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抗浮设计范文1
【关键词】 地下室；抗浮；对策
1.引言
伴随着我国国民经济的快速发展，全国各地开展了大量的工程建设，建筑行业作为我国国民经济的重要支柱之一，为我国国民经济的发展做出了巨大贡献。但随着城市用地越来越紧张，以地下室为代表的地下建筑结构在建筑设计阶段越来越得到重视，从结构设计角度如何确保这类结构在满足结构安全及耐久性要求是相关设计人员应当注意的问题。其中地下室抗浮作为地下室结构设计的重要部分，更加需要设计人员在抗浮设计方法及对策方面有所认识。
2.地下室抗浮主要对策
根据不同的地质条件，地下室抗浮设计需采用不同的方法，以确保地下室抗浮力的稳定性，在地下室抗浮设计中，人类探索出了各种不同的方法，并在实践中得到了运用，笔者根据自己多年来的经验以及对相关文献的概述，总结了以下几种常用的抗浮设计方法：
2.1压重抗浮
抗浮失效（建筑物倾斜或出现裂缝）是由于建筑物自重小于地下水浮力造成的，因此解决此问题最简便的办法就是增加建筑物自重，比如在地下室顶板部位覆盖一定厚度的土层。对于土体的选择，不同地区可结合当地地质条件，就近选择可利用覆土材料。
2.2工程桩抗浮
工程桩，就是在工程中使用的，最终在建构筑物中受力起作用的桩，根据桩身材料可分为混凝土桩钢桩和组合材料桩等，按承载性状可分为摩擦型桩和端承型桩，工程桩基础大多是现浇大直径柱，整体性好，工程桩周围与土层间摩擦力大。但同时也应当注意工程桩在使用过程中经常会出现的裂缝及耐久性较差的问题，因此在地下室结构抗浮设计中使用工程桩抗浮应当对于使用过程中可能涉及到的桩体变形问题进行有效预估。
2.3锚杆抗浮
锚杆抗浮是建筑工程地下结构抗浮措施的一种，在建筑物采用天然地基且基岩或良好锚固土层埋深较浅锚杆长度较短等情况下，锚杆抗浮是地下室抗浮设计很好的选择，锚杆抗浮为抗拔桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化，因此当地下水压力较大，松散砂层太厚，锚杆受到的拉力也随之发生变化，不宜采用锚杆抗浮，这种情况下如果采用锚杆，就会产生较大的变形，不利于结构稳定，造成抗浮失效此外，当软弱土层较厚或锚杆自由段过长时，这种方案抗浮也是不合适的，锚杆自由段长其永久防腐蚀措施要求就较高，工程费用也会显著增加。
2.4排水法抗浮
排水法抗浮主要是通过修建排水盲沟将地下室周围的地下水自流排到较低区域，这种方法只适用于建筑场地标高相对于周围地面较高或附近有较低水位的排水系统工程中，不能普遍使用当前比较流行的一种排水法抗浮是标准静水压力释放系统，该系统通过多孔聚乙稀排水管网将地下水位降到地下室底板以下，使地下室地板不受或受很小的水浮力，能够有效地防止地下室上浮。
3.目前地下室抗浮设计中存在的问题及解决措施
3.1存在的问题
在多个地下室因水浮力作用而引发的工程~故中，我们发现有些设计人员对地下水的作用认识不足，抗浮设计的基本概念不够清晰，常见的有下列几种情况：
（1）重视地下室的梁、板、柱、墙的结构构件设计，忽视整体抗浮验算分析，忽视施工的抗浮措施，总认为具有上万吨自重的地下室怎么不会浮起来；
（2）地下室底板裂缝、漏水，甚至成为地下游泳池，把某些实质上是因为地下水的作用远大于设计荷载而造的工程事故，错判为温度应力作用、砼施工质量问题等。
（3）对于基底为不透水土层的地基（基岩、坚硬粘土），深基坑支护又采用了止水帷幕或桩、锚、喷射混凝土联合支护，忽视水的浮力。
有些设计人员对上述最基本的概念还不够清晰，例如，有些设计人员只对地下室底板的梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下的强度计算，未做整体抗浮的认真分析，特别是独立地下室、水池等，造成地下室整体上浮，给地下室结构带来严重破坏，难以进行复原处理。又如有些设计人员利用上部结构自重抗浮，只计算上部结构总自重标准值大于总的水浮力设计值，就认为抗浮设计满足要求。既不分析其上部建筑荷载的分布，又未计算局部抗浮，局部范围因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部结构局部范围内大面积破坏。再如，在地下室底板计算中只验算强度不进行变形的裂缝宽度的计算，造成底板产生裂缝，漏水严重，形成“地下游泳池”。
更值得一提的是，有些设计人员和施工人员对地表水作用认识不足，当地下室地基为不透水的岩土层、支护又严密的基坑，一般认为不存在水的浮力，因此造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏的盲点，一旦暴雨来临，地面的地表水全流入基坑形成“脚盆”效应，即基坑为 “大脚盆”，地下室成为“小脚盆”。施工期间一旦未及时采取降水措施就会将“小脚盆”浮起，使用期间若不将四周的回填土采用粘性土分层夯实形成止水层，也同样会产生“脚盆”效应。
3.2解决对策
为防止地下室整体上浮我们通常采用两类做法，一类为“压”，一类为“拉”。 当采用“压”的做法时，利用建筑的自重（包括结构及建筑装修、上部覆土等，不含楼面活荷载）平衡地下室水的总浮力，当不能平衡时，必须增加“拉”的做法，即采用桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力。无论是“压”还是“拉”的做法，都必须进行整体抗浮验算，保证抗浮力（压重+抗拉力）大于水的总浮力。局部抗浮验算，除了梁板墙柱结构构件的强度验算、变形验算和裂缝验算，还应包括局部的抗浮验算，对于大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，建筑自重不均匀，当上部为高层或恒荷载较大时，该范围的整体抗浮能力可能较高，但上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围，特别应进行分区、分块的局部抗浮验算，例如：柱、桩、墙的压力或拉力能否平衡它所影响区域里的水浮力总值。同时在进行工程的抗浮设计时，要做到以下三个步骤：（1）仔细研读勘察报告；（2）进行整体抗浮和局部抗浮验算，并提出施工期间的抗浮措施和降水措施；（3）对存在“脚盆”效应的结构进行分析。
4.结论
经济的发展促进了建筑在向朝着高度不断增加的同时，以地下室为代表的地下建筑也在不断增加，其中地下水的存在是地下室结构设计中需要考虑的重要问题。地下室抗浮设计是修建地下室时十分关键的问题，必须慎重对待在实际操作中，必须仔细分析勘察场地条件周围环境和土层情况，准确计算出地下水浮力，根据不同工程的具体情况灵活运用各种抗浮设计方法。
参考文献：
[1] 贾金青，宋二祥.滨海大型地下工程抗浮锚杆的设计与试验研究[J].岩土工程学报， 2002，24（6）：769-771.
