抗浮设计20141228.

抗浮设计相关问题探讨抗浮设计是地下室和基础设计的重要内容。抗浮设计不当容易造成工程事故，轻则发生裂缝、漏水，重则整体上浮、倾斜。第一章抗浮水位地下水水位勘察时的地下水位历史最高地下水位近3～5年最高地下水位抗浮设防水位基础埋置深度内起主导作用的地下水在建筑物运营期间的最高水位；当有长期水位观测资料时，抗浮设防水位可根据该层地下水实测最高水位和建筑物运营期间地下水的变化来确定；无长期观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；我国南方滨海和滨江地区，经常发生街道浸水现象，抗浮设防水位可取室外地坪标高。防水设防水位仅对于地下室建筑外防水和确定地下室外墙及基础的混凝土抗渗等级，与抗浮设防水位是完全不同的两个概念。确定抗浮设防水位时需要注意的问题地质勘察报告中未明确提供抗浮设防水位时，要求甲方责成勘察单位提供准确有效的数值；地质勘察报告中明确提供抗浮设防水位时，针对项目实际情况仔细判断其提供数值有效时，方可按其提供值进行抗浮设计；青岛地区地下室基础经常直接座落于岩石上，在勘察期间往往没有地下水，而实际上在这种地质条件下开挖形成的地下室，后期施工用水、雨水、基岩裂隙水、工程竣工后管道漏水等进入地下室，无法消散，形成集聚水而对地下室底板和侧墙产生水压力；因此，即使勘察报告明确指出不必抗浮，在设计底板和侧墙时也应适当考虑至少1米的水头。仔细对照总平面图竖向标高，对于斜坡地段的地下室或可能产生明显水头差的场地上的地下室进行抗浮设计时，应考虑地下水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室结构的影响，不能笼统的采用勘察报告所提供的远高于室外地坪的地下室抗浮水位来进行设计。水是往低处流的，若建筑物一侧或多侧是敞开的，水浮力不可能高出室外地坪；在有水头压差的江、河岸边，若存在滤水层，应按设计基准期的最高洪水位来确定其抗浮水位；地下水赋存条件复杂、变化幅度大、区域性补给和排泄条件可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证；第二章整体抗浮与局部抗浮整体抗浮即《建筑地基基础设计规范》中的抗浮稳定性验算；建筑物自重及压重之和≥1.05倍浮力作用值也可：0.9倍建筑物自重及压重之和≥浮力作用值（偏保守）注意：计算时，建筑面层及建筑隔墙等施工过程中可能于较晚时间施工的内容不能计入建筑物自重中；顶板覆土和底板覆土可以计入，但必须注明回填时间。注意分区域验算。对于大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，建筑自重不均匀，当上部为高层或恒荷载较大时，该范围的整体抗浮能力可能较高，但上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围，特别应进行分区、分块的抗浮验算，特别需要注意以下几个部位：（1）地下车库范围内的顶部无覆土的单层或二层网点；（2）层高加大而抬高的设备用房，顶部覆土减少；（3）车道；（4）其他错标高处、覆土厚度变化处；整体抗浮不足时，需要采取抗浮措施（增加配重、抗浮锚杆或抗拔桩）保证抗浮力（压重+抗拉力）大于水的总浮力；水浮力示意图局部抗浮整体抗浮满足规范要求时，不代表底板和侧墙就全部都不需要考虑抗浮设防水位了，仍须进行局部抗浮计算；需要考虑浮力的构件：底板、基础、挡墙。