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岩石地基地下室抗浮设计浅析
作者：周宏群
来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第06期
摘 要：在经济全面发展的今天，对于高层建筑的建设越来越多，为了对地下空间进行充分的使用，越来越重视对地下室的建设。本文结合工程实例针对地下室抗浮设计做出了进一步探究。
关键词：地下室抗浮设计；嵌岩桩；抗拔承载力
地下室的抗浮设计是十分复杂的问题，在对地下室进行设计的过程中，抗浮设防水位的取值非常关键，并且抗浮设计水位与地下水位的概念并不是相同的。增设抗浮构件，通常有设置抗浮锚杆、抗拔桩等。抗浮锚杆通常应用在底板下岩土均匀，岩层较浅的地质，锚杆不需很长。通过设置锚杆，在抗浮工况下，地下室底板的跨度相应减小，从而底板厚度可以减小，配筋量相应减小。抗拔桩比较适合应用于硬质岩石地基或底板下岩层很深的地质，其抗拔原理类似抗浮锚杆。 1 工程概况
本工程位于贵州省贵阳市，功能为大型综合酒店，地上25层，地下2层，其中地下两层车库按照机械停车库设计，层高较高，负二层底板顶标高为-11.800m；建筑总高度为100m。地下室平面尺寸为69m×72m，塔楼平面尺寸36m×48m，塔楼位于地下室中部，框剪结构，周边外扩2～3跨为纯地下室，纯地下室最大柱网为9.1m×9.1m。
根据地勘报告显示该场地地貌属贵阳岩溶盆地北面的峰丛谷地地貌，地层剖面依次为素填土、红黏土、强风化泥质石灰岩、中风化泥质石灰岩，抗浮设计水位为地下-4.5m，无承压水。地下室底板底标高至中风化泥质石灰岩，塔楼基础采用独基，纯地下室经过验算比较采用抗拔桩，底板按筏板计算。 2 抗浮方案选型
对该工程上部结构进行计算，得到柱底恒载作用下最大内力，可以初步判定，塔楼下独基不需进行抗浮设计，纯地下室柱下基础需进行抗浮设计，底板需进行局部抗浮设计。 根据工程经验和构造要求，底板采用500厚筏板，则底板的抗浮水头高度为7.8m，即抗浮水压为78kN/m2。
对地下室基础进行试算，结构整体抗浮满足要求，需进行局部抗浮验算。取地下室中的某个柱进行局部抗浮验算，过程如下：
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①经计算得到柱底恒载单工况下的内力为2462kN。其受荷面积为7.7×9.1=70平米，则恒载总重为70×0.5× 25+2462=3337kN。 ②水浮力为70×78=5460kN。
经过上述比较可知，水浮力大于结构自重，差值为5460-3337=2123kN。由于上部结构形式一定，覆土厚度一定，若采用增加自重的形式抵抗水浮力，只有加厚底板。经计算需要另加厚底板h=2123/70x25=1.21m，即采用自重抗浮的方案为底板需做成1.61m厚，可见这种方案造价不经济。
根据地勘报告可知，底板均开挖至中风化泥质石灰岩，该岩层的地基承载力较大，属于硬质岩，基础的承载力验算容易满足，其侧阻力也较大，因此采用抗拔桩抗浮。 3 抗拔桩抗浮验算
岩石地基抗拔桩的抗拔原理主要是利用桩体与岩层的侧摩阻力抵抗水浮力。嵌岩抗拔桩的桩侧摩阻力受力分布规律主要形式为首先桩顶部一定范围发挥作用，随着上浮力的增大及时间的推移，桩侧摩阻力逐渐沿桩深度向下转移，最终全桩身侧摩阻力发挥，从而达到极限状态的情况。达到极限状态情况时，其破坏形式主要是岩石与桩身之间沿接触面发生剪切破坏。 本工程纯地下室基础采用一柱一桩，桩径1m，考虑到嵌岩桩成桩难度大，桩底不考虑扩头。由方案选型比较可知，设计时单桩抗拔承载力需大于2123kN。 由《建筑桩基技术规范》第5.4.6条式5.4.6-1。 Tuk=∑λiqsikuili式3-1
该式是针对土质类的抗拔桩，因此查不到岩石地基的抗拔系数λ[1]。嵌岩桩的抗拔系数λ可以参照《建筑地基基础设计规范》第6.8.6条岩石锚杆锚固段的抗拔承载力计算方法[2]，考虑桩体的尺寸效应，取抗拔系数λ为0.7。根据地勘报告，中风化泥质石灰岩与锚固体的极限粘结强度标准值为1200kPa，则取qsik=600kPa。 由式3-1知，抗拔桩桩身嵌岩深度至少为3.3m。
由于底板面均在中风化泥质石灰岩上，且地下水无承压水，均为地表潜水和滞水，经验算，500厚底板局部抗浮也满足要求。 4 地下室抗浮措施
地下室有抗浮水位时，均应进行抗浮设计。通常先进行结构的整体抗浮稳定验算，验算不满足要求时，可以采用增加压重或设置抗浮构件等措施[2]。
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增加压重可以通过增加地下室顶板覆土厚度，增加底板厚度或底板上回填混凝土的方式。此种方法应用在水压力不是很大的情况下较经济。
增设抗浮构件，通常有设置抗浮锚杆、抗拔桩等。抗浮锚杆通常应用在底板下岩土均匀，岩层较浅的地质，锚杆不需很长。通过设置锚杆，在抗浮工况下，地下室底板的跨度相应减小，从而底板厚度可以减小，配筋量相应减小。抗拔桩比较适合应用于硬质岩石地基或底板下岩层很深的地质，其抗拔原理类似抗浮锚杆。
整体抗浮稳定满足要求，而局部抗浮稳定不满足要求的情况下，可以通过增加局部结构刚度的措施提高结构抗浮能力。增加结构刚度的措施通常是局部加厚底板或局部增设地基梁等。加厚底板就是加大底板平面外刚度，计算水浮力时通过加强配筋来达到强度要求。增设地基梁相当于将底板的板跨变小，从而增大底板的平面外刚度。 5 结束语
总之，地下室当中的抗浮设计，一定要与实际的工程情況进行结合，选择相对应的抗浮设防水位，并结合实际的工程特征以及地质情况等、按照技术先进、安全可靠等原则，挑选出最佳的抗浮措施。 参考文献：
[1] JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].北京：中华人民共和国行业标准，2008.
[2] GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2011.
作者简介：
周宏群（1984- ），男，工程师，硕士研究生，结构设计工作。