[2] 曾桂新.浅析地下水抗浮验算及抗浮措施[J].甘肃水利水电技术，2004.40（2）： 116-117.
[3] 张思远.在确定建筑物基础抗浮设防水位时应注意的一些问题[J].岩土工程技术，2004， 18（5）：227-229.
抗浮设计范文2
关键词：地下室;抗浮设计;概念
Abstract: the basement anti-uplift design is often neglected, and lead to adverse consequences is the basement float, basement floor crack ooze water, etc., are directly affect the structure of normal use and even is safe. Therefore, the basement anti-uplift should cause enough attention. This paper introduces the basic concept of basement design, and connecting with the engineering example discusses basement anti-uplift design.
Keywords: the basement; Anti-uplift design; concept
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
地下建筑物的抗浮设计关系到结构设计使用年限内的安全问题, 抗浮设计措施应根据工程地质资料、施工条件、地下结构情况进行周密的设计计算、精心施工, 尤其注意在施工阶段的抗浮问题。设计中应考虑工程造价的合理性, 并尽量利用一些简易的抗浮措施, 以达到降低工程造价的目的。
一、抗浮设计中基本概念
在多个地下室因水浮力作用而引发的工程~故中，我们发现有些设计人员对地下水的作用认识不足，抗浮设计的基本概念不够清晰，常见的有下列几种情况：
1、有些设计人员经常把设计重点放在地下室的梁、板、柱、墙的结构构件设计上，往往忽视整体抗浮验算分析，忽视施工的抗浮措施，总认为具有上万吨自重的地下室是怎么也不可能浮起来。
2、地下室底板裂缝、漏水，甚至成为地下游泳池，实质上大部分是因为地下水的作用远大于设计荷载而造的工程事故，有些设计人员却错误判断为温度应力作用、砼施工质量问题等。
3、对于地下水位高的地下室应进行整体抗浮和局部抗浮验算。对于基底为不透水土层的地基（基岩、坚硬粘土），深基坑支护又采用了止水帷幕或桩、锚、喷射混凝土联合支护，忽视水的浮力。试想万吨级以上大船能在江、河、海中航行，可见水的作用力之大。地下室就像一条“船”，地下室底板和侧墙形成一个密闭的船身，它的水浮力有多少呢，是它浸泡在水中的体积乘以水的容重，可见水浮力之大。地下室的抗浮设计就是要使这个船既不上浮，船身又不破坏，因此，地下室的抗浮设计应进行整体抗浮和局部抗浮验算。
然而有些设计人员对上述最基本的概念还不够清晰，例如，有些设计人员只对地下室底板的梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下的强度计算，未做整体抗浮的认真分析，特别是独立地下室、水池等，造成地下室整体上浮，给地下室结构带来严重破坏，难以进行复原处理。又如有些设计人员利用上部结构自重抗浮，只计算上部结构总自重标准值大于总的水浮力设计值，就认为抗浮设计满足要求。既不分析其上部建筑荷载的分布，又未计算局部抗浮，局部范围因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部结构局部范围内大面积破坏。再如，在地下室底板计算中只验算强度不进行变形的裂缝宽度的计算，造成底板产生裂缝，漏水严重，形成“地下游泳池”。
更值得一提的是，有些设计人员和施工人员对地表水作用认识不足，当地下室地基为不透水的岩土层、支护又严密的基坑，一般认为不存在水的浮力，因此造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏的盲点，一旦暴雨来临，地面的地表水全流入基坑形成“脚盆”效应，即基坑为“大脚盆”，地下室成为“小脚盆”。施工期间一旦未及时采取降水措施就会将“小脚盆”浮起，使用期间若不将四周的回填土采用粘性土分层夯实形成止水层，也同样会产生“脚盆”效应。
另外，有些设计人员和施工人员忽视施工对地下室抗浮的重要性，设计图纸对施工时抗浮措施的要求只字不提，施工人员在施工过程中不关注降水，没有采取降水措施或在抗浮结构未达到设计预定目标时就停止了降水，导致在施工期间产生地下室整体上浮事件时有发生，产生上述现象的主要原因除经验外，主要是对我国现行的技术规范、规定不了解。例如《地下室防水技术规范》在第10章中明确规定了，“明挖法地下室防水施工时，地下水位应降至工程底部最低高程500mm以下，降水作用应持续至回填完毕”；建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》的第4.4.3条第8款中，规定了“地下室抗浮（防水）设计水位及抗浮措施，施工期间的降水要求及终止降水的条件等”应在结构设计说明中明示；这些规定是经验的总结，我们应该严格按照相关规定做好地下室的抗浮设计和抗浮施工。
只要工程地下室基础底板标高低于该场地地下室抗浮水位标高, 设计时应考虑地下室的抗浮问题。我们通常采用两种做法来防止地下室整体上浮，一种为“压”，一种为“拉”。 当采用“压”的做法时，利用建筑的自重（包括结构及建筑装修、上部覆土等，不含楼面活荷载）平衡地下室水的总浮力，当不能平衡时，必须增加“拉”的做法，即采用桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力。无论是“压”还是“拉”的做法，都必须进行整体抗浮验算，保证抗浮力（压重+抗拉力）大于水的总浮力。