底板抗浮，根据多个项目的计算经验：净水浮力不超过5KN/m2时，250厚的抗水板基本为构造配筋；不超过10KN/m2时，300厚的抗水板为构造配筋；不超过15KN/m2时，400厚的抗水板为构造配筋；注意：以上计算的前提是柱网不超过8.4米、非最边跨、有较大的柱下独立基础作为抗浮底板的倒柱帽。以上条件之外的情况，需要进行抗浮底板配筋计算，计算方法建议采用有限元法，采用STRAT或YJK进行计算，柱下独立基础作为抗浮底板的倒柱帽在计算模型中应该真实体现；构造配筋率：抗浮底板为明显的受弯构件，不能按基础规范要求的0.15%取，应该满足混凝土规范的受弯构件的要求，C30和C35的底板建议取0.2%左右，混凝土等级≥C40时，还要注意满足45ft/fy。抗浮底板的净浮力较大时，还要注意验算挠度和裂缝；无论计算底板还是挡墙，抗浮设防水位确定以后，不应在计算时再乖以1.2的放大系数，而是按1.0的系数取值，在计算配筋时按分项系数取值，分项系数可按活荷载的1.4取，也可按相关资料（北京院技术措施）提供的1.30取。有抗浮锚杆或抗拔桩时，若其间距较密（比如小于3米），可以将抗浮底板取构造配筋，但水头很大时，底板厚度不能太小，毕竟只是点约束而非线约束。第三章增加配重法整体抗浮不足，但相差不多时，可采用增加配重法抗浮增加配重位置：地下室顶板、地下室底板；配重材料：土（18KN/m3)砂石（20~22KN/m3)混凝土（25KN/m3)钢渣混凝土、铁屑混凝土（26~27KN/m3)特种配重混凝土（27~32KN/m3)价格较高降低底板标高增加配重厚度时，计算时需注意在配重增加的同时，水头也相应增加，只是增加的数值不同而已。比如：底板降低1米，配重（覆土）增加18KN/m2，水浮力增加10KN/m2。相当于净水浮力减少了8KN/m2。造价成本比较（增加配重与增设锚杆）（1）当锚杆较短时（3~4米），底板降低导致的开挖和回填成本与锚杆成本比较，增加配重法不一定经济；（2）当锚杆较长时（10米以上），底板降低导致的开挖和回填成本与锚杆成本比较，增加配重法相对较经济；（3）因为增加配重而导致的底板降低的高度不宜超过1米，下挖太多并不经济，此时宜考虑其他抗浮措施；第四章抗浮锚杆抗浮锚杆一般规定抗浮锚杆依赖于土层与锚固体之间的粘结强度提供抗拔承载力。抗浮锚杆的设计包括锚杆承载力的计算、锚杆锚固（钢筋与浆体的锚固、浆体与土体的锚固）长度计算、钢筋面积计算、锚杆数量的计算。常用抗浮锚杆为非预应力全长粘结型抗浮锚杆的计算错误计算方法：（1）上部建筑结构荷重不满足整体抗浮要求，采用锚杆抗浮。其计算方法为：总的水浮力设计值/单根锚杆设计值＝所需锚杆根数。具体做法：底板下（连柱底或砼墙下）满铺锚杆，水浮力全部由锚杆承担，既不考虑上部建筑自重，也不考虑地下室底板自重可抵抗水浮力的作用，保守且不合理。（2）利用上部结构自重和锚杆共同抗浮，其计算方法为：（总的水浮力设计值－底板及上部结构自重设计值）/单根锚杆设计值＝所需锚杆根数。具体做法：将锚杆均匀分布在底板下（包括柱底或砼墙下），锚杆间距用底部面积除所需锚杆根数确定。抗浮锚杆的计算正确计算方法：抗浮力与水浮力平衡计算可分成两种区域：柱、墙、梁影响区域和纯底板抵抗区域。