惠麗潔

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司山東分公司，濟南 250010）

1 引言

對于地下車庫的抗浮設(shè)計，當(dāng)僅靠增加壓重不能滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求時，需設(shè)置抗浮錨桿或抗拔樁等。因抗浮錨桿相對經(jīng)濟，且可使防水板所受浮力更均勻地傳給地基，因此，設(shè)計通常首選設(shè)置抗浮錨桿。而當(dāng)水浮力較大或基礎(chǔ)的持力層較軟弱時，采用抗浮錨桿可能不是最經(jīng)濟的方案，可通過設(shè)置工程樁兼抗拔樁來承受上部結(jié)構(gòu)荷載和水浮力。

2 抗浮計算要點

2.1 抗浮設(shè)防水位

抗浮設(shè)防水位為結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限內(nèi)可能出現(xiàn)的最高水位，一般地勘報告會直接給出。對于情況復(fù)雜的重要工程，提出抗浮設(shè)防水位時應(yīng)進(jìn)行專門的研究[1]。

2.2 抗浮穩(wěn)定性要求

基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求[2]：

式中，G 為建筑結(jié)構(gòu)自重、附加物自重抗浮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗力設(shè)計值總和，kN；Nw,k為浮力設(shè)計值，kN；Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。計算時需考慮JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.7 條抗浮組合系數(shù)。

2.3 地下水壓力的荷載分項系數(shù)

根據(jù)《結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)措施》，當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力計算時，地下水壓力荷載分項系數(shù)：當(dāng)?shù)叵滤蛔儎臃容^大時，可按可變荷載取1.5，否則可按永久荷載取1.3。此外，地下水頭乘以荷載分項系數(shù)后不應(yīng)超過地下室的埋深，若抗浮設(shè)防水位高于室外地坪，則不應(yīng)超過抗浮設(shè)防水位[3]。

3 基礎(chǔ)計算

3.1 工程樁兼抗拔樁的計算

在低水組合下，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載應(yīng)由樁全部承擔(dān)，防水板僅承擔(dān)其自重及其上面荷載，并將荷載直接傳給地基。在高水組合下，防水板除承擔(dān)其自重及其上面荷載還承受水壓力，同時又將反力傳給樁承臺，通過樁的拔力抵抗水浮力。工程樁兼抗拔樁需同時滿足抗壓承載力及抗拔承載力的設(shè)計要求。

3.1.1 單樁豎向極限承載力特征值Ra計算

式中，Rsk為樁周極限承載力特征值；Rpk為樁端極限承載力特征值；u 為樁身周長；qsi為樁側(cè)第i 層土的側(cè)阻力特征值；qp為樁的端阻力特征值；li為樁周第i 層土的厚度；Ap為樁端橫截面面積；ψsi為大直徑灌注樁側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)；ψp為大直徑灌注樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)[4]。

3.1.2 樁身正截面受壓承載力N 計算

式中，ψc為基樁成樁工藝系數(shù)，對于水下灌注樁取0.7；fc為混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；Aps為樁身截面面積；fy′為縱向主筋抗壓強度設(shè)計值；A′s為縱向主筋截面面積。

3.1.3 單樁抗浮承載力特征值計算

式中，d 為樁身直徑；qsik為樁側(cè)第i 層土黏結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值；λi為抗拔系數(shù)；l′i為第i 層土內(nèi)樁長。

3.1.4 抗拔樁正截面受拉承載力N′計算

本文僅考慮非預(yù)應(yīng)力樁：

式中，fy為鋼筋抗拉強度設(shè)計值；As為鋼筋截面面積。

3.1.5 抗拔樁裂縫驗算

式中，ωmax為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的最大裂縫寬度；αcr為構(gòu)件受力特征系數(shù)；φ 為裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，當(dāng)φ＜0.2 時，取φ=0.2；當(dāng)φ＞1.0 時，取φ=1.0；σs為按荷載準(zhǔn)永久組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉普通鋼筋應(yīng)力；cs為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離，mm，當(dāng)cs＜20 時，取cs=20；當(dāng)cs＞65 時，取cs=65；ρte為按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率；deq為受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑；Es為鋼筋彈性模量。

GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2015 年版）中關(guān)于裂縫的計算是針對構(gòu)件正常使用狀態(tài)，對于抗拔樁只需正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足要求即可，即抗拔工程樁裂縫驗算可取單樁抗浮承載力特征值。而對于抗拔樁的試驗樁，是為了驗證地基土對樁的極限拔力，裂縫驗算應(yīng)取單樁抗浮極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2 防水板計算

防水板作為一種特殊的板，受力復(fù)雜，一般采用倒樓蓋法計算其配筋。需注意基礎(chǔ)對防水板的沖切作用，當(dāng)?shù)叵滤^較高、防水板較薄且承臺尺寸較小時，極易造成防水板受沖切承載力不滿足。結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件只有采用筏板計算時，可計算防水板的受沖切承載力，采用防水板計算時不能計算，需根據(jù)規(guī)范手算復(fù)核。防水板受沖切示意圖如圖1 所示。

