某商住建筑地下结构抗浮设计研究

吕 春 明

(华蓝设计(集团)有限公司,广西 南宁 530011)

1 概述

南宁永和路某商住建筑(以下简称本工程)，距离江边200多米，抗浮水头12.30 m，地下水丰富。该建筑地下3层，层高从上到下分别为4.6 m,3.4 m,4.3 m；地上有2栋30层高层，带局部商铺；地上商铺部分有0.5 m～1.0 m的覆土。根据初步计算，地上商铺及纯地下室仅靠自重无法满足抗浮要求，必须采取有效的抗浮措施。

2 地下室抗浮设计主要规范与方法

对于抗浮稳定计算，采用的主要规范或标准有JGJ 476—2019建筑工程抗浮技术标准以及GB 50007—2011建筑地基基础设计规范。抗拔桩或锚杆计算主要参考JGJ 94—2008建筑桩基技术规范，GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范等规范。

设计时需要注意以下内容：

1)恒载取值需切合实际，不可盲目放大。一般在主体结构计算时，恒荷载有时或许会适当放大。但对于抗浮来说，恒荷载是有利的荷载，计算时需要输入准确的荷载。

2)地下水一般可按恒荷载输入。因为对于地下室来说，水位变化大多比较缓慢，计算可按恒荷载考虑。

3)水浮力需要考虑高水位和低水位。高水位用于抗浮计算，低水位用于不考虑浮力作用时地基承载力计算。

4)设计中应注明地下室停止降水的条件，如完成地下室外墙填土、完成顶板覆土、主楼施工至哪一层等，地下室停止降水的条件应该与计算相符。

3 本工程地下室抗浮设计

3.1 地质情况介绍

本工程典型的工程地质剖面图如图1所示。

3.2 抗浮方案分析

一般来说，地下室抗浮有减少浮力和抵抗浮力两种方法。

减少浮力方法是采用排水、泄水、隔水等措施减少浮力。一般用于水量不大，具有操作条件的场合，且该方法需要长期观察和维护。此方法对于水量充沛、临江临海等场地并不适合。

抵抗浮力方法有自重抗浮、结构抗浮、抗拔桩(锚杆)等方法。建筑结构应根据不同的地基情况、抗浮水位采用不同抗浮的方法。

本工程距离江边200多米，地下室底板底土层圆砾层透水性强，地下水丰富，因此不适用减少浮力的方法。本文侧重点在于抵抗浮力的方法。

本工程基底土层有圆砾、强风化泥岩、中风化泥岩。可选用的抗拔方案有抗拔桩、抗拔锚杆等。

由于本工程高层主楼采用长螺旋钻孔灌注桩，桩径800 mm。为方便施工，地下室抗浮方案上同样选用了抗拔桩方案，桩型与主楼一致。

3.3 抗拔桩承载力计算

抗拔承载力计算可根据JGJ 94—2008建筑桩基技术规范公式5.4.6-1计算。对于桩长可根据地勘以及施工经验确定桩长。本工程底板下土层为圆砾层，厚12 m～20 m不等，现桩长按12 m计算。

单桩抗拔极限承载力标准值：

Tuk=∑λiqsikuili=0.6×

140×12×3.14×0.8=2 532 kN。

Tuk/2=1 266 kN。

抗拔桩承载力特征值：

Rta=Tuk/2+Gp=1 266+3.14×

0.4×0.4×12×25=1 416.72 kN。

故抗拔桩承载力特征值取1 400 kN。

我们在结果中对比桩反力的时候，需要考虑抗浮稳定安全系数Ks，也就是：

Ks≤Rta/Nk。

其中，Ks为抗浮稳定安全系数，一般取1.05；Nk为按荷载效应标准组合计算的单桩拔力。

3.4 抗拔桩配筋计算

抗拔桩桩身配筋可根据JGJ 94—2008建筑桩基技术规范公式5.8.7进行：

桩身配筋As：

As=N/fy=1 400×1.05×1.4×1 000/360=5 716 mm2。

配16φ22(As=6 082 mm2)。

计算式中，1.05为抗浮稳定安全系数，1.4为恒活分项系数综合值。

这里有一个设计者常常疏忽的地方，验收试验桩的抗拔力往往比较大，要单独计算验收试验桩的钢筋。

As(验收试验桩)=1 400×2×1 000/400=7 000 mm2。

配16φ25(As=7 854 mm2)。

3.5 抗拔桩裂缝控制

本工程桩为允许出现裂缝的三级裂缝控制等级基桩，按荷载效应准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度应符合下式：

