1、南宁鸿嘉国际大酒店地下室抗浮设计叶海英(广西建筑科学研究设计院 530011 南宁)摘要:分析了浮力对地下结构产生的危害,介绍南宁某酒店地下室抗浮设计,并对抗拔桩设计的若干问题作了探讨关键词:抗拔桩,抗浮设防水位;抗拔承载能力;抗裂验算Abstract:The article introduces the uplift pile design in a hotel project by analysing the essential problems in the design.Key words:uplift pile;fortified water level against floata
2、tion;pullout resistance;check calculation of crack resistance1、前言近十几年来,随着城市建设的高速发展,建筑空间已从广度向深度不断拓展。地下车站、地下停车库、地下商场以及地下储存设施等城市地下空间的开发使建(构) 筑物的基础埋深不断加大,一般为十余米以上。随之而来产生大量地下水问题,尤其是当地下水位较高时,由它产生的浮力对地下结构的影响尤为突出。由于浮力的存在,对地下结构产生破坏:地下室底板隆起,导致底板破坏;地下建筑物整体不均匀浮起 ,导致梁柱结点处开裂和底板破坏以及建(构) 筑物的倾斜等。这些破坏,都会对工程造成巨大的经济损失。
3、但是目前 ,建筑地基基础规范对建筑地下室抗浮设计只作了概念性规定,并未提出明确的设计标准或设计依据,在具体应用时尚存在很多问题。因此,对地下结构上浮的处理方法研究显得尤为重要地下构筑物的抗浮问题是工程建设中的一个重要课题。由于地下水浮力作用造成地下室、车库、水池等地下结构上浮、开裂、倾斜破坏等事故时有发生。对于这种抗浮问题,一般有以下几种治理措施:降排水技术、抗浮桩技术、抗浮锚杆技术、压载抗浮技术等措施。本人 2011 年所设计的鸿嘉国际大酒店项目,地下水丰富, 需采取抗浮措施才能有效解决抗浮问题,下面是该项目采用抗拔桩来解决建筑物抗浮问题的实例。2、工程概况南宁鸿嘉国 际大 酒 店为 全现浇
4、钢筋混凝土框架剪力墙结构,主楼为 地 下二层 、 地 面 以 上 二十六层,裙楼地下二层,地面以上五层。地下部分的外皮尺寸为:55.9m65.6m,基底标高约为自然地面以下-10.65m 深。结构抗震设防烈度 6 度,抗震等级为三级,抗震墙抗震等级为三级。3、工程地质与水文地质条件场地土层分布自上而下分别为:第四系素填土、河流冲积形成的粘土层、粉质粘土层,粉土、圆砾层,下伏基岩为第三系泥岩、层,按风化程度可分为全、强、中、微风化四带。场地抗浮地下水位,根据地质报告和近若干年水文地质资料,结合勘察期间实测的最高稳定水位(-2.40 米) ,并结合场地工程地质条件综合确定设计抗浮水位标高为-1.0
5、m ,地下水的浮托力将给酒店裙楼构成威胁,经过整体抗浮验算,裙楼必须采取抗浮措施。4、整体抗浮计算裙楼采用 PKPM 竖向导荷放法进行整体抗浮验算,将水浮力折算成面荷载反向输入在基础底板上,计算出每根柱子下的水浮力与自重的差值,就是抗拔桩的抗拔力,具体如下表:经验算,每根柱底的抗拔力为 5002500KN。设计初步阶段考虑 3 种方案作为抗浮措施:采用素混凝土配重;底板下设置岩石锚杆;底板下设置抗拔桩。如采用第一种方案,配重混凝土需降低地下室底板,水浮力也相对增大,单位面积有效的配重也只有 25-1015kN/m 2,若按此考虑底板须增加 1.0m 厚混凝土,基坑加深 1.0m,显然很不经济。
6、第二种方案因底板距离岩层有一定距离,很难清孔保证砂浆与岩石间的粘结强度而未被采用。因本工程工期要求较紧选择第三种方案时,先考虑了预应力管桩作为抗拔桩方案,但根据本地区该类桩施工情况出现桩身上浮的可能性较大,反而对底板结构不利。最终选择了施工速度较快的长螺旋钻孔灌注桩作为抗拔桩,解决地下室抗浮问题。桩的抗拔承载力验算桩的抗拔极限承载力标准值一般按经验公式(1)计算并应满足(2)式要求。Uk= qsikuili(1)NUk/s+Gp(2)式中符号物理意义详见建筑桩基技术规范 (JGJ 94-2008) 。qsik 为桩的极限侧阻力标准值,根据钻探,桩极限侧阻力标准值如地勘详勘报告中表 1 所示。长
7、桩螺旋钻孔灌注桩反循环钻孔灌注桩地基土水平抗力系数的比例系数qsik qpk qsik qpk m土层代号 土层名称(kPa) (kPa) (kPa) (kPa) ( MN/m4) 圆 砾 100 1800 100 1800 80 强风化泥岩 80 1600 100 1600 60 中风化泥岩 120 3000 120 3000 100为得到较大的抗拔承载力,同时又满足桩身抗裂要求,桩长取 18.0m。按(1)式计算 1400 桩抗拔极限承载力标准值为 Uk=6000kN,基桩的抗拔承载力设计值 N=3000kN。单柱单桩的情况下基本满足整体抗浮的要求。4 桩身抗拉承载力与抗裂验算按混凝土结构
8、设计规范计算桩身抗拉承载力,选用 C40水下混凝土、II 级钢,混凝土保护层厚度 50mm,以 1400 桩为例,计算结果需配置钢筋 As=1167mm2。抗裂验算要根据使用环境确定桩抗裂控制等级,由于本场地地下水对混凝土结构中钢筋不具腐蚀性,桩允许出现裂缝但裂缝最大宽度不得超过 0.2mm。经抗裂验算,桩身需配置钢筋As=14250mm2,最大裂缝宽度 max=0.185mm0.2mm。按抗裂要求配置的钢筋面积大于按抗拉承载力要求配置的钢筋面积,桩按抗裂要求配置 3125 通长钢筋,钢筋伸入承台的锚固长度大于 40d。5 施工时的注意事项,满足以下条件基坑方可进水:1、主体须建至地面以上八层
9、;2、地下室基础底板已回填至标高-9.65;3、地下室顶板已回填至标高;4、地下室四围基坑已回填;5、如不满足上述要求,提前进水须增加抗拔桩.6 结语和讨论桩上拔力计算时应合理确定地下室抗浮设防水位,地下水位的确定应根据周边环境对地下水位的变化作出正确预测。桩均布在底板下以减小水反力作用下底板计算跨度。抗拔桩的配筋由抗裂计算控制,抗裂计算要根据使用环境和地下水的腐蚀性确定裂缝控制等级。参考文献1 GB50007-2002,建筑地基基础设计规范 S.2 JGJ94-2008,建筑桩基技术规范S.3 GB50010-2010,混凝土结构设计规范 S.4 JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范S.