圖1 防水板受沖切示意圖

4 工程實例

以某地下車庫設(shè)計為例，地下車庫僅地下2 層，采用框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)布置如圖2 所示。車庫基礎(chǔ)采用樁承臺+防水板，主樓和地下車庫相鄰一跨的跨度為8.1 m，通過計算相鄰部分主樓樁基礎(chǔ)最大沉降為12.2 mm，車庫樁基礎(chǔ)最大沉降為12.33 mm，滿足主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不大于裙房邊跨（與主樓相鄰）跨度的0.1%。

圖2 地下車庫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面圖

場地抗浮設(shè)防水位為-3.540 m（相對標(biāo)高），地下車庫防水板頂標(biāo)高-10.750 m，板厚600 mm，地下車庫頂板回填土厚1.55 m。根據(jù)地勘報告，樁基設(shè)計參數(shù)如表1 所示?？拱螛恫捎媚酀{護(hù)壁鉆（沖）孔灌注樁，直徑800 mm，采用C35 混凝土，樁長15 m，樁端入第5 層全風(fēng)化云母片巖不少于2 m，場地水具有弱腐蝕性，樁保護(hù)層厚度為70 mm，樁身裂縫控制等級為三級。

表1 土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

4.1 單樁豎向極限承載力特征值（僅考慮樁的側(cè)阻力）

單樁豎向極限承載力特征值Ra=u∑ψsiqsili=1 663 kN；

樁身正截面受壓承載力Nu=ψcfcAps=5 872 kN＞1.35 Ra；

單樁豎向極限承載力特征值取為1 450 kN，可滿足計算要求。

4.2 抗浮承載力特征值計算

單樁抗浮承載力特征值為Quk/2=πd×∑λiqsikli/2=1 020 kN；

單樁抗浮承載力特征值取為800 kN，可滿足計算要求。

4.3 抗拔樁正截面受拉承載力計算

4.4 抗拔樁裂縫驗算

Nk=800 kN 時，

ωmax=αcrφσ（s1.9cs+0.08deq/ρte）/Es=0.09 mm＜0.2 mm。

4.5 地下車庫抗浮驗算

回填土的重度不小于16 kN/m3，混凝土重度不小于22 kN/m3。計算時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充墻、回填材料重量、地下室頂板及側(cè)壁回填混凝土和土的抗浮力組合系數(shù)取0.9。

1）地下車庫整體抗浮計算：上部傳來恒載（軟件計算結(jié)果）=89 759 kN；防水板及其上恒載（防水板自重＋墊層自重+防水板挑板覆土重量）=34 133 kN；圍區(qū)水浮力Nw,k=139 524 kN。

地下車庫區(qū)域共布設(shè)99 根抗拔樁：Kw=G/Nw,k=(上部結(jié)構(gòu)傳來恒載+防水板及其上恒載+抗拔樁可抵抗的水浮力)Nw,k=1.45≥1.1。

所以，地下車庫整體抗浮同時滿足施工期間和使用期間穩(wěn)定性要求。

2）地下車庫局部抗浮計算：取最不利處，地下車庫無地上結(jié)構(gòu)處（取E 軸上8.4 m×7.95 m 的計算單元）計算。

計算單元內(nèi)的建筑物自重及壓重G=（地下室頂板覆土重G1+地下一層頂板梁及板自重G2+地下二層頂板梁板自重G3+柱自重G4+防水板自重及其上墊層重G5）=3 357 kN；

圍區(qū)水浮力=5 282 kN，柱下需布設(shè)4 根抗拔樁，故：

Kw=G/Nw,k=（計算單元內(nèi)的建筑物自重及壓重G+計算單元內(nèi)抗拔樁可抵抗的水浮力）/Nw,k=1.24＞1.1。

所以，地下車庫局部抗浮穩(wěn)定性滿足施工及使用期間抗浮穩(wěn)定性要求。

4.6 防水板計算

本工程防水板600 mm 厚，采用筏板計算。該地下車庫為人防地下室，防水板配筋取平時設(shè)計和人防設(shè)計的包絡(luò)值。經(jīng)復(fù)核計算，防水板在承臺附近受沖切承載力滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

樁承臺+防水板作為一種重要的抗浮措施，在工程中具有較廣泛的應(yīng)用。本文以某地下車庫的抗浮設(shè)計為例，詳細(xì)討論了抗拔樁及防水板的計算及設(shè)計要點，為后續(xù)工程設(shè)計提供一些借鑒?？垢≡O(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要一環(huán)，關(guān)乎結(jié)構(gòu)的安全使用，結(jié)構(gòu)工程師需給予充分的重視并采取安全、合理、經(jīng)濟的抗浮措施。