市政論文地下工程主體與抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　在進(jìn)行地下工程設(shè)計時因?yàn)樗�位變化比較大，這篇市政論文一般會將抗浮樁布置在縱橫墻交叉處、柱子下面等位置，同時，抗拔樁也會發(fā)揮承壓樁的效果。本工程在進(jìn)行抗浮設(shè)計時，在柱距比較大且抗拔力比較大時，抗拔樁一般對稱分布在柱子的兩邊，以保證抗拔樁可以受力均勻，在對抗拔樁裂縫進(jìn)行控制時，需要將單根樁的抗拔力控制好，防止配筋密度過大。《基層建設(shè)》是由中華人民共和國新聞出版總署批準(zhǔn)，由濟(jì)南軍區(qū)政治部 主管 中國建材工程建設(shè)協(xié)會協(xié)辦、濟(jì)南軍區(qū)政治部主辦，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級期刊。國際標(biāo)準(zhǔn)刊號：ISSN1003-5628，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN37-1371/D 。已被萬方數(shù)據(jù)庫、龍源期刊網(wǎng)等全文收錄。

　　【摘要】隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，土地資源日益緊缺。為了提高土地資源的利用率，滿足人們對土地的使用需求，近年來，人們逐步加大對地下空間資源的開發(fā)力度。在地下資源開發(fā)過程中，抗浮問題是1個需要重點(diǎn)解決的問題。由于水浮力造成的地下結(jié)構(gòu)破壞不在少數(shù)，因此，設(shè)計人員要重點(diǎn)解決地下工程主體和抗浮動結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作。論文以實(shí)際工程為例，對地下工程地質(zhì)情況進(jìn)行了分析，對主體和抗浮結(jié)構(gòu)的設(shè)計措施進(jìn)行了探討。

　　【關(guān)鍵詞】地下工程;抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗拔樁

　　1引言

　　一般情況下，地下水對主體工程的破壞主要包括局部破壞和整體破壞，其中局部破壞指的是地下結(jié)構(gòu)底板因?yàn)槭芰Σ痪鶆驅(qū)е戮植砍霈F(xiàn)了拱起和開裂，使地下水滲入到地下室中，影響地下結(jié)構(gòu)的安全性。整體性破壞指的是地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了上浮，不僅會破壞底板，同時還會導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)位置出現(xiàn)開裂。在地下工程的實(shí)際施工過程中，水浮力對建筑物造成的破壞一般是無法避免的。一旦地下結(jié)構(gòu)受到地下水浮力的破壞，會導(dǎo)致地下工程結(jié)構(gòu)的功能和作用無法正常發(fā)揮，當(dāng)出現(xiàn)較大的事故時還會造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，地下工程設(shè)計和施工過程中，進(jìn)行抗浮設(shè)計是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，需要施工人員和設(shè)計人員足夠重視。

　　2工程概況

　　某地下工程為地下明挖4層雙跨架結(jié)構(gòu)，工程標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.3m，長度為21.6m，埋設(shè)深度為26.7m。地下工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)進(jìn)行施工，工程設(shè)計人防等級為6級，支護(hù)樁使用鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，并在基坑的四周布置，設(shè)計樁體直徑為900mm，設(shè)計樁長為26.7m，樁中心距離為1400mm,使用C30混凝土。本文以此工程為例，對地下工程抗浮設(shè)計進(jìn)行探討。

　　3工程地質(zhì)條件

　　本工程從下到上分別為全風(fēng)化中強(qiáng)微風(fēng)化層、硬質(zhì)粉質(zhì)黏土、可塑粉質(zhì)黏土層、沖積黏性土層、沖積中粗砂層、沖擊粉細(xì)砂層、人工填土層，地下水主要為層狀基巖裂隙水和第四系松散巖類孔隙水，穩(wěn)定水位埋設(shè)深度為1.8~5.2m，平均水位埋設(shè)深度為2.9m。地下水位的變化情況和地下水的補(bǔ)給、排泄等有緊密的聯(lián)系。每年的5~10月份進(jìn)入雨季，地下水水位會顯著提升，水位最大值會達(dá)到15.5m，場地中的地下水不會對混凝土結(jié)構(gòu)造成腐蝕，但是會對鋼筋造成腐蝕。

　　4地下工程抗浮設(shè)計

　　通常情況下，地下工程結(jié)構(gòu)上浮主要是因?yàn)樗�浮力大于地下工程�?cè)壁摩擦力和結(jié)構(gòu)重力值，地下室上浮有可能在各種類型的地層中出現(xiàn)，例如比較穩(wěn)定的卵石層和透水性非常小的黏土層中等。一旦地下水浮力大于結(jié)構(gòu)物重力和側(cè)壁摩擦力便會出現(xiàn)上浮的情況，為了保證建筑的安全性，需要及時采取相應(yīng)的處理措施。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)工程的地質(zhì)情況、工程特點(diǎn)、場地因素、環(huán)境情況等進(jìn)行全面、詳細(xì)的考慮，結(jié)合工程的具體情況選擇合理的抗浮方案。4.1抗浮方案的選取本地下工程結(jié)構(gòu)底板以微風(fēng)化巖層作為持力層，對于地面埋深大、地下水位高的地下工程，如果只靠覆土荷載和結(jié)構(gòu)自重是無法達(dá)到抗浮要求的。因此，需要結(jié)合工程的具體情況設(shè)計抗浮措施。常用的抗浮措施主要包括抗浮錨桿和抗拔樁。因?yàn)楫?dāng)前抗浮錨桿的耐久性得不到控制，并且底板和錨桿結(jié)構(gòu)位置防水比較薄弱，而地下工程設(shè)計使用年限為100a，使用抗浮錨桿不能滿足該地下工程的抗浮要求，因此，本工程使用抗拔樁來解決該地下工程的抗浮問題，并選用人工挖孔樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在圍護(hù)樁上布置壓頂梁和主體結(jié)構(gòu)結(jié)合到一起，使支護(hù)結(jié)構(gòu)也成為抗浮的一部分。