纯底板抵抗区域的计算方法应是抗浮锚杆设计承载力除以每平方米水浮力（减去每平米底板自重），得到抗浮锚杆的受力面积；而柱、墙、梁影响区域应充分利用上部建筑自重进行抗浮，验算传递的上部建筑自重是否能平衡该区域的水浮力，此外，还应验算在水浮力作用下梁强度和裂缝满足要求。抗浮锚杆的布置正确的锚杆布置方法：一般情况下，柱下有受压区时，锚杆按“跨中密布，轴线少布，柱下不布”的原则进行布置；抗浮锚杆的布置不同锚杆布置方法的锚杆拉力对比：抗浮锚杆的布置正确的锚杆布置方法：根据前页的锚杆内力分析，可以得出如下最优锚杆布置方案：抗浮锚杆的布置正确的锚杆布置方法：但是，注意：个别情况下，压重很小，浮力很大时，柱下已无受压区，锚杆均布布置更为合理，更符合锚杆实际受力情况；(如：地下室有3层甚至更多时，浮力非常大）抗浮锚杆的计算单根锚杆承担的水浮力计算方法：平均净水浮力Qe=水头hx10-总的结构自重G0（包括抗浮底板、底板上的覆土）每个柱能压住的抗浮范围A0=对应上部结构自重的恒载标准值G1（不乘分项系数、不考虑底板）/Qe。除去柱下抗浮范围之外的区域的浮力由锚杆承担，单根锚杆承担的水浮力为：Rt=锚杆水平间距x锚杆竖向间距x净水浮力Qe且，必须复核一个柱网内的总锚杆根数乘以Rt是否能够承担除柱下区域外的面积x净水浮力Qe；A0A0A0A0抗浮锚杆的计算单根锚杆的轴向抗拔承载力：单根锚杆的轴向抗拔承载力（轴向拉力标准值）≥单根锚杆承担的水浮力（标准值）抗浮锚杆的不同规范的计算方法抗浮锚杆的计算单根锚杆的钢筋面积计算：锚杆水泥砂浆与土体或岩体的锚固长度的计算：锚杆钢筋与水泥砂浆的锚固长度的计算：锚杆拉力设计值与拉力标准值之间的关系：关于分项系数的探讨由于抗浮设计水位一般为综合考虑各方面因素所能达到的最高水位，所以可以认为是永久荷载，其分项系数可取1.2：实际设计时，为方便计算，可简化为：此系数与《建筑边坡工程技术规范》(GB503302002)的规定相同，而《全国民用建筑技术措施(地基与基础)》(2009年版)中此系数为1.35。我们建议按《技术措施》取值。注意:设计水头高度乘以分项系数后的水头高度不得超出室外地坪，否则其分项系数可取为基底到室外地坪的水头高度除以抗浮设计水头高度。如：从基底到室外地坪的高度为4.4m，而抗浮设计水头高度为4m，则其水浮力的分项系数（式1）为4.4/4=1.1，而不是1.2，相应式(2)中系数1.35也相应减少。（式1）（式2）关于锚杆中的钢筋分截断的探讨由于较硬岩石中锚杆杆体与体间粘结强度较高，锚杆长度一般较短，且粘结存在由锚杆顶部往底部转移的趋势，建议锚杆钢通长布置，不予截断;对于较弱岩层及砂土层等，般锚杆较长，且直至极限状态时其表面摩擦力分仍比较均匀，使得锚杆钢筋的拉力分基本呈线性递减，距锚杆顶部越远，钢筋拉力越小，故建议分批截断，以提高经济性；第五章抗拔桩抗拔桩桩型预制桩和现场灌注桩灌注桩又有扩底桩和后注浆灌注桩等，大幅提高抗拔承载力，适用于深开挖抗拔桩计算单桩抗拔承载力计算（摩擦力及扩底端抗拔）群桩整体性破坏验算桩身的正截面受拉承载力验算抗拔桩裂缝控制计算抗拔桩构造桩顶锚固很重要扩底构造第六章其他其他抗浮措施释放水浮力法，包括增设集水井和透水层、增设排水盲沟等方法施工阶段的抗浮注意事项结构总说明中必须注明施工期间的降水措施及降水标高、降水停止时间等要求；地下室图纸说明中必须注明配重（包括覆土）厚度、容重、回填时间等要求；青岛雨季（7、8月份）及时通知甲方及施工单位注意降水、排水，并经常到现场观察基坑内及周边的水位变化情况。重申：结构安全是第一位的谢谢！