ωmax≤ωlim。

其中，ωmax为计算最大裂缝宽度，按GB 50010混凝土结构设计规范中7.1.2条计算；ωlim为最大裂缝宽度限值，按GB 50010混凝土结构设计规范要求取值，本工程取0.2 mm。

3.6 本工程桩参数

综合前面所述，本工程采用的桩基础参数如表1所示。

表1 桩基础参数

3.7 抗拔桩布置

本工程抗浮主要针对的是纯地下室部分、商铺部分。

抗拔桩的布置一般有两种：一是布置在框架柱附近，也就是独立基础或柱下承台范围；二是布置在独立基础与独立基础之间。对于桩加承台基础的工程，承压桩可兼做抗拔桩，抗拔桩一般就布置在承台范围内。而对于本工程，纯地下室和商铺部分采用的是柱下独立基础。在浮力的作用下，框架柱由于有上部荷载作用，柱附近的净浮力较小，板跨中间的净浮力较大，因此抗拔桩应尽量布置在独立基础与独立基础之间。

本工程的抗拔桩布置见图2，可见，抗拔桩是在独立基础与独立基础之间布置。

3.8 地下室抗浮计算

地下室抗浮计算包括整体抗浮计算、桩承载力计算、底板配筋计算、桩冲切计算等方面。

本工程计算采用盈建科V2.0.0软件基础有限元模块进行计算。

抗浮设计中，如何判断地下室整体或局部能否满足抗浮要求，是个令初学者时常感到困惑的问题。我们可以通过以下几方面判断一个地下室能否满足要求。

1)看整体指标，在盈建科软件基础模块中可读取以下整体抗浮结果(见表2)。

表2 抗浮结果

可见，由于有主楼作用，Gk/Nw,k>1.05，整体抗浮满足要求。为验证非主楼部分抗浮是否满足，计算时可将主楼部分模型删除，单独保留商铺和地下室部分，布上抗拔桩，再查看抗浮指标是否满足。

2)查看“恒—高水位浮力”工况下的位移，如图3所示。

由图3可见，由于抗拔桩的作用，筏板的位移较小(位移值不大于板跨1/250)。如出现较大的位移，说明局部抗浮无法满足要求。

3)查看基础底地基反力。

基底反力同样查看“恒—高水位浮力”工况下的反力。如果是采用自重抗浮，基底反力出现正值，说明该区域自重大于浮力；如果基底反力为0，说明该区域自重无法抵抗浮力。而对于采用抗拔桩(锚杆)的底板，抗拔桩(锚杆)出现拉应力时，基底反力为0。

4)查看抗拔桩(锚杆)的反力。

抗拔桩(锚杆)的反力同样是查看“恒—高水位浮力”工况下的反力。如果桩(锚杆)反力值大于桩(锚杆)抗拔承载力特征值，说明桩(锚杆)数量不足，需要补桩(锚杆)。

最后，查看底板的配筋结果，如果配筋值过大或超筋，说明板厚不足，需要调整板厚或板混凝土强度等级。

3.9 桩检测试验

根据JGJ 106—2003建筑基桩检测技术规范要求，本工程抽取总桩数的1%且不少于3根进行竖向抗拔承载力检验；总桩数的1%且不少于3根进行竖向抗压承载力检验；本工程全部桩进行低应变检测；抽取不得少于总桩数的10%进行声波透射法检验。

3.10 一些构造措施

对于地下室抗浮，我们还可以采取一些有效措施改善地下室抗浮。

1)底板(筏板)外挑。

对地下室外墙，底板(筏板)可考虑外挑一部分，用外挑的填土平衡水浮力。本工程中，外墙位置，填土加自重能抵消大部分水浮力，此处位置不需布置或少量布置抗浮桩。

另外，外挑板面钢筋，需按悬挑板计算；水下面的土重度，按浮容重计算。做法见图4。

2)增加覆土厚。

增加覆土可有效增加自重。覆土可加在地下室顶板上面，也可加在底板之上。如加在地下室顶板，需要与建筑专业核对地面标高；而加在底板位置，则需要把底板往下降，这同时也增加了一定的水浮力。

本工程纯地下室顶板考虑了1.0 m覆土；商铺部分，考虑0.5 m覆土。

3)地下室外墙填土材料要求。

地下室外墙填土宜为隔水性较好的粘性土，也就是含砂粒较少的粘性土。设计中还要强调填土的质量要求，如分层夯实，压实系数等等。

4 结语

在工程应用中，抗浮设计需要先进行方案分析，然后根据规范或文献相关公式计算抗力与浮力，再判断选用的方案是否满足要求。本论文根据特定的工程实例分析了地下室抗浮方案，并指出了设计中的要点和容易疏忽的地方，可为相似的工程提供借鉴。