　　按照地質(zhì)勘測結(jié)果，將設(shè)計水位地面以下1m(城建標(biāo)高15.6m)作為抗浮設(shè)計水位，并以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算[1]。4.2布置抗拔樁本地下工程主體結(jié)構(gòu)以底板支撐到彈性地基平面框架分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力，使用彈簧模擬底層作用。由于該地下工程為雙跨設(shè)計，在底板跨中會縱向?qū)�抗拔樁進(jìn)行布置。在計算抗浮時，主體結(jié)構(gòu)會承擔(dān)所有的水壓力，為了對抗拔樁所承受的抗拔力進(jìn)行計算，對地下室縱向1m范圍中的長度進(jìn)行分析。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定要求，在驗(yàn)算地下室抗浮穩(wěn)定性時要可以達(dá)到下述公式的基本要求:(1)式(1)中，W為地下室上部作用荷載和地下室自重的和值;F為地下水浮力。在不對結(jié)構(gòu)側(cè)摩擦阻力大小進(jìn)行考慮時，(2)式(2)中，R為抗拔樁需要提供的抗拔力特征值。標(biāo)準(zhǔn)段上部荷載總重W=覆土重+圍護(hù)樁自重+(裝修層+柱+側(cè)墻+各層樓板)=4343.6kN/m。水浮力：F=258×1×19.4+π×1.352÷4×15×10÷1.35×2=5323.2kN/m(3)R≥1.05F-G=1.05×5323.2-4343.6=1245kN/m(4)一般情況下，抗拔樁都是在柱下布置的，受力模式也是一致的，因此,可以將計算簡化為：單根抗拔樁的抗拔力=柱跨長度×每延米需要的抗拔力，但是,對于該工程來說，柱跨9~10m，抗拔樁單根需要承受的抗拔力不會太大。因此,抗拔樁樁距取值為柱跨的一半。

　　(5)式(5)中,up為樁的周長，up=πd，對于樁底樁(擴(kuò)地直徑為D)，在樁長/樁徑≤5時，up=πD;qsia為樁側(cè)土摩阻力特征值，微風(fēng)化巖qsia=400kPa;λi為抗拔樁的摩擦阻力折減系數(shù)，微風(fēng)化巖λi=0.7;li為抗拔樁長度;G0為樁自重，地下水位取有效重度。本地下室工程設(shè)計擴(kuò)地直徑為1.8m，抗拔樁直徑為1.3m，樁長為5.5m，經(jīng)計算，單樁抗拔承載力特征值大小為：Rω=π×1.8×0.7×400×5+0.9×119=8020kN(6)在布置抗拔樁時，本工程采用兩種方式進(jìn)行布置，一種布置在兩柱中間梁下以及柱子下，見圖1a;另一種是均勻布置在兩柱之間的梁下，見圖1b。4.3計算地下工程抗浮情況使用殼單元對各層樓板進(jìn)行模擬，底板、柱子、抗拔樁和梁使用桿單元進(jìn)行模擬，因?yàn)楸竟こ炭拱螛兜撞孔隽藬U(kuò)大，使用抗拔樁底部對邊界條件進(jìn)行固定和約束，在結(jié)構(gòu)四周布置土彈簧模擬約束周圍土體結(jié)構(gòu)。水浮力分項系數(shù)取值為1.05，結(jié)構(gòu)自重分項系數(shù)值為1.0，以圍護(hù)樁自重作為荷載在頂板側(cè)墻進(jìn)行加載。使用這種方式進(jìn)行模擬，不僅考慮了底縱梁和抗拔樁共同受力下變形協(xié)調(diào)性，同時也考慮了抗拔樁混凝土彈性模型，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)計算方法中將抗拔樁作為底梁不動支座的情況，計算后得到的底縱梁內(nèi)力和抗拔樁拉力和實(shí)際情況更加符合。

　　4.4計算結(jié)果分析根據(jù)計算結(jié)果可以證明，在使用圖1a的方式進(jìn)行布置時，樁下和樁間抗拔樁的抗拔力分別為4400kN和7000kN，后者為前者的1.6倍，這兩種樁型配筋存在非常大的差異。底縱梁柱下負(fù)彎矩大約為4600kN•m。如果使用圖1b的樁基布置措施，那么抗拔力為5700kN，抗拔樁可以均勻受力，底縱梁柱下部的負(fù)彎矩為3100kN•m，受力更加的合理。4.5抗拔樁配筋在進(jìn)行配筋時，要保證抗拔配筋的受力度可以達(dá)到要求，此外，由于樁身長時間位于地下水位下，地下水會對鋼筋造成一定的弱腐蝕。因此，要求樁身裂縫寬度不能超過寬度限制，以免樁身鋼筋被腐蝕[2]，因此,接縫的寬度要控制在0.2mm以內(nèi)。經(jīng)過計算證明，樁身配筋主要是為了控制裂縫，因此，配筋量一般情況下會比較大。一般可以根據(jù)樁徑的3倍確定樁距，尤其是當(dāng)抗拔樁處在底縱梁下部時，在確定樁截面后需要對鋼筋籠的具體情況進(jìn)行考慮，為了防止底縱梁和抗拔樁之間產(chǎn)生沖突，需要控制好配筋率。

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