对于大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，建筑自重不均匀，当上部为高层或恒荷载较大时，该范围的整体抗浮能力可能较高，但上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围，特别应进行分区、分块的局部抗浮验算，例如：柱、桩、墙的压力或拉力能否平衡它所影响区域里的水浮力总值。因此在结构设计中，设计人员除了要进行梁板墙柱结构构件的强度验算、变形验算和裂缝验算，还应进行地下室局部的抗浮验算。
二、工程实例
1、工程概况
某工程地下室一层, 上部由主楼( 17 层) , 附属楼( 4 层) 等两个单体组成, 主楼为钢筋混凝土框架剪力墙结构, 附属楼为钢筋混凝土框架结构。工程所在地区抗震设防烈度为六度, 场地类别为Ⅱ类, 设计基本地震加速度值为0. 05g , 设计地震分组为第一组。地基基础设计等级为乙级, 基础采用钢筋混凝土冲钻孔灌注桩。地下室底板结构平面布置( 见图1) , 地下室剖面简图( 见图2) 。
图1地下室底板结构平面简图
图2地下室剖面简图
2、抗浮设计地下水位标高
确定用于计算地下室水浮力的设计水位, 当有长期水位观测资料时, 场地抗浮设防水位可采用实测最高水位; 无长期水位观测资料或资料缺乏时, 按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定, 由地质勘察部门提供, 具体体现在岩土工程勘察报告中。只要工程地下室基础底板标高低于该场地地下室抗浮水位标高, 设计时应考虑地下室的抗浮问题。若地下室自重小于地下水浮力作用, 应设置抗浮锚杆或抗浮桩。
3、抗浮桩的布置
本工程5 轴~ 8 轴间为纯地下室, 两端上部分别有主楼和附楼, 因此两端地下室部分建筑物自重较大, 足以抵抗地下水浮力, 在使用期内靠自重抗浮是没有问题的。而对于纯地下室部分, 建筑物自重较小, 靠自重抵抗地下水浮力不能满足抗浮要求, 所以该工程仅在5 轴~ 8 轴间的纯地下室部分考虑布置抗浮桩。抗浮桩的布置与抗压桩的布置一样要做到结构设计最省, 就要做到力的传递路线最短。常见布桩大致有三种形式: A、柱下承台布桩, B、柱下地梁上布桩, C、板内布桩。本工程按板内均匀布桩, 并在桩位上设置承台与地梁( 如图1) 。这样在水浮力作用下传力比较直接均匀, 且在抗浮桩满足抗浮承载力要求的情况下, 桩与承台可作为地梁的支座, 使得地梁跨度大大减少, 同时地下室底板的跨度也会相应减少, 减少了用钢量, 节省了造价。
4、抗浮桩的验算
抗浮计算无统一的计算公式, 各设计者采用各自的计算公式。该工程笔者抗浮计算按下式:
G+ nR a > 1.1F w式中
G ―― 柱底传来恒载标准值即建筑物自重包括覆土自重( 向下)
N――柱下抗浮桩的桩数
Ra――抗浮桩的单桩抗浮承载力特征值
Fw ――与柱对应的受荷范围内地下水浮力标准值( 向上)
该公式中荷载标准值对应于桩的特征值, 相当于基础地耐力计算式, 概念较为明确, 且在验算建筑物的抗浮能力时不应考虑建筑物上的活荷载。水浮力标准值F w = H w×10× A,H w 为水头高度, 即抗浮设计水位与地下室底板底之间的高度,A 为水浮力的作用面积。因地下室抗浮是一个十分重要的问题, 若考虑不当将会带来严重的后果, 且补救较为困难, 所以抗浮验算时安全系数取1.1。另外在设计中有许多对抗浮有利的因素在公式计算中无法体现, 且均未予以考虑，如粘性土的阻水作用, 地下室侧壁的侧阻作用, 底板与土壤的粘结力和吸力均未记入, 上部建筑物及地下室的整体刚度很大, 上部建筑物的压重在地下室部分的扩散作用均未考虑, 这些有利因素均可作为安全储备。
该工程桩基抗浮验算时分两种情况, 一种为柱下抗浮桩,另一种为非柱下抗浮桩。对于柱下抗浮桩( 取6 轴交F 轴处柱下桩计算) 建筑物自重及覆土自重的标准值G= 1755kN, 而该处承受的向上的水浮力标准值Fw = 1037kN, G > 1.1 Fw , 说明在有柱子的情况下, 建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多, 足以满足抗浮要求而无需抗浮桩。因此, 对于柱下桩可不考虑抗浮要求, 仅需满足竖向抗压承载力就可以了。对于非柱下抗浮桩( 取6 轴~ 7 轴交F 轴~ G 轴中间处非柱下桩计算) , 由于其承受的建筑物自重较小, G= 489kN, Fw =1037kN, G< 1.1Fw 。因此, 非柱下桩必须考虑抗浮要求。根据工程地质勘察报告提供的数据及土层情况, 经计算确定该工程抗浮桩的单桩竖向抗浮承载力特征值Ra= 680kN, 因此,根据上述抗浮计算公式G + nRa > 1.1Fw, 489kN+ 680kN= 1169kN> 1.1×1037kN, 满足抗浮要求。
参考文献：
[1] 戴西行,杜涛,李轶慧.抗浮锚杆在烟台某大型车库中的应用[J]. 中国水运(下半月刊). 2011(02)
[2] 魏坤,戴西行,杨勇.地下室抗浮锚杆布置方式设计探讨[J]. 山西建筑. 2011(08)
抗浮设计范文3
【关键词】 府河路苑 地下结构 抗浮锚杆
Abstract: this paper take The Fuhe Rode , 9#Building subsidiary of the basement podium for instance, for its characteristics of foundation as an independent base + waterproof board, do the anti-floating bolt design similar to ground anchor design method.
