某地下车库独基加防水板的抗浮计算

赵淑英

(山西春晖工程勘察设计检测研究院有限公司，山西 太原 030013)

最近几年来，随着人们生活水平的提高，地下车库越来越多，尤其在地下水位比较高的地方，不仅考虑防水设计还得考虑抗浮设计。以前常采用的是筏板基础和箱形基础，独基加防水板基础是近几年来使用比较频繁的新型基础形式，它比我们常用的梁板式筏形基础传力明确简单，投资节省，施工方便，正因为这些优点在工程中应用相当普遍。

1)主要受力分析。

a.借鉴相关理论研究明确独立基础和防水板应单独分析，即防水板仅用来抗水浮力(不考虑地基反力)，独立基础承担上部结构所有荷载并考虑水浮力影响。

b.防水板上的荷载:防水板自重及其上覆土荷载和建筑做法荷载(G)，地下水浮力(F)。当水浮力F≤G 时，独立基础按正常不考虑水浮力设计计算;当水浮力F ＞G 时，防水板受到水浮力的作用，独立基础周边为防水板的支承，防水板将净水浮力传给独立基础，使得独立基础的底部弯矩和剪力都加大，并且随水浮力加大而增加(这里的F 和G 均为荷载设计值，不是荷载标准值)。

2)计算简化原则:独立基础和防水板分开单独计算。

a.防水板的计算:防水板简化为四边支承在独立基础上的复杂双向板，可按无梁楼盖双向板计算，也可按有关复杂楼板的计算程序计算。防水板荷载计算时应注意的是采用荷载设计值，而不是荷载标准值，应根据建筑结构荷载规范合理取用荷载的分项系数;还有水浮力应按勘察报告提供的抗浮设计水位确定。

b.独立基础的计算:当水浮力F≤G 时，独立基础按常规设计计算，不考虑水浮力的影响。当水浮力F ＞G 时，防水板受到水浮力作用，独立基础周边作为防水板的支座会产生附加弯矩和剪力，附加剪力又对独立基础的地基反力起到一定的分担，使得地基反力变小。这样独立基础在地基反力和由防水板引起的附加弯矩，剪力共同作用下受力，根据矢量叠加原理:M=M1+M2。其中，M1为独立基础基底反力引起的弯矩，但应注意的是此处的基底反力应扣除防水板附加剪力引起的反力;M2为防水板对独立基础周边引起的附加内力产生的弯矩。

3)受力构造要求。

a.为了实现防水板不受地基反力或受少量地基反力，仅是用来抵抗水浮力，这就需要防水板下设置软垫层。软垫层本身应具有一定的承载能力和变形能力。现在经常用的是焦渣垫层和聚苯板，焦渣垫层因市场价格问题影响在工程中用的越来越少，聚苯板由于其价格低施工方便又快在工程中得到了广泛应用。软垫层的厚度与独立基础边缘的最大沉降量有关，垫层厚度应大于最大沉降量，当采用聚苯板时厚度不得小于20 mm。所以说软垫层的设置是实现独基加防水板受力的关键问题。

b.防水板的厚度不得小于250 mm，当地下水浮力比较大时，应根据计算合理确定;混凝土采用抗渗混凝土，强度不得低于C30。

4)工程实例具体分析(计算借鉴相关理论研究)。

某地下车库，地下1 层，框架结构，柱网8.4 m×8.1 m，柱截面0.7 m×0.7 m，抗浮设计水位785.500，基础底标高绝对高程为779.850，独基尺寸为4.3 m×4.3 m，N=4 200 kN(设计值)，混凝土强度C30，fy=360 N/mm2。车库顶板覆土1.7 m，顶板h1=200 mm，基础底到建筑地面h2=1 450 mm，防水板厚h3=400 mm，防水板上覆土1.05 m。

a.整体抗浮计算(车库附图见图1)。

抗浮设计水位785.500，基础底标高781.3 -1.45=779.850，水头差h=785.500 -779.850=5.65 m，根据地基基础设计规范5.4.3 条进行抗浮稳定性验算:Gk/Nw，k≥Kw=1.05。

车库顶板覆土取平均值1.5 m，车库顶板厚h1=0.2 m，基础底到建筑地面h2=1.45 m。则建筑物自重及压重Gk计算如下:

浮力作用值Nwk=5.65×10=56.5。

根据公式计算如下:

Gk/Nw，k=61.0/56.5=1.08 ＞1.05，满足要求。

b.防水板计算:按无梁楼盖简化设计。

x 方向板的总弯矩:Mx=qly(lx-2bcex/3)2=50.1×8.1×(8.4 -2×4.2/3)2=1 590.78。

y 方向板的总弯矩:My=qlx(ly-2bcey/3)2=50.1×8.4×(8.1 -2×4.05/3)2=1 533.96。

x 向柱上板带:跨中弯矩0.22× 1 590.78=349.98，As=3 087 mm2;支座弯矩0.50×1 590.78=795.39，As=7 014 mm2。

x 向跨中板带:跨中弯矩0.18×1 590.78=286.34，As=2 525 mm2;支座弯矩0.17×1 590.78=270.43，As=2 385 mm2。

y 向柱上板带:跨中弯矩0.22× 1 533.96=337.47，As=2 976 mm2;支座弯矩0.50×1 533.96=766.98，As=6 763 mm2。

y 向跨中板带:跨中弯矩0.18× 1 533.96=276.10，As=2 435 mm2;支座弯矩0.17×1 533.96=260.77，As=2 230 mm2。

图1 某地下车库剖面图

c.独基配筋计算。

防水板传给独基的等效荷载计算:

线荷载:qe=50.1×(8.4×8.1 -4.3×4.3)/2×(4.3 +4.3)=144.33 kN/m。

线弯 矩:me=kqwjlxly=0.023× 50.1× 8.4× 8.1=78.40 kN·m/m。

上部结构传给基础的平均净反力:pj=4 200/4.3×4.3=227.15 kN/m2。

考虑水浮力时的独基净反力:pj1=227.15 -4× 4.3×144.33/4.3×4.3=92.89。

独基弯矩计算:考虑水浮力时弯矩分为两部分:一是由pj1引起的弯矩M1;二是由附加弯矩和附加剪力引起的弯矩M2，即M=M1+M2。

不考虑水浮力时独基弯矩:M=1/6×(2.15 -0.35)2×［(2×4.3 +0.7)×227.15］=1 140.75 kN·m。

两种情况下弯矩比值:1 920.73/1 140.75=1.68。

通过本工程以上计算可以发现，不考虑防水板对独立基础的影响是不对的。尤其对于地下水位比较高的地下车库的抗浮计算，独立基础的弯矩会增大很多，不考虑防水板对独立基础的影响是不安全的，这值得引起设计人员的注意。

［1］朱炳寅.独基加防水板基础的设计［J］.建筑结构技术通讯，2007(18) :7.

［2］GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范［S］.