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时间 2022-04-01


随着城市建设高速发展,地下空间的开发利用成为必然趋势。随着地下建( 构) 筑物不断出现,建筑结构的抗浮问题日益突出,且地下结构埋深越大,越易受地下水浮力影响,从而易导致结构墙体及底板上浮、底板裂缝甚至整体结构“漂浮”,发生严重破坏,危害结构的安全。可见,地下结构的安全性不容忽视。近年来,由于地下结构上浮事故频频发生,带来了极大的安全隐患与经济损失,使得地下结构抗浮问题得到越来越多的关注重视,其抗浮设计也成为设计人员须全力关注的核心要点。当前,五洲管理积极孵化设计管理高端咨询产品,加快“小、精、专”专业特色产品打造,高度重视技术优化在设计管理中的核心支撑作用。对此,本文围绕案例实践,以为业主提供设计管理增值服务为导向,针对地下结构抗浮设计行了探讨。

杭州某新建商业综合体,因结构抗浮设计采用预应力管桩产生局部管桩抗拔。同时施工单位未按设计要求待覆土完成后再停止降水,导致在其连续阴雨天后,地下2层地下室内主楼框架柱边底板突然破裂,从中涌出大量泥水。经测量板中最大上浮量达23 cm。
观点总结 / SUMMARY OF VIEWS
要想更好解决地下结构的抗浮问题,从源头确保结构安全性,最有效手段是规范勘察和设计阶段工作,在深刻理解地下结构上浮机理和规范条文的同时,结合实际工程经验,强化对地下结构系统的抗浮设计工作。

五洲管理设计管理团队各专业深度融合,针对施工图设计方案进行系统全面审核,对其存在主要问题及可能产生风险,从各自角度进行分析,制定合理的处理策略。
本项目地下结构经设计管理团队复核验算,整体抗浮安全符合要求。进行局部验算时,发现如13轴交G轴处相关范围结构自重、基桩抗拔力等之和为2693KN,远小于该处水浮力3631KN,局部抗浮力不满足要求,存在局部上浮风险。进一步进行局部验算时,发现结构施工图中13~16轴交F~N轴范围处,即“下沉广场”及“四水归堂”位置,该处位置顶板开洞,在无顶板自重及无顶板覆土荷载的工况下,局部底板自重、基桩自重、基桩抗拔力等抗力之和远小于水头作用下的水浮力,此区域相关范围存在较大的上浮风险。若发生局部上浮破坏,基础底板、地下墙体、梁柱节点很可能会因为局部应力过大产生开裂变形并产生严重损伤,造成严重的安全风险。同时,由于该区段地下水位埋深较浅,在水头作用下易于产生渗漏,地下车库无法正常使用。而该项目属于重大民生工程,人员密集度高,一旦发生此类事故,后果不堪设想。
亮点措施
基于该情况,五洲管理设计管理团队要求设计单位对类似13轴交G轴顶板覆土较少处或其它顶板开洞情况下的抗浮进行重新验算复核。根据我方咨询意见,设计单位将地下结构“下沉广场”及“四水归堂”处结构底板进行了加厚,增加了结构自重,并在相关范围内增加了抗浮桩数量,强化配重等抗力与浮力相平衡,并根据荷载分布对桩的布置进行优化调整,经复核计算及优化设计,本工程杜绝了局部上浮破坏的安全隐患。本项目经五洲管理设计顾问咨询后,工程品质取得较为明显的成效,五洲管理设计管理顾问公司让建筑更美好!

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地下结构抗浮设计中,最重要问题之一就是合理确定地下水位,实质上也就是合理确定作用于地下结构底板上的浮力大小,而准确确定可能遇到最高抗浮水位是整体、局部抗浮验算的重要依据。对勘察报告中提供的抗浮设计水位要加以判断,不能不加分析盲目使用。在设计过程中,在确保建筑物安全与合理使用情况下,应科学合理设置抗浮设防水位。
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在进行地下室抗浮设计时,既要进行整体抗浮验算,保证地下室抗浮力(压重+抗拔力)大于水的总浮力,又要进行局部抗浮验算,确定柱、桩、墙的压力或者拉力能平衡其所影响区域内总的水浮力值,保证地下室不出现局部上浮破坏。特别是对于大面积地下室上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围,更要验算分区、分块的局部抗浮能力。
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应根据工程地质情况、抗拔力数值、周边环境等因素综合考虑,选择安全经济的抗浮桩桩型。灌注桩与预制实心方桩的连接构造简单可靠,选用预应力管桩(空心方桩)抗拔则需要考虑的因素较多。同时,地下结构抗浮设计中采取抗压桩兼做抗拔桩这种措施时,需注重桩与承台有效连接,进而提高抗拔桩承载力;当为多节预制桩时,接桩处构造做法也需满足抗拔桩承载力及相应构造要求。
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地下水位及其变幅是地下结构抗浮设计重要依据。在实际地下结构抗浮设计中,设计人员往往只考虑正常使用极限状态,对施工阶段往往重视力度不足,易造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。因此,要高度重视并加强施工阶段抗浮设计。
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在地下结构抗浮设计时,设计人员往往只重视地下水、承压水和径流影响,易忽视地表水不利影响,进而造成在施工和使用阶段建筑物上浮破坏。特别对基底为不透水土层的地基,深基坑止水帷幕、支护结构、地下室底板和侧墙形成密闭空间,极易形成“脚盆”效应。一旦暴雨来临,地表水流入基坑且无法排出,基坑这个“大脚盆”和地下室“小脚盆”间充满水,会对建筑物造成不必要的抗浮破坏。因此,地下结构抗浮设计时要高度重视地表水影响。
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在地下结构抗浮设计中,为了达到其所受水浮力降低、优化抗浮性能的目的,则需要设计人员重视地下室结构自重抗浮。如增加地下室顶板上的覆土厚度;地下室底板采用下沉板设计,并在板面上进行覆土处理,从而提高地下室结构抗浮能力等。同时,对满足整体抗浮稳定性要求但局部不满足的地下室结构,需设计人员能重视其结构刚度增加,完善地下室结构体系,并落实好其强度及变形方面的复核分析工作,逐渐提高地下室结构应用中的抗浮能力。
结语
地下结构抗浮设计是一项复杂的系统性工程,牵涉设计、施工、监测、验收和维护等方面,对工程安全和投资造价影响较大,须基于具体工程并结合当地地方经验,因地制宜,精心设计、严格施工,确保工程质量安全。在后续工作中,五洲管理将进一步深化地下结构抗浮设计咨询专项研究,实现安全性、经济性与适用性的和谐统一,全过程设计管理与技术优化的有机融合,全力打造“小、精、专”特色设计管理高端咨询产品,助力用高品质服务赢取业主信任,实现自身价值,打造五洲品牌。