Key words: House River Road Court; underground structures; anti-floating anchor
一、引言及工程概况
“府河•路苑”工程聚住宅、商业用房、幼儿园于一体，其中9号楼周边为二层地下室，总面积3287，主体面积1086，周边需进行抗浮锚杆设计地下室面积约2200。±0. 00 为绝对海拔高度508.63m ,抗浮地下水位为绝对海拔高度506.63 m ,基坑计算深度为10. 0m。由于基础为独基＋抗水板, 结构专业在确定抗浮方案时，经常选择抗浮锚杆做为抵消地下水浮力的方案，而不是抗浮桩方案，因为选择抗浮锚杆方案造价相对便宜，施工也方便。因此采用抗浮锚杆进行抗浮设计是最为合适的。根据工程地质勘察报告提供的断层剖面,与地下室抗浮设计有关的土层及相关指标如下:
③稍密卵石层:土层与锚杆的摩阻力qsk =90 kPa , ④中密卵石层: qsk = 110 kPa ,⑤密实卵石层: qsk = 130 kPa。
二、设计理论
1.浮力的计算
理论上以基底的孔隙水压力作为抗浮水位标高是科学的,因为基底的孔隙水压力与水位高低有关,还与水在土体中的连通与渗透条件有关;而且真正处于静止状态的地下水是很少的,水在土体中多表现为流动状态。但是为了简化计算,还是采用长期稳定水位或实测稳定最高水位进行抗浮设计,浮力还是按照静力计算,计算如式(1) 所示:
F浮= PA =ρg hA(1)
式中:ρ为水密度; g 为重力加速度; h 为计算深度,即地下水位到基底的高度; A 为基底面积。
2.单锚极限承载力及锚杆根数确定
(1) 单根锚杆抗拔极限承载力标准值Uk
Uk = Σλiqsik ui l i(2)
式中:λi 为摩阻力折减系数; qsik 为第i 土层与锚杆的摩阻力; ui 为锚杆横截面周长; li 为锚杆进入第i 土层的深度。
(2) 锚杆自身抗拉强度极限值Uq
锚杆采用二次注浆工艺,近似认为水泥浆和钢筋结合为一个整体,且以钢筋的屈服作为整个材料的破坏标准。因此锚杆自身抗拉强度极限值为:
Uq = f yA s (3)
式中: f y 为钢筋抗拉强度; As 为锚杆的横截面积。
(3) 确定单根锚杆抗拔承载力设计值N
N = min (Uk /γk ,γqUq) (4)
式中:γk 为抗力分项系数;γq 为永久性锚筋抗拉工作条件系数。
(4) 确定锚杆数量n
nN +γg S g ≥ F浮 (5)
式中: n 为锚杆根数; S g 为上部结构自重;γg 为荷载分项系数,当对结构有利时取0. 9 。
三、设计与计算
1.抗浮设计
两层地下室，水头高度7.8 m，地下室部分结构主体自重52 kN/m2，锚杆间距2 m x 2m。则水浮力标准值为9.8 ×7.4－52=24.44 kN/m2，设计值为1.2 × 9.8 ×7.8－52=39.7 kN/m2 (水位常年变化幅度不大)。锚杆锚同土(岩)层为强风化泥岩层。
(1) 锚杆数量确定
根据建设单位提供的各柱抗浮自重与浮力,对于竖向抗浮自重小于浮力的柱及其基础,采用抗浮锚杆进行设计。采用的锚杆成孔直径150 mm ,钢筋采用HRB335 ,直径为22 mm ,暂定长度为6.3m ,锚固长度la ≥34 d = 34 ×32 = 1088 mm ,取la = 1. 2 m ,则锚杆计算长度为6.3 - 1. 2 - 0. 1 = 5 m。本文按地勘资料(最不利情况) 进行设计,锚杆进入土层深度如表1 。
表1 锚杆进入土层深度
土层 进入土层深度m
稍密卵石层 1.3(除去无效长度0.5，取0.8)
中密卵石层 3.5
密实卵石层 10
由式(2) 得单根锚杆抗拔极限承载力标准值:
Uk = Σλiqsik ui l i = πd Σqsik l i= 0. 15 ×π×(90×0.8 + 110×3.5 +130×0.7)= 0. 471 ×548 = 258 kN
由式(3) 得锚杆自身抗拉强度极限值:
Uq = f yA s = 300×(π/ 4) ×222×3 /1000= 342 kN
由式(4) 得到单根锚杆抗拔承载力设计值:
N = min (Uk /γk ,γqUq)= min (252/ 1.43 , 0. 69 ×342) = 180 kN
所以锚杆根数
n =（F浮－γg S g）/N=39.7×22000/180=489根
(2)锚固长度及配筋计算
《岩土锚杆(索)技术规程》CECS22：2005
La>(kNt)/(πφDfmg) (7.5.1-1)
式中：K=2.2，Nt=180KN，D=150mm，fmg=200kpa，φ=1.3
则La>（2.2×180）/（π×0.15×200×1.3）=3.2m
La>(kNt)/(nπφdξDfms)（7.5.1-2）
式中：K=2.2，d=22mm，ξ=0.75，fms=2000kpa，φ=1.3
La>(2.2×234)/(3×π×0.022×0.75×2000×1.3)=1.3m
La> max（3.2,1.3）=3.2m满足实际长度
As（KtNt）/fyk（7.4.1）
式中：Kt=1.6，Nt=180KN，fyk=335kpa
As（180×1000×1.6）/335=8602 ＜1140 满足实际配筋
四、施工要求
(1) 锚杆杆体采用直径22 mm 的二级钢并进行防腐处理(除锈、刷沥青船底漆) ;定位器采用Φ6. 5钢筋焊接制作,定位器间距不宜大于2000 mm。
