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坡地建筑以“疏”为主的地下室抗浮设计方法

加入收藏〗 发布时间:2017-11-06
  摘 要: 结合某实际坡地建筑项目,利用场地整平后的坡地地形高差条件,采用以"疏"为主的疏水设计方法解决该坡地建筑地下室的抗浮设计难题,实践证明该疏水设计方法切实可行,既解决了地下水抗浮水头的取值难题,又充分利用了基础底持力层的承载力潜力,缩短了施工周期并节约了工程造价,可为类似工程提供借鉴参考.
 
  关键词: 坡地建筑 疏水设计

  1工程概况
 
  某工程为坡地建筑,上部塔楼为多栋百米高层住宅楼,高层住宅楼沿场地周边布置,场地范围内下设单层大底盘地下室,功能为车库及设备用房.场地整平后呈东北角地势高、西南角地势低的形状,由东向西逐渐降低,由北向南逐渐降低的规律,在东北角与西南角的对角线位置最大高差为12.6m;单层地下室长边约400m,短边约80~150m,地下室层高大部分为3.6m,地下室顶板和底板的标高基本上随场地标高由东北角向西南角递降.顶板上的覆土厚度约为1.0~1.2m.地下室设计整平标高示意图如图1所示.
 
 
  场地的地勘报告显示,该场地基本处于挖方区域,上部杂填土和粘土类土层场地整平后基本挖除,地下室底板底下的土层分布基本为全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩中的一种.底板底的各种土层或岩层地勘描述均为透水性较弱,富水性较弱的特性.地勘报告提出的地下室抗浮水位为地下室周边市政道路路面下0.5m.鉴于周边道路标高是个变数,抗浮水位的取值也就成了变数,且变化幅度很大.
 
  2地下室抗浮设计的常规思路
 
  地下室抗浮设计的常规做法一般为:综合上部建筑的自身压重和地下室顶板上的景观覆土及地下室自身压重之和来平衡地下室所承受的抗浮水头压力,当前者压重之和大于抗浮水头压力则地下室整体抗浮能满足要求,当前者压重之和小于抗浮水头压力时,则需要采用相应的地下室抗浮设计手段(如抗拔桩、抗拔锚杆等措施),这势必会增加土建工程的造价,也会增加施工周期和施工工序.
 
  该坡地建筑地形呈东北角高、西南角低的趋势,按地勘报告提的抗浮水位说法,抗浮水位值是个变数,地下室各跨内底板抗浮水位的取值必须通过内插值计算得到,由于该地下室顶板和底板整体上的趋势均为双向倾斜,造成抗浮水位的内插取值计算困难,无法准确确定地下室每一跨内底板的抗浮水头压力,给地下室结构计算带来一定的麻烦.
 
  假设按区域分块将抗浮水位取成同一个值,又会面临抗浮水位"就高不经济、就低有隐患"的尴尬局面.按常规抗浮思路,针对坡地建筑地下室如何计算抗浮水头压力是个难题.
 
  3疏水方法在地下室抗浮设计中的应用
 
  3.1以"疏"为主解决地下水的思路及做法
 
  鉴于上述常规抗浮设计方法在坡地建筑中遇到的困难,为了使地下室的抗浮水头取值问题能合理解决,另外考虑到该项目基本上处于挖方区域,基础底都是承载力较高的土层或岩层,要是能解决地下室向上抗浮的问题,则有可能充分利用基础底持力层的承载力潜力.因此本文提出以"疏"为主解决地下水的思路.根据现有场地地形的高差现状,将地下室顶板和底板设计成顺着场地地势的斜板或者依地势递降的平板相结合,以便利于地下水的排泄.结合地下室西南角附近有更低的市政管网和溪河存在,利用疏导地下水的思路,在地下室外墙外侧和地下室底板底分别采取一定的疏水措施将场地地下水疏导到更低处的市政管网和溪河内,从而降低场地内地下室的抗浮水头压力,解决地下室向上浮的问题.具体措施为:①在地下室外墙外侧沿地下室周圈布设地下室外墙疏水盲沟,以东北角最高点为分水岭,利用地势高差将地下水引至西南角最低处并排走,盲沟具体构造做法详图二"地下室外墙疏水盲沟做法示意图";②在地下室底板下设双向网格状地下室底板底疏水盲沟,并与地下室外墙外侧周圈的疏水盲沟相互连通,形成一体的排水系统.底板底疏水盲沟具体构造做法详图三"地下室底板底疏水盲沟做法示意图".
 
