高层建筑基础构造防水底板设计问题分析

宋晓华

摘要：带防水板基础常常出现，但无相关的设计规范规定，设计者怎么设计无从参考，本文在收集资料的基础上就带防水板基础设计的提出了相关建议，对于今后高层建筑基础构造防水底板设计具有一定帮助。

关键词：构造防水板；基础埋置深度；抗浮设计；板底反力

Abstract: with waterproof board foundation often appear, but no relevant provisions of the design rules, the designer how don't reference design, this article, based on the collection of data take waterproof board of foundation design relevant proposals are put forward for future high-rise building infrastructure waterproof floor design has some help.

Keywords: construction waterproof board; Buried depth based buy; Anti-uplift design; Bottom reverse force

中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：

1 引言

高层建筑基础根据地质条件及上部结构形式可选择箱形基础、筏板基础、桩筏基础、桩承台基础+构造防水底板或独立基础+构造防水底板。带防水板基础，由于其传力简单、明确及费用较低，因此在工程中应用相当普遍。但相关的设计规范规定较少，设计中往往对构造防水底板缺乏整体应力分析，而是对实际结构在计算模型上进行一定程度的简化计算，其中存在较多的经验系数[1,2]。本文结合国标和地方标准对带构造防水底板的计算要求及基础设计中的几个问题做如下探讨。

2 地基承载力深度修正时基础埋置深度的取值

《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)(以下简称《地基规范》)5．2．4条叙述如下：对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。条文说明指出，当裙房与主楼连为一体的结构，对于主楼结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。《北京市建筑设计技术细则(结构专业)》(以下简称《技术细则》)规定：地基承载力进行深度修正时，对于有地下室的满堂基础(包括箱基、筏基以及有整体防水板的单独柱基)，其埋置深度一律从室外地面算起。当高层建筑附有裙房且为整体基础时(不论是否有沉降缝分开)，可将裙房基础底面以上的总荷载折合成土重，再以此土重换算成土厚，并以此深度进行深度修正。当高层建筑四边的裙房形式不同，或仅一、二边为裙房，其他两边为天然地面时，可按加权平均方法进行深度修正(即主楼的地基承载力=各边各自深度修正后的地基承载力×边长／总边长)，即地基承载力的深度修正可按基础底面以上范围内的荷载折算成土层厚度，作为基础埋置深度。

（1）

式(1)中F为基础底面以上所有竖向荷载标准值，kN／m2；rm土的重度，kN／m3。

以上规范和相关規定中(通俗点讲)基础深度修正的实质就是考虑基底以上荷载对基底以下土体的剪切破坏的约束作用的修正。笔者认为设计中不考虑构造防水板(以下简称防水板)的承载力而仅按式(1)来修正地基承载力不妥。基底以下土体就可能由于构造防水板承载力不足而导致基底以下土体的剪切破坏，因为在独立基础+构造防水底板的基础形式中对基底下土体起约束作用的只有防水板及防水板至基底范围的土体。设计中可按下式来考虑防水板的影响：

（2）

式(2)中P为计算构造防水底板时板底净反力；G1为构造防水板自重，G2为防水板至基底范围的土的重度，地下水位以下取浮重度。

综上所述，建议对独立基础+构造防水板的基础形式中基础埋置深度可以取：

（3）

3 抗浮设计

在高层建筑中由于地下工程造价占总建筑造价的比例较大(通常达到总造价的20％～30％)，因此在地下水资源较为丰富的地区进行基础设计时，抗浮设计水位的选取成为关键问题之一。抗浮设计水位的选取是否合理不仅关系到结构安全，而且对整体造价的影响也是十分现实的问题，因此更应该得到广大设计人员的重视。根据地下水对结构的影响的可分为上层滞水和承压地下水。上层滞水的表现形式主要有大气降水和生活用水补给等，而承压地下水一般与地下水位有关。

如基底持力层为不透水层或弱透水层，则在工程设计中应考虑上层滞水的影响，抗浮设计水位应取室外地面标高。因为在这种情况下，如上层滞水渗入基坑，使基础底板及地下室外侧有水而无法自行渗透排泄而形成集聚水。集聚水与地质勘察无关，只于建筑所处的工程地质和地表环境有关。如对基坑采用原坑回填等措施，则在设计中可以不考虑集聚水影响。

如基底持力层处于强透水层中，则在工程设计中可不考虑上层滞水的影响，而只考虑承压水的影响。抗浮设计水位可取100年一遇历史最高洪水位即可。．

4构造防水板的板底反力的确定

构造防水板的板底反力一般由地下水浮力和板底土反力组成。

板底土反力根据地基及基础的具体情况确定，一般当基础为嵌岩桩基时，可不考虑板底土对底板的反力作用；但基础为天然独立地基、摩擦型桩或以摩擦力为主的端承摩擦桩，且板底土质较好时，可取上部结构竖向荷载的5％～15％作为板底土对底板的反力[2]。当基础沉降较大、底板下土质较好时，取较大值，反之取较小值。若在防水板下铺设一定厚度的的易压缩材料(如聚苯板、虚铺砂石)，而且确能起作用时，防水板可减少或不考虑板底土反力的影响；铺设厚度可根据预估沉降量来确定(此时应考虑采用软垫层后对地基承载力的深度修正影响)。地下室水浮力根据抗浮设计水位确定。

当板底水浮力与土对底板的反力同时存在时，应将两者叠加后进行底板受力组合分析。此时组合可按下式确定：板底反力=(上部结构的竖向荷载一水浮力)×(5％～15％)+水浮力。

5 构造防水板构件计算分析

5.1 独立基础+构造防水板

基底下土反力、底板下土反力及水浮力共同承担上部结构荷重。上部荷重首先由地下水平衡掉一部分，剩下的部分由基底下土及底板下土共同承担。基底下土及底板下土的承担比例与基础的沉降大小、底板线刚度及底板下做法的不同而不同。在建筑物使用过程中由于地下水位变化，作用在防水板底面的水浮力也在不断改变。正是由于水浮力及底板下土反力的不确定性，在计算中就不宜考虑防水板的地基承载能力及水浮力，上部荷重全部由基底下土承担(一般可认为底板及底板上荷重均由底板下土承担)。

5.2 桩基础+构造防水板(基桩为抗拔桩)

在正向荷载作用下：基桩承担上部荷载，基桩提供竖向承载力。

在反向荷载作用(地下水)下：随着地下水位的升高，反力的增大，基桩的反力慢慢变小，待地下水反力与N平衡时，基桩反力为0；随着地下水的继续升高，结构开始出现向上的运动趋势，此时基桩开始提供抗向下反力(抗拔力)；随着水位升高抗拔力由小变大。在此过程中，地下水、上部结构荷重、桩反力三者始终是平衡的。

5.3 地下室结构构件

对地下室结构构件可以按塑性计算方法计算，且应验算裂缝宽度。调幅数值应适当减小，如控制在O．9左右，在构件的承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算中，均采用构件支座边缘(此处的边缘与考虑刚域不同)的内力值计算。

6 结语

本文结合工程经验，对基础埋置深度的取值、抗浮设计水位的确定、底板反力的确定及底板的计算等问题进行了探讨，提出了自己的见解，以供设计参考。

参考文献：

[1] 范林志. 建筑地下室防水技术研究[J]. 城市建设, 2010,(27).

[2] 龚文晔. 地下建筑工程固凝(GT)材料的防水设计[J].新型建筑材料, 2010,37(4).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。