(2) 注浆材料为P. O42. 5R 普通硅酸盐水泥,水灰比为0. 4～0. 5 ,28 d 无侧限抗压强度不得小于30MPa 。二次注浆采用高压,注浆压力为2. 0 MPa ,注浆管应随钢筋一同放入锚孔,其头部距孔底30 cm ,水泥用量不得少于80 kg/ m。
(3) 锚杆试验与检测:锚杆施工前,进行3 根锚杆的工艺检测及抗拔试验,其最大试验抗拔力为340kN 。锚杆施工结束后,应进行抗拔力试验检测,检测数量不宜少于锚杆总数的6 % ,且不宜少于6 根。
五、结论
(1) 施工前后对锚杆进行试验与检测,最大抗拔力均超过340kN ,证明采用的假设条件及设计计算方法是可行的,为类似的工程设计提供了参考经验。而且由于抗浮锚杆造价低廉、施工方便,可以广泛地应用于地下工程的抗浮设计。
(2) 采用锚杆进行抗浮，其方法较简单，经济性较高，但没有专门的计算规范和公式。建议有关部门抓紧制定抗浮锚杆设计及施工的规范，以指导目前越来越广泛的抗浮锚杆的设计、施工及检测。
参考文献
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抗浮设计范文4
关键词：地下水池；抗浮设计；处理措施
1 水池的抗浮验算
1.1 池顶荷载
池顶荷载包括恒荷载或活荷载，恒荷载为覆土重、防水层重和结构自重。整体式水池的防水层仅用冷底子油打底，然后刷一层热沥青，其重量可略去不计。池顶覆土的作用是保温和抗浮。活荷载考虑的因素是上人、堆料及车载。
1.2 池底荷载
池底所受的荷载有池底结构自重及地下水向上的反作用力。
1.3 水池的抗浮计算
地下水池产生的上浮现象的原因是结构体的重量和地下水池侧壁摩擦力之和小于水浮力所引起。地下结构所受的地下水浮力，为作用在基础板上的静水压强与底板面积的乘积，即水浮力：
P=pxA (1)
式中P――基底所受的水浮力；
p――作用在底板上的静水压强；
A――底板面积。基底静水压强p一般按以下式确定；P=Yw×H(2)
式中Yw――水的密度；
H――抗浮设计水头值。
1.4 水池的总体抗浮按下式计算：
(水池总自重+池顶覆土重)/总浮力≥1.25
总浮力=F底×(Hw+h1)Yw
式中F底――水池底面积，必须算至最外周边
Hw――地下水位至底板面层的厚度；
h――底板厚度；
Yw――水的密度，取lOkN/m3。
由以上代入可得，抗浮稳定性验算式为：
W/(Yw×H×F底)≥1.25
(3)
式中：W――基底以上全部净荷载，KN；
F底――水池底面积，m2；
H――抗浮设计水头值，m；
Yw――水的密度，取lOkN/m3；
上式只适用于平底水池。
2 满足抗浮要求的措施
地下结构抗浮方法很多，其中运用较多的技术措施有：增加自重法即压载抗浮、降排截水法和抗浮锚桩等。当整体抗浮不能满足时，均应采取相应抗浮措施。
(1)封闭水池可用增大覆土厚度的办法来解决；
(2)开敞式水池的整体抗浮不能满足时，可将底板挑出池壁以外，在上面压土或块石以增大抗浮力(这种方法同样适用于封闭水池)，此时底板应以浮力作为均布荷载进行强度及抗裂计算；
(3)在地形受到限制而不能用上述两种方法时，可采用锚桩抗浮。
3 顶盖厚度的确定
水池的顶盖一般均有覆土，由于长期承受大荷载作用，钢筋保护层厚度大，则单向板厚宜大于或等于L/25且≥90mm。
4 工程实例
某封闭式400t地下水池，用于住宅楼供水，其上覆土400mm，矩形结构，长×宽×高=17.2m×6.1m×5.9m，池底为风化岩层(砂岩)，池四边附近均建有构筑物，地势极低，地下水位很高(几乎与地面持平)，因此抗浮是设计的重要内容。
4.1 池顶荷载
顶板重力8.05kN/m2，覆土重力7.2kN/m2，活载(考虑消防车)10kN/m2，则q顶=25.25kN/m2。
4.2 池底荷载：
q底=q页+池壁重/底板面积=51.63(kn/m2
4.3 水池的抗浮验算
水池的整体抗浮：
水池的总自重荷载=5065 kN；
池顶覆土荷载=755.6 kN；
总浮力=6610 kN；
抗浮力=水池总自重荷载+池顶覆土荷载=5820.6kN
抗浮力/总浮力=O.88
计算结果表明，不满足抗浮要求。根据现有场地情况，底板不能外挑以增大抗浮力，埋深也不可能加大，而覆土亦无法增加，于是考虑底板下设锚桩基础以增加抗浮力，锚桩需进入风化岩中。底板所受浮力设计值为73.5 kN/m2。
锚桩布置如图1所示，单根锚桩所受拔力设计值为po=111.35 kN。
设锚桩直径D=90mm，用M30水泥砂浆。根据规范，水泥砂浆与风化岩间粘结强度设计值为f=450kPa，则锚桩须进入风化岩的最小深度为：L=pO/(πDf)=0.88m。
锚桩配筋计算：
Ag=Po/fy=111.35X103/310=360mm2。
最后确定，锚桩为1φ22，长1030mm(图2)
5 管道敷设的处理
5.1 水池底管道的敷设处理
本工程水池下管道敷设，即在地下泥床上开挖一条基槽，进行抛砂、土工布等基础处理后，再将管道经过沉放至水下基槽，在管道胸腔以下抛砂，管道胸腔以上填砂、石袋并进行理坡处理等，完成水池下管道敷设。一般的水池下连接上面的管道有数倍于水下管道的长度。在管道运行时，大量上面管道内的空气因溢气阀来不及排气而被压送至水池下管段，在水池下的管段较容易积累大量气泡而形成空管。
根据以上情况，水池下管道全部在水下，当管道存在空管或局部空管时，造成管道浮力大干管道自重而引起上浮。其计算公式如下：
F＝π R2ρ-2(R-δ/2)δρ2
式中：F――每米管道浮力(T/m)；
