随着我国城市的不断发展,促进了现代化的发展进程,许多先进的施工技术涌现出来,改变了传统建筑施工的格局,满足了人们对房屋建筑的更多需求。在建筑工程领域中,地下室作为建筑主体的重要部分,肩负着多项功能的应用使命,对于地下室的安全性和稳定性都影响着建筑的主体,对人们的居住体验带来了保障。现阶段人们对建筑地下室空间的合理利用越来越重视,这就为现代建筑的发展开辟了全新的方向,为了提高建筑地下室的结构质量,将新型的施工方法和施工理念融入进来,提高了建筑水平。但是,在建筑工程施工领域中,地下室结构的设计和施工都比较复杂,需要考虑的因素众多,所以在施工中具有一定的难度,如果没有做好地下室结构的施工,建筑主体也会受到巨大的影响。对于地下室结构施工而言,最常见的问题就是抗浮问题,同时也对建筑稳定性具有较为严重的影响,为此,施工企业必须高度重视地下室抗浮问题,全面分析地下室抗浮问题的原因,并进一步采取对应的处理措施,保障建筑的施工质量,保障建筑工程的社会效益与经济效益,从而满足人们的实际需求,促进建筑领域的健康发展。
结合物理学中的阿基米德浮力定律来看,当物理在物体中时会受到一个向上的浮力,浮力的大小相当于物体排开的液体质量。
建筑地下室浮力计算公式表示为:SF=ρwgVw=γwVw=γwhs。
其中,ρw代表水的密度;γw表示水的重度,Vw表示为建筑物排开水的体积;h代表地下室抗浮高度;s代表地下室的底板面积。在建筑地下室结构的浮力计算中,一般结合抗浮设计理论为基准,通过一系列的盐酸得出地下水的浮力。通常来说,在开展地下室结构浮力计算时,都会在地基位置建造一个观察台,然后对建筑结构的地下水位进行适时观测,有效的对地下防水位进行设定。但是由于地基观察台不能对建筑地下水进行长期观测,所以,在开展防水位设计时,就要全面结合建筑工程的实际要求,综合考虑各类 因素,从而合理的设置防水位。
对于建筑工程来说,在地基施工环节中,如果建筑区域的地下结构具有地下水,就会对整体建筑产生一个上浮力,这对建筑结构的稳定性产生着一定的影响,所以,我们在地基施工过程中必须采取有效的处理措施来提高建筑结构的稳定性,从而保证建筑质量。一般情况下,建筑企业在开展地基施工时,要对地下水进行合理的分层,通常情况下分为上层滞水、中层潜水和底层承压水。
首先,在对地下室抗浮问题分析来看,主要是对建筑地基结构中的地下水产生的破坏力进行合理化分析,然后了解地下室结构上浮问题产生的实际情况。现阶段我国建筑企业在实际应用中出现地下室抗浮问题主要表现为两类,其一是地下室出现局部上浮问题,另一个是地下室结构整体上浮问题。第一种主要是由于建筑结构的整体结构要大于地下水浮力,而其中的局部重量要小于地下水浮力,这就会导致地下室结构抗浮不均衡的现象,从而出现部分结构上浮的现象。而第二种现象则是指建筑区域地下水的浮力超过了建筑整体重量,导致地下室结构发生身体上浮。其次,通过本项目的案例分析得出结论,地下室抗浮力不足就会导致结构出现贯穿性裂缝,同时分布比较有规律。而抗浮问题主要就是由于地下室抗浮承载力不足而引发的,同时对建筑结构也产生一定的影响。通常地下室局部出现上浮问题会导致地下室开裂,范围比较广,并且裂缝的走势比较有规律,一般都呈现水平裂缝,严重时也会导致局部凸起。当地下室结构整体上浮时,会导致建筑整体出现倾斜和较大位移的现象,如果地下室结构强度比较大,还可能出现整体偏移现象,如果地下室结构强度较弱,也会出现局部上浮的情况。
通过对地下室结构抗浮问题的理论分析来看,了解地下室结构抗浮问题的基本原理和对建筑整体的影响。另外,我们还要对地下室出现抗浮问题的具体原因进行全面总结。建筑地下室出现抗浮不足的原因主要包括气候条件、地理环境、自身结构、施工降排水工作不到位以及设计不合理等情况引起的。具体来说:
(1)气候条件。对于建筑工程来说,气候因素是引发各种问题的主要因素,同时也是引起地下抗浮问题的原因之一,对于本项目属于西南地区,特别汛期雨水充分时节或者连续多日暴雨天气,都会导致地下水位上升,超出了原本设计的抗浮水位,从而引发地下室结构抗浮不足的现象。
(2)地理环境。对于一些特殊地质环境下的建筑工程来说,建筑工程的地势较低,特别是周边比本地下室都高,而场外区域的地下水都流向建筑工程,导致地下水位急速上升,容易产生盆室效应,超过了抗浮水位,建筑区域环境受到地下水与压力等因素的影响,导致地质环境发生改变,从而对建筑工程造成一定的影响。
