用抗浮锚杆,安全系数Kw取值为
1.2,同时在建筑周围设置3个深井,用于监测地下
水位高度变化,防止水位高于设防水位,当水位高于设计抗浮水位时,就通过这3个深井向外抽水,降低水位,平时加防抽水用于其他生活用水,大量的节约了生活用水的使用费用.本工程2016年正式投入使用,使用至今未出现抗浮问题.
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4结语
(1)水浮力和地震一样,属于概率论,各地区有各地区的地质情况,要根据具体情况分析,不可一味的盲目加大,造成经济浪费,且达不到预期效果.
(2)静止地下水位本来就高的,应适当放大安全系数,增加安全储备,防止形成多米诺骨效应而导致结构整体失稳破坏.
(3)合理选择抗浮设计方式,设置多道防线,抗排结合,合理运用,能达到事半功倍的效果.
地下结构论文范文结:
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