市政論文地下工程主體與抗浮結構設計

　　在進行地下工程設計時因為水位變化比較大，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。本工程在進行抗浮設計時，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》是由中華人民共和國新聞出版總署批準，由濟南軍區(qū)政治部 主管 中國建材工程建設協(xié)會協(xié)辦、濟南軍區(qū)政治部主辦，面向國內外公開發(fā)行的國家級期刊。國際標準刊號：ISSN1003-5628，國內統(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個需要重點解決的問題。由于水浮力造成的地下結構破壞不在少數(shù)，因此，設計人員要重點解決地下工程主體和抗浮動結構的設計工作。論文以實際工程為例，對地下工程地質情況進行了分析，對主體和抗浮結構的設計措施進行了探討。

　　【關鍵詞】地下工程;抗浮結構設計;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構底板因為受力不均勻導致局部出現(xiàn)了拱起和開裂，使地下水滲入到地下室中，影響地下結構的安全性。整體性破壞指的是地下結構出現(xiàn)了上浮，不僅會破壞底板，同時還會導致梁柱節(jié)點位置出現(xiàn)開裂。在地下工程的實際施工過程中，水浮力對建筑物造成的破壞一般是無法避免的。一旦地下結構受到地下水浮力的破壞，會導致地下工程結構的功能和作用無法正常發(fā)揮，當出現(xiàn)較大的事故時還會造成非常大的經(jīng)濟損失。所以，地下工程設計和施工過程中，進行抗浮設計是至關重要的一個環(huán)節(jié)，需要施工人員和設計人員足夠重視。

　　2工程概況

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

　　3工程地質條件

　　本工程從下到上分別為全風化中強微風化層、硬質粉質黏土、可塑粉質黏土層、沖積黏性土層、沖積中粗砂層、沖擊粉細砂層、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)定水位埋設深度為1.8~5.2m，平均水位埋設深度為2.9m。地下水位的變化情況和地下水的補給、排泄等有緊密的聯(lián)系。每年的5~10月份進入雨季，地下水水位會顯著提升，水位最大值會達到15.5m，場地中的地下水不會對混凝土結構造成腐蝕，但是會對鋼筋造成腐蝕。

　　4地下工程抗浮設計

　　通常情況下，地下工程結構上浮主要是因為水浮力大于地下工程側壁摩擦力和結構重力值，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構物重力和側壁摩擦力便會出現(xiàn)上浮的情況，為了保證建筑的安全性，需要及時采取相應的處理措施。在設計過程中，需要根據(jù)工程的地質情況、工程特點、場地因素、環(huán)境情況等進行全面、詳細的考慮，結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構底板以微風化巖層作為持力層，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構自重是無法達到抗浮要求的。因此，需要結合工程的具體情況設計抗浮措施。常用的抗浮措施主要包括抗浮錨桿和抗拔樁。因為當前抗浮錨桿的耐久性得不到控制，并且底板和錨桿結構位置防水比較薄弱，而地下工程設計使用年限為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結構，在圍護樁上布置壓頂梁和主體結構結合到一起，使支護結構也成為抗浮的一部分。

　　按照地質勘測結果，將設計水位地面以下1m(城建標高15.6m)作為抗浮設計水位，并以此為標準進行抗浮驗算[1]。4.2布置抗拔樁本地下工程主體結構以底板支撐到彈性地基平面框架分析結構內力，使用彈簧模擬底層作用。由于該地下工程為雙跨設計，在底板跨中會縱向對抗拔樁進行布置。在計算抗浮時，主體結構會承擔所有的水壓力，為了對抗拔樁所承受的抗拔力進行計算，對地下室縱向1m范圍中的長度進行分析。根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》中的規(guī)定要求，在驗算地下室抗浮穩(wěn)定性時要可以達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。在不對結構側摩擦阻力大小進行考慮時，(2)式(2)中，R為抗拔樁需要提供的抗拔力特征值。標準段上部荷載總重W=覆土重+圍護樁自重+(裝修層+柱+側墻+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(擴地直徑為D)，在樁長/樁徑≤5時，up=πD;qsia為樁側土摩阻力特征值，微風化巖qsia=400kPa;λi為抗拔樁的摩擦阻力折減系數(shù)，微風化巖λi=0.7;li為抗拔樁長度;G0為樁自重，地下水位取有效重度。本地下室工程設計擴地直徑為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行模擬，底板、柱子、抗拔樁和梁使用桿單元進行模擬，因為本工程抗拔樁底部做了擴大，使用抗拔樁底部對邊界條件進行固定和約束，在結構四周布置土彈簧模擬約束周圍土體結構。水浮力分項系數(shù)取值為1.05，結構自重分項系數(shù)值為1.0，以圍護樁自重作為荷載在頂板側墻進行加載。使用這種方式進行模擬，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力和抗拔樁拉力和實際情況更加符合。

　　4.4計算結果分析根據(jù)計算結果可以證明，在使用圖1a的方式進行布置時，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，底縱梁柱下部的負彎矩為3100kN•m，受力更加的合理。4.5抗拔樁配筋在進行配筋時，要保證抗拔配筋的受力度可以達到要求，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。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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