(3)自身结构因素。在开展建筑工程施工时,当建筑地下室结构基本完工时,顶板和地下外墙都没有回填,从而导致地下室结构自重不足造成的抗浮问题。
(4)施工降排水工作不到位。在实际施工中,为了考虑工程的经济效益和工期等隐私,需要在地下室结构顶板还未加载完成时就停止降水,同时场内的排水工作混乱,外墙回填不到位,从而在大于来临时地表水通过不密实的机构流入地下室结构出,提高水浮力,从而导致地下室结构抗浮问题。
(5)设计不合理。建筑工程的地基工程抗浮设计参数、模型模拟以及计算不准确,就会导致工程的稳定性降低,影响建筑的地下室结构施工质量,从而产生抗浮问题。
某项目集住宅、商业与一体,由1#～8#(住宅)、集中商业、两层地下室及相应的室外环境工程组成。项目总用地面积为38297.0m2,总建筑面积199708.14m2;本工程主体结构为框剪结构,建筑统一设置-2F地下室,设计±0.00标高为1358.10m,地下室底板标高划分为1349.30m和1348.80m两个区域,该场地上层滞水埋藏较浅,地下水水位标高在1351.50m左右,考虑场地勘察期间属于枯水期,洪水期地下水位会高于地下室底板,建议地下室设计抗浮水位标高为1352.50m。项目地下室底板高程为1348.3m,正负零高程为1358.1m。地下室底板至地勘建议的抗浮水位高差为4.2m,项目所在位置是周边最低,周边建筑都为1层地下室,本项目为2层地下室。由于6月份本地二次大普降2次特大暴雨,两日降雨预报等级均为红色,6月12日凌晨实际降雨大于100mm。
①破坏区域为框架结构,基础为杯口独基,无地梁,底板下设10cm碎石褥垫层,因基岩为中风化白云岩,岩质较硬,破碎开挖困难,基岩面平整度存在10～20cm较大误差不等超挖现象,碎石垫层厚度不均匀,塔楼与裙楼交接处出现贯穿性裂缝。②1#楼～3#楼之间地下室占地共6072m2(为2层地下室,上部无结构,设计1.2m覆土暂不满足施工条件,尚未覆土)。底板标高-8.8m,板厚0.3m;垫层0.15m,面层0.15m细石混凝土;-1层楼板厚0.1m,面层为0.05m细石混凝土;顶板厚0.26m;面层均已施工完毕。③3#楼～5#楼之间地下室占地面积共3606m2(为2层地下室,上部无结构设计0.9m覆土暂不满足施工条件,尚未覆土)。底板标高-9.3m,板厚0.35m;垫层0.15m,面层0.15m细石混凝土;-1层楼板厚0.1m,面层为0.05m细石混凝土;顶板厚0.26m;面层均已施工完毕。
选取3#栋和5#栋之间的浇筑块进行验算,具体见下表:
强降雨导致地下水位高降水井内的水位为5.3m,相对高程为1353.6m。超过地勘建议的抗浮水位1352.50m有1.1m,超过现有混凝土结构能抵抗水位1351.25m有2.35m。正负0为1358.1,地下室底板底部标高分别为-9.1和-9.65m,抗浮设计水位为1354.46为-3.64m。
锚杆一计算:
水浮力计算:(9.1-3.64)×10=54.6;标准跨度8.4× 8.4内布置锚杆11根;取单根锚杆抗拔特征值290kN,
(Rt+Gk)/Ks=(290x11+0.5×26×8.4×8.4)/1.05=4107kN>8.4×8.4×54.6=3852.6kN,
锚杆抗拔特征值取290KN,满足要求。
锚杆二计算:
水浮力计算:(9.65-3.64)×10=60.1;标准跨度8.4× 8.4内布置锚杆11根;取单根锚杆抗拔特征值330kN,
(Rt+Gk)/Ks=(330×11+0.5×26×8.4×8.4)/1.05=4339.7kN>8.4×8.4×60.1=4240.7kN,
锚杆抗拔特征值取330KN,满足要求。
单根锚杆钢筋配置计算:
①锚杆一:锚杆直径取150,抗拔承载力特征值为290KN;
根据GB50086-2015规范第4.6节条,
Nd=1.35rwNK=1.35X1.1X290=430.65
AS=Nd/Fy=430.65x1000/360=1196.25
考虑钢筋锈蚀等不利影响,取3根25,面积为1471.8,满足要求。
②锚杆二:锚杆直径取150,抗拔承载力特征值为330KN;
根据GB50086-2015规范第4.6节条,
Nd=1.35rwNK=1.35X1.1X330=445.5
AS=Nd/Fy=445.5x1000/360=1361.25
考虑钢筋锈蚀等不利影响,取3根25,面积为1471.8,满足要求。
底板下为中风化白云岩。