 
  3.2地下室疏水总量估算与盲沟内排水管管径大小的确定方法
 
  该项目地下室层高大部分为3.6m,顶板上考虑1.0~1.2m的覆土厚度,经测算仅靠地下室自身的压重是无法平衡地下水的抗浮水头压力.为了满足地勘报告提出的抗浮水位要求,本项目采用疏导的方法降低地下室的抗浮水头.本项目按室外整平标高考虑抗浮水头高度进行基坑降水总涌水量的估算,利用估算出来的基坑降水总涌水量可以计算得到所需的排水管管径大小.基坑降水总涌水量可按《建筑基坑支护技术规程》附录E公式计算:
 
 
  式中:Q-基坑降水总涌水量(m3/d);k-渗透系数(m/d);H-潜水含水层厚度(m);Sd-基坑地下水位的设计降深(m);R-降水影响半径(m);r0-基坑等效半径(m).计算出该项目的基坑降水总涌水量Q值,按重力排水考虑,根据《室外排水设计规范》第4.2节排水管水力计算公式:
 
 
  式中:A-透水管水流有效断面面积(m2);Q-疏水盲沟设计流量(m3/s);V-透水管最大设计流速,取1.0m/s.得出排水管有效断面面积,即可推算出疏水盲沟内排水管的管径大小和根数.经过多方比较和论证,最终决定排水管材料采用桥式滤水管,经计算并考虑2倍的安全系数,本项目外墙疏水盲沟中的排水管管径大小为3根直径Φ273的桥式滤水管.桥式滤水管用土工布包裹捆在一起,呈1%~3%的坡度将桥式滤水管埋设在卵砾石透水层的中间,坡度由分水岭向场地西南角最低处递降,卵砾石透水层外圈也用滤水土工布包裹;卵砾石层组成的滤料层上方设置两处软式透水管,同样用滤水土工布包裹;滤料层上方用200mm厚的现浇混凝土封顶,现浇混凝土层的上方用粘性土夯填,以隔绝地表水渗透.地下室外墙疏水盲沟中的桥式滤水管与底板底的疏水盲沟用软式透水管连通,两类疏水盲沟的卵砾石透水层也设置成相互连通.地下室底板垫层下设置一定厚度的卵砾石透水层,卵砾石透水层用滤水土工布包裹,在透水层中间呈1%~3%的坡度埋置1根直径Φ100的软式透水管用于排水,卵砾石透水层下铺设一定厚度的中粗砂层.
 
  3.3疏水设计用于地下室抗浮设计中的优点
 
  采用疏水设计方法,可巧妙回避坡地建筑地下室抗浮水位取值不够准确的尴尬局面,也减少了结构计算时地下水头压力取值的工作量;通过在地下室外墙和地下室底板底采取一定的降水盲沟措施,将场地内的地下水引导到整个场地西南角的最低点排入更低处的市政管网或溪河中,降低了地下室抗浮应该考虑的水头压力,变"抗"为"疏",使得地下室自身压重能大于地下室的抗浮水头压力,无需另外采取抗浮措施.采用了疏水设计方法,该项目地下室直接采用天然基础,施工工艺简单,缩短了地下室的施工周期并大大节省了工程造价.同时地下室底板和外墙承受的水头压力也大大减小,节省了底板和外墙的配筋量和混凝土用量.
 
  4结论
 
  该项目目前已经竣工,事实证明以"疏"为主的地下室抗浮设计方法在坡地建筑中的应用是切实可行的.该方法应用到结构工程、岩土工程、给排水工程等多学科领域的知识范畴,巧妙解决了坡地建筑的地下室抗浮问题,可为同类项目提供参考.
 
  参考文献
 
  [1]苏文章,朱泰儒.某坡地建筑地下室抗浮疏水设计方法[J].福建建筑,2014(09):27-28..
  [2]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].
  [3]GB50014-2006室外排水设计规范[S].

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