R――管道外半径(m)；
p――水的密度，―般取1×103kg/m3；
δ――管道壁厚，水下钢管道一般取δ=Dn×1％+1～2mm(Dn为管道公称直径)；
ρ2――管道材质密度，钢管一般取7.8×103Kg/m3。
水池下管道上浮造成管道折断或整体上浮的事故不断，管道抗浮措施一般分为：(1)主动抗浮，就是控制空气被压送至水下管道，尽量避免形成水池下管道空管现象，从根本上解决水池下管道上浮问题。其措施主要有设置高位井、排气管、阀门控制排气管等。(2)被动抗浮：在可能造成空管后，管道在上浮时增加向下的拉力，从而避免管道上浮。其措施主要有设置抗浮桩、钢砼压块、压翼结构、配重等
本工程采用阀门控制排气管，外加设计抗浮桩等措施进行池下水管抗浮处理。
5.2 水池上管道敷设的处理措施；
5.2.1 管道埋设时管沟宽度一般为管外径加0.5m，深度应依据冰冻深度，外部荷载等因素综合确实，在一般情况下，人行道为0.9m；住宅基道为0.6m，埋深且应在冰冻线以下0.2m。
管道可直接敷设在未经扰动的原土地基上，但如地基为岩石、砾石时，必须在地基上铺设厚度为0.15-0.2m的土或砂作为垫层并夯实。随着管道的敷设，管道两肋及顶部宜用符合要求的砂土分多次回填捣实，但接口前后0.2m范围内不得回填，以便试压观察。
管道试压前，管顶以上回填土厚度应小于0.5m，以防试压时产生推移，当试压合格后，方可进行大面积回填土并夯实，见图3。
5.2.2 管道接头之混凝土防护
当有压水沿着管道流入弯头，三通和管道末端塞头或法兰盲板时，会产生向外的冲力，故在这些部位必须提供固定支座，以防移动，参见图4、图5。
(1)水压在弯头处产生的推力W=2P・π/4・d2・sin(Ф/2)
式中：W――为推力(kg)；
P――水压(kg/cm2)；
d――管内径(cm)；
φ――弯头弯曲角度(°)。
(2)水压在三通接头或末端塞头产生的推力
W=P・π/4・d2式中：W――为推力(kg)；
P――水压(kg/cm2)；
d――管内径(cm)。
(3)管道上阀门的混凝土巩固防护
为了防止因开启、关闭操作时发生扭曲或因自身重量而发生下陷，对口径大于110mm阀门需以混凝土来巩固防护。
抗浮设计范文5
0 引言
地下轨道交通是一座城市现代化的标志，也是解决日益紧张的城市交通状况最理想的交通方式。地铁出入口作为进出地下车站的通道，为市民提供乘车便利及紧急情况下的疏散可能，其结构安全性是不言而喻的。地下结构所处地层有地下水时，结构设计计算要求计及地下水压力及其产生的浮力影响。地铁出入口结构的抗浮验算通常是采用整体抗浮设计的理念进行设计，即覆土压重与自重之和大于结构所受最大浮力。一般情况下，出入口顶板在平坡段因覆土较厚，结构内净空较小，断面抗浮安全系数较大；但在出入口出地面U形槽范围，因覆土浅，压重小，断面抗浮安全系数不足，造成出入口各部位抗浮力不均衡，存在U形槽段绕平坡段旋转的趋势。
1 工程概况
无锡某地铁车站位于两条城市主干道路口正下方，为地上二层10m岛式车站，单柱双跨箱型结构，车站设4个出入口、2组风亭。四个出入口分别设置在交叉路口4个象限。本文以3号出入口为研究对象，根据3号出入口工程特点、地质条件、环境保护要求，该出入口均采用明挖法施工，围护结构采用SMW工法桩加内支撑形式。
3号出入口位于车站东南角，为战时人员出入口，标准段覆土厚度4.35m，斜坡段覆土厚度0.36~4.35m，出入口顶板结构图如图1，出入口爬坡段纵剖面如图2，标准段断面尺寸如图3、4。
2 工程地质及水文地质
2.1 工程地质概况
出入口从上至下地层分别为：①2层杂填土、③1层粘土、③2层粉质粘土夹粉土、③3层粉土夹粉质粘土、④层粉砂、⑥1-1层粉质粘土、⑥1层粘土、⑥2-1层粉质粘土夹粉土、⑥2层粉质粘土
各土层主要物理力学指标综合建议值
层号 重度 基床系数K
(Mpa/m) 侧压力系数
γ(kN/m3) 垂直 水平 K0
③1 20.1 25 45 0.37
③2 19.3 20 25 0.45
③3 19.4 18 25 0.44
④ 19.6 25 32 0.4
⑥1-1 20.4 35 45 0.38
⑥1 20.4 48 60 0.36
⑥2-1 19.7 25 30 0.45
⑥2 19.7 39 45 0.4
出入口标准段结构底板座落在③3层粉土夹粉质粘土。
2.2 地形地貌及水文地质条件
出入口所在场地地形平坦，地貌单元属长江三角洲冲积平原。
根据场地地形、标高、场地地下水的类型、变化幅度、补给排泄、根据设计提供资料及无锡市气象水文资料等因素综合考虑，建议本工程场地车站结构抗浮设计水位按规划地表以下0.5m考虑。
3 断面抗浮验算
3.1 地铁车站抗浮验算原则
根据当地地铁技术要求及相关规范要求：轨道交通结构应根据地下水位的抗浮设防水位进行结构抗浮验算，不满足抗浮要求时须采取抗浮措施。
结构设计应按最不利地下水位情况进行抗浮稳定验算，在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。
3.2 人防段断面抗浮计算
项目 荷载
名称 宽度m 长度
m 厚度
m 重度
kN/m3 荷载KN
抗浮力 覆土
自重 7.20 1.00 4.35 19.00 595.08
顶板
自重 7.20 1.00 0.60 25.00 108.00
底板
面层 6.00 1.00 0.15 22.00 19.80
底板 7.20 1.00 0.60 25.00 108.0
侧墙 3.65 1.00 0.60 25.00 54.75