锚杆一锚固长度:根据GB50086-2015规范第4.6.10条。
取2.5m,锚杆二锚固长度:根据GB50086-2015规范第4.6.10条。
La=2.0X1.35X1.1X330/(1.2*3.14*150*1.0)=1.73M,取2.8m,锚杆抗裂计算:
裂缝计算结果为0.02mm。
对于实际施工来说,建筑地下室经常会受到抗浮问题侵扰,当建筑地下室结构出现上浮现象时,必须采取有效的措施,降低地下水位,从而实现进一步的控制效果,避免建筑结构受到进一步破坏,同时还要开展复位施工与加固,提高建筑地下室的稳定性和耐久性。通常情况下,对地下室抗浮问题的处理措施有很多种,包括增加自重法、排水减压法以及下拉法等。此外,每一种处理措施都有其独特的优势,因此,在开展地下室抗浮问题的处理时,应该根据实际情况,选择较为经济和安全的技术方法,提高抗浮处理的经济性与可靠性。
在地下室结构的抗浮能力增强中,采用抗浮桩的设计原理是利用桩体自身的种类与土层摩擦力的增加,提升整体的抗拔力。所以,在采用抗浮桩来提升抗浮能力时,要重点考虑抗浮桩的型号、长度、直径和土质情况。抗浮桩的设计一般与上部结构相连,从而增加底板的支撑力,增大地下室结构的整体刚度,从而提升抗浮能力。另外,采用抗浮桩的设置会受到环境因素和施工条件的影响,因此这种方式的成本较高,需要合理选择。
在地下室结构中,采用抗浮锚杆是较为有效的提升抗浮能力的措施,主要是利用锚杆和砂浆构成的锚固体与土层结构,从而产生较大的抗浮能力,锚固体和土层结构的摩擦力大于桩基,因此能够表现出更好的抗浮能力,同时这种方式也具备更好的灵活性,造价也比较低,施工方便,因此抗浮锚杆技术手段得到了广泛的应用。
这种方式主要是利用地下室结构底板和顶板的回填土与地板厚度的增加,来提升地下室结构的抗浮能力,压重抗浮能力的技术手段比较简单,可行性比较高,但是抗浮能力相对不强,一般都作为辅助抗浮技术来开采,并且压重抗浮措施还会受到空间的限制,所以,在采用压重抗浮技术时要注意水浮力的关系。
当建筑地下室结构出现上浮现象时,通过加固处理可以满足承载能力要求,但是会影响地下结构,甚至出现偏移或者倾斜现象,为了确保建筑结构的稳定性,还要采取结构复位技术。常见的复位技术包括加载、抽水、解压等。具体分析来说:①加载复位技术。通过快速提升地下室结构自重可以合理的控制结构上浮造成的错位,使结构快速沉回原位。在出现上浮的结构上加载一些密度较大的重物,可以使结构受重力的影响下沉,达到复位效果;②抽水复位。当由于上浮造成结构改变时,可以采用抽水复位的方式,降低地下水位,从而控制上浮现象,通常情况下不仅要依靠抽水来降低水位,还需要配合加载等措施使效果更加明显;③解压复位措施。在地质条件、设备因素以及场地的影响下,导致无法使用抽水来降低水位时,这时可以应用解压复位措施来达到降低地下水位的效果,通过对上浮结构进行凿孔,使地下水排水,有效的接触压力,从而排除会给予底板的地下水,达到良好的结构复位效果。
综上所述,对于我国建筑工程来说,地下室空间的利用率越来越高,人们对地下室的建设越来越重视,因此,全面提高建筑工程的地下室结构质量至关重要。但是在实际施工中,地下室结构经常会受到各类因素的影响,出现地下室结构抗浮问题,影响地下室结构的稳定性,同时对建筑整体质量造成一定的影响,因此,建筑企业不许强化地下室工程施工的抗浮处理力度,全面分析抗浮问题的产生原因,并结合实际案例来了解地下室结构抗浮力度不足的表现和常见问题,采取有效的地下室结构抗浮处理措施,解决抗浮问题对建筑结构造成的影响,促进建筑企业的健康发展。
摘要：目前,我国建筑领域的不断发展,带动了我国经济水平的提高,同时也给人们带来了全新的居住体验。在建筑施工活动中,安全是施工的第一要素,为了确保建筑工程活动的质量与安全,应该积极提升建筑施工技术,加强先进技术的引入和应用,提高建筑施工管理力度,从而促进建筑工程的发展。在建筑施工活动中,地下室是建筑的重要组成部分之一,地下室能够满足建筑主体的多项功能,对建筑整体具有重要的影响。本文针对地下室结构抗浮问题的基本原理进行分析,同时对产生地下室抗浮问题的一系列原因做出具体分析,并结合项目实际施工案例,探讨如何有效的解决地下室抗浮问题,提高建筑结构的稳定性,从而满足人们的实际需求,促进建筑企业的可持续发展。
关键词：建筑,地下室结构,抗浮,问题分析,处理措施
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