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有关于大型地下结构抗浮桩设计研究
摘要:随着国民经济的日益发展,促使城市建设的发展,地下空间的开发和利用越来越来越多,地下结构的抗浮问题日益突出。文章简述了各种地下结构的抗浮措施,重点研究了抗浮桩的受力机理、设计计算方法及适用范围。 1、前言
近年来,随着国民经济的日益发展,促使城市建设的发展,高层及超高层建筑的涌现,基础埋置越来越深,同时,作为车库等功能的广场式建筑的纯地下室部分、裙房或相对独立的地下结构物(如下沉式广场、地下车库、地下铁道等)的开发和利用越来越广泛,由此,地下结构物的抗浮问题日益突出。
如何解决地下工程结构物的抗浮问题目前已成为一个经常面临的问题。因地下水浮力作用或抗浮措施不当而造成地下工程的破坏,在国内已有不少的事例,如武汉果品公司舵落口地下冷库、海军航空兵上海市大场地下机库、银川及承德市的少数人防工程都因地下水浮力的作用造成不同程度的破坏。
在我国沿海地区曾出现过多起因地下水浮力而导致地下室破坏的事故。在这些事故中,有的地下室底板隆起,导致底板破坏;有的地下建筑物整体浮起,导致梁柱结点处开裂及底板破坏等等。
一般而言,地下室上浮的原因是结构体重量及地下室侧壁摩擦力之和小于水浮力所引起。上浮处理方法有抽水、解压、加载及洗砂等方法配合运用,其中以洗砂作业程序最复杂,常在其它方法处理失效后才使用。处理后,上浮的地下室很少能回沉至原高程,残存的上浮量需借建筑收尾工程处理。由于地下室无法回沉至原高程,并且有些结构在上浮时受到损坏,基础底板下的空隙需另施做填缝灌浆填补之。
地下室上浮的意外事件可能发生在各种地层中,包括透水性极低的软件粘土层或极稳定的卵石层中。低水位也不保证不会发生上浮,因地下水位可能因暴风雨、地表逸流或施工不慎等因素突然升高,地下水浮力一旦超过结构物重量及侧壁摩擦力时则上浮随之发生,建筑物将产生变形等破坏。不能保证正常使用中的安全,必须采取有效的处理措施。地下结构物的抗浮问题成为影响结构工程设计和工程投资效益的难题之一,并引起结构工程师的重视和广泛关注。
在国内外,关于抗浮设计这方面全面系统的研究和文献资料并不多。结构工程师们通常对此类情况感到十分的困惑,主要原因之一是有关的设计规范规程中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,引起很多的争议。
2、抗浮方法当地下结构物的自身重量(如顶板有覆土,也包括在内)不能抵抗地下水浮力时,地下结构物则产生上浮,导致结构变形损坏,由此需进行抗浮设计。
工程抗浮设计包括整体抗浮验算和局部抗浮验算。通过整体抗浮验算虽然可以保证地下结构物不会整体上浮,但不一定能保证结构物底板不开裂等变形现象,因此,还应对结构物底板进行局部抗浮验算。在具体的设计中应根据工程特点、地质情况、场地条件和环境等因素(如基坑的支护形式、基坑深度、基坑底的土层条件等),综合考虑,因地制宜,选择一个最佳有效的抗浮方案。
增加自重法增加自重法包括顶板压载、基板加载及边墙加载等方法增加地下结构物自身重量(即恒载),使其自身的重力始终大于地下水对结构物所产生的浮力,确保结构物不上浮。这种方法的优点是施工及设计较简单;缺点是当结构物需要抵抗浮力较大时,由于需大量增加混凝土或相关配重材料用量,故费用增加较多。
摩擦抗浮法土壤与地下结构物间存在摩擦力,这种