总计：土重+内衬结构自重 886
水浮力 7.2 1 8.72 10 628
抗浮安全系数：抗浮力/水浮力 1.41
结论：抗浮安全系数大于1.05，满足抗浮设计要求
3.3 标准段断面抗浮计算
项目 荷载
名称 宽度
m 长度
m 厚度
m 重度
kN/m3 荷载值KN
抗浮力 覆土
自重 5.70 1 4.35 19.00 471.11
顶板
自重 5.70 1.00 0.60 25.00 85.50
底板
面层 4.50 1.00 0.15 22.00 14.85
底板 5.70 1.00 0.60 25.00 85.50
侧墙 3.65 1.00 0.60 25.00 54.75
总计：土重+内衬结构自重 711.71
水浮力 5.7 1 8.72 10.00 497.04
抗浮安全系数：抗浮力/水浮力 1.43
结论：抗浮安全系数大于1.05，满足抗浮设计要求
3.4 U形槽断面抗浮计算
项
目 荷载
名称 宽度
m 长度
m 厚度
m 重度
kN/m3 荷载KN
抗浮力 覆土
自重 5.70 1.00 0.00 19.00 0.00
顶板
自重 5.70 1.00 0.00 25.00 0.00
底板
面层 4.50 1.00 0.00 22.00 0.00
底板 5.70 1.00 0.60 25.00 85.50
侧墙 5.90 1.00 0.60 25.00 177.06
总计：土重+内衬结构自重 262.56
水浮力 水浮力 5.7 1 6.5 10.00 370.50
抗浮安全系数：抗浮力/水浮力 0.71
结论：抗浮安全系数小于1.05，不满足抗浮设计要求
经以上断面分析验算，断面抗浮不完全满足抗浮设计要求,平坡段抗浮有余，U形槽段抗浮不足。
4 三维模型抗浮验算
根据本出入口施工图尺寸建立三维板单元模型进行整体抗浮设计验算，模型如下：
根据工程实践经验，假定车站位于出入口接口部位位移为零，出入口板、墙与车站接口以“只受压连接”连接。采用只受压面弹簧模拟出入口结构底板、侧墙与岩土之间相互作用。为简化模型，统一取底板、侧墙受压面弹簧刚度为K=25Mpa，分析出入口结构整体模型在水压力、土压力、结构自重、底板面层自重作用下，分析结果如下：
UX位移云图(单位：mm)
UY位移云图(单位：mm)
UZ位移云图(单位：mm)
水浮力工况下的结构变形值统计如下表：
位移方向 位移最大值 变形部位
UX（mm） +2.10 敞口段顶部周边
UY（mm） +0.84 下坡段侧墙中部
UZ（mm） -5.92 平坡段转角部位顶板中部
由上表可知，水浮力工况下出入口结构位移幅值中，竖向位移最为主要。
此外，以U形槽顶部位移为研究对象，查询模型计算结果可知，U形槽顶部竖向位移-0.3~-3.6mm，顶部水平X方向位移约为+2mm。由此可知U形槽段均存在整体沉降位移，满足整体抗浮验算要求；U形槽顶部整体有+X方向位移，经力学分析可知，此现象是出入口U形槽段底板水浮力对出入口平坡段的力及力矩作用使然。以上数据趋势均与实际情况比较吻合。
5 结论
断面验算出入口抗浮能力通常出现两种情况，平坡段断面抗浮有余，U形槽段断面抗浮不足，在实际地铁设计工作中往往根据经验，仅仅通过平坡段断面抗浮验算来衡量整体出入口抗浮能力，而忽略考虑抗浮不足范围。经出入口三维整体抗浮计算验证了水浮力工况下结构的抗浮能力满足结构抗浮要求，U形槽段抗浮能力不足由出入口平坡段富余的抗浮能力补充。
参考文献:
[1] 张景花. 地铁车站的抗浮设计[J]，山西建筑，2010.3：122-123.
[2] 冷晓雨. 地铁车站抗浮设计研究[J]，广东建材，2010（07）：60-61.
[3] GB50157-2013 地铁设计规范.
[4]侯勉望. 地铁车站设计中抗浮问题的研究[J]，《科学之友》，2008（20）：42-43.
作者简介：
抗浮设计范文6
关键词:地下工程；地质条件；抗浮设计；优化工作
中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
随着国民经济建设步伐的加快，城市建筑行业得到蓬勃的发展，许多建筑工程开始对地下空间进行开发及利用，这对地下工程结构的质量安全也提出了更好的要求。我国沿海地区地下水文普遍较高，地下水浮力较大，传统结构的抗浮桩由于自身具有一定的缺陷，已无法满足当前地下工程建设的需要，若建设单位不进行抗浮优化设计，很可能会出现地下室上浮、地下结构被破坏等情况。而将钢筋混凝土支护桩作为抗浮桩具有成本低、抗浮承载力高、施工工期短等优点，能够较好弥补传统抗浮桩的不足之处，并降低工程基坑开挖和支护结构的风险及难度，目前在城市地下工程中得到广泛的应用及推广。本文通过探讨地下工程抗浮优化设计研究工作，希望为类似工程设计研究工作提供借鉴依据。
1工程概况
某地下人防工程位于该市中心某商业繁华地段，按照平-战结合原则设计，地面为车辆交通道路，地下人防平时用作步行商业街。
该工程的结构类型为现浇钢筋混凝土梁板、柱、墙结构，基础采用现浇钢筋混凝土筏板基础，下沉式广场为桩筏基础;工程类型为甲类人防地下室工程(掘开式)，抗力系数为6，防核武器抗力级别为6、7，地基基础设计等级为甲级。支护桩采用钻孔灌注桩，沿基坑周边布置，桩径d为900mm，桩长为12～16.5m，桩中心距s为1400mm，所用混凝土强度为C30。基坑内支撑采用平面钢桁架，支护桩桩顶冠梁兼作围囹。基坑四周桩间土用三重管高压旋喷桩竖向加固，与钻孔灌注桩联合作业，形成止水帷幕。基坑开挖时采用对地表水和上层滞水设置排水沟和集水井的方法进行明排，下部砂层承压层采用管井群疏降水。
