带防水板基础的抗浮设计研究

耿 慧 玲

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030001)



带防水板基础的抗浮设计研究

耿 慧 玲

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030001)

以宁武县原木材公司棚户区改造安置房工程为例，根据该场地的工程地质条件，对独立基础加防水板的基础形式进行了抗浮设计分析，得出了独立基础与地基反力、防水板与水浮力及上部荷载的关系。

独立基础，防水板，抗浮设计，基础形式

0 引言

当城市的生产和消费的发展达到一定程度后，城市大量兴建高层建筑，基础的埋置深度往往较深，实践中往往采用独立基础加防水板或承台加防水板等基础形式。防水板在《基础规范》和《桩基规范》中均没有明确规定，需要注意的是，当地下水位较高时，会对建筑平面内地下室部分基础构件产生浮力作用，需进行构件抗浮设计。

1 防水设计水位和抗浮设计水位的定义及相互关系

首先，需明确区分两个概念。防水设计水位和抗浮设计水位在设计中经常容易混淆，其定义和适用范围见表1。

表1 防水设计水位和抗浮设计水位的定义及相互关系

防水水位主要用于确定地下结构的抗渗等级和建筑的外防水的设计，旨在进行建筑物的防渗设计，与结构构件设计及抗浮设计无关。

抗浮设计水位，在国家规范相关资料里没有明确的规定，一般可按当地标准来确定。在我国长江以南水源充沛的地区，地下水位都比较高，对高层建筑工程的抗浮设计应加以高度的重视。福建省抗洪设计的地方标准规定要求，对重大工程应按室外地面以上500 mm的高度，来确定地下室的抗浮设计水位；而在我国北方的广大干旱地区，应根据地下水位的变化规律和水文地质情况等因素综合确定抗浮设计水位。对重大工程，有必要时，还需进行抗浮设计水位的论证研讨。

独立基础加防水板基础中的防水板、独立基础以及地下室外墙等结构构件进行承载力计算时，抗浮设计水位(也称结构设防水位)应取近3年～5年的历史最高水位(包含上层滞水)。

抗浮设计水位适用于结构构件的设计计算以及结构整体的稳定验算，是结构设计的重要条件，不容忽视。

2 设计中防水板的主要应用模式

设计中防水板的主要应用模式有：1)带有地下室的多层建筑有防水要求时，当地基条件较好时，可以采用独立基础加防水板的基础设计方法；2)如地基承载力不足可以采用承台加防水板的地下室做法；3)也可用于高层建筑的裙房，即主楼采用平筏(或桩筏)，裙房采用独立基础加防水板(或承台+防水板)。

关于计算软件选择：PKPM软件基础部分中，地下水浮力无法录入，需要另外手工验算，防水板不是主要受力构件，容易被设计人员遗漏，当地下水位较高时，会造成不可挽回的损失，所以，必须引起重视。

盈建科软件基础部分中，完善了地下水设计部分。带防水板工程中，其他基础(独基、承台、筏板或地梁)承担了全部上部结构传来的荷载，防水板仅按防水要求设置即可。为了将基础沉降变形对防水板的不利影响减少，设计时应在防水板下设置一层易压缩材料，例如松散炉渣或聚苯板等。这时，防水板可以只考虑地下水的浮力作用，不必再考虑地基土反力作用。

3 防水板计算模型

防水板采用的计算模型是基于柱墙位置不动假定的倒楼盖计算模型。该模型只考虑了防水板的局部弯曲效应，适用于上部荷载比较均匀、柱墙位移差不大的工程。如果柱墙位移差比较大，不能忽略其影响，可以采用整体弯曲效应的筏板计算模型来设计防水板。

采用防水板模型时，因为柱墙位置假定为不动，所以上部结构荷载对防水板是无影响的。对防水板内力配筋起作用的荷载包括防水板面恒活、水浮力及人防荷载，并应该考虑防水板传递过来的荷载效应对独立基础、承台、筏板、地梁等其他基础的影响。

由于防水板默认采用墙柱位置为不动支座的倒楼盖计算模型，这种理想化简化模型导致防水板计算结果存在结果偏小、未进行冲剪、沉降验算等局限性。可以采用防水板的精确计算模型，即采用基床系数为0的筏板来进行计算。

4 抗浮设计关键环节

基础构件抗浮组合系数设置：在独基加防水板基础形式设计时，防水板和独立基础应考虑按不同的荷载效应组合来起控制作用，如：防水板一般按水浮力控制的效应组合设计(当地下水随时间等因素变动区间较大时，水浮力按可变荷载考虑；当地下水随时间等因素变动区间较小时，水浮力按永久荷载考虑)，独立基础应始终按由永久荷载效应控制的组合设计，综上所述，防水板和独立基础采用不同的荷载效应设计值，但在独立柱基的设计中，应考虑防水板传来的荷载。所以，在独基加防水板基础设计过程中，准确定义荷载的不同效应组合是有一定困难的，结合工程设计的实际情况，采用合适的包络设计方法，其结果基本相符，故可按各自最不利计算以达到简化设计的效果。

5 工程实例

该工程为宁武县房产管理局开发的宁武县原木材公司棚户区改造安置房工程2号楼。项目位于宁武县中心城区，用地西侧临外环路，东侧临火车站路，南侧临旧火车站桥,北侧临新火车站桥。本工程主楼地下1层,地上11层,局部地上2层为商业，建筑总高度33.450 m。裙房地下1层,地上2层,建筑总高度8 m。该工程主要使用功能：商业，住宅。主体结构体系为钢筋混凝土剪力墙结构，基础形式为平板式筏片。裙房结构体系为框架结构，基础形式为钢筋混凝土独立基础+条形基础+防水板。

抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组。建筑场地类别为:Ⅰ类。地下水位埋