2场区水文地质条件
该工程场区的水文地质条件较为复杂。场区域自中更新世末期至晚更新世中期堆积了近百米厚的砂卵(砾)石层，勘探深度内的卵石层属其上部，地层层位为上更新统洪积、冲积层，之上为全新统粉质黏土、粉土、粉砂、沙层。
场区孔隙潜水动态变化受大气降水影响明显，枯水期水位埋深0.5～1.5m，丰水期水位与地面平齐，勘探期间测得水位埋深0.55～1.12m。孔隙承压水水位呈水文型自然动态变化，即随江河水位变化而变化，态势明显，如图1所示。全年中，1、2、3、11、12月份为孔隙承压水的枯水期，勘探期间测得地下水位埋深1.85～2.05m，7、8月份为地下水丰水期，其他为地下水平水期。
图1地下水位和江河水位动态曲线图
3原设计抗浮验算及分析
原设计考虑到地下结构自重作用下抗浮稳定性不足，采取了如下措施:①街道下采用增加抗浮混凝土配重垫层(厚1400mm)，如图3所示;②沉入式广场采用有扩大头的钢筋混凝土灌注桩(直径为800mm)作为抗拔桩。
根据我国相关规范要求，结构的抗浮稳定性应满足下式:
Kw=Gk/Nw，k (1)
式中:Kw为抗浮稳定安全系数;Gk为底板单位面积抗浮力，即建筑物自重及压重之和，kN;Nw，k为浮力作用值，kN。
抗浮稳定安全系数Kw一般情况下可取1.05，考虑本工程的工程线路较长、水文地质情况较为复杂，Kw按1.10设计。
根据“安全、经济、合理、科学”的设计原则，单位面积板底浮力作用值w，k为
w，k=γw(h1+h2)(2)
式中: w，k为单位面积底板浮力作用值，kN/m2;γw为地下水的重度，γw=10kN/m3;h1为地下结构的高度，m;h2为最大动水位离地下结构顶面的距离，m。
由图2中可知，原设计中地下结构顶面标高±0.000，相当于绝对标高30.000m。根据地下水位动态曲线分布规律(见图1)，取抗浮承压水水位绝对标高为32.00m，则h2=2m，由图2所示，h1=4.9+1.4+0.5=6.8m，故w，k=10×(6.8+2.0)=88kN/m2。
图2原设计方案
以街道下23m宽(3跨区)区域为例进行验算，底板单位面积抗浮力在计算上覆土及路基路面、混凝土顶板、底板、抗浮混凝土配重垫层、柱(柱帽)、墙、基础底板自重及压重并考虑外挑影响后为92.64kN/m2。
按公式(1)计算可得Kw=Gk/Nw，k=92.64/88=1.05，不满足设计中抗浮稳定安全系数大于1.1的要求，可见原设计中23m宽(3跨度)区域抗浮承载力(未考虑活荷载抗浮)略有差欠。
进一步对其他位置进行分析可知，39m宽(5跨度)区域等更宽的位置，因为侧墙、底板外挑作用的当量均布抗浮力计算值会减小，不能满足抗浮设计要求;有楼梯的位置，因为上覆土、顶板等的抗浮力计算值大大减小，更不能满足抗浮设计要求。
4抗浮优化设计
4.1街道下主体结构利用支护桩抗浮设计方案
为了提高原设计的抗浮承载能力，提出了街道下主体结构抗浮优化方案，如图3所示。新方案与原方案相比，主要区别如下:
(1)利用支护桩参与街道下人防主体结构的抗浮。
(2)减少原设计的室内抗浮混凝土配重垫层厚度。
(3)尽可能地减小底板外挑长度，为基坑开挖施工提供方便。
图3 利用支护桩抗浮方案
4.2优化后方案抗浮验算
利用支护桩作为抗浮桩时，单桩抗拔承载力除了考虑桩自重外，还应考虑支护桩侧旋喷混凝土等侧阻的有利影响。由计算分析并经抗拔承载力试验确定本方案中抗拔承载力特征值按350kN计算。分别按混凝土配重垫层厚度减除0.7m和0.5m来计算，街道下主体结构利用支护桩抗浮的验算结果如表2所示。
根据表1计算可知，利用支护桩抗浮后，混凝土抗浮配重层减除一定厚度的方案是可行的，其中在23m宽(3跨度)区域，可减除0.7m厚混凝土抗浮配重垫层，减除后抗浮稳定安全系数Kw为1.12，满足设计要求;而在39m宽(5跨度)区域，宜将混凝土减除厚度控制在0.5m或采取在跨中增设抗浮桩等其他处理措施，减除配重层厚度0.5m后相应的抗浮稳定安全系数Kw等于1.10，满足设计要求。
表1利用支护桩抗浮验算结果
4.3沉入式广场抗浮桩桩型优化
原设计中沉入式广场抗浮桩采用有扩大头的钢筋混凝土灌注桩(直径为800mm)，虽然其抗拔力学性能占优，但存在当地施工困难、成本太高的问题。从成桩可能性、节约费用，尤其是施工时间等考虑，建议取消沉入式广场抗浮桩的扩大头，直接采用钢筋混凝土灌注桩。
4.4新方案实施效果
优化后的方案可减少室内混凝土抗浮配重垫层厚度0.7m或0.5m，同时减小了基坑开挖深度，缩小基坑边缘距离(沿街道缩进约1000mm)，在大大减少基坑开挖土方量的同时，也对周边管网的保护和利用提供了极大的便利。新方案中提高了基坑降水水头，减小了降水的风险和难度;沉入式广场抗浮桩取消扩大头，直接采用钢筋混凝土灌注桩节约费用明显，效果良好。据统计，以上各项合计节约工程总造价达1016.7万元以上。由于本工程要求必须在枯水期和平水期间一次性连续开挖施工完成，因此，相对于工程造价，确保施工工期按时完成更为重要，实践证明，优化方案对缩短施工工期起到了非常好的作用。
5结语
综上所述，地下工程抗浮设计是影响工程整体质量安全的重要因素。因此，加权抗浮优化设计的研究工作就显得十分必要了。本工程通过利用废弃的钢筋混凝土支护桩作为抗浮桩，大大提高了地下工程主体结构的抗浮承载力，同时减少了基坑开挖及抗浮工程的成本，降低了工程的施工难度，并取得了较好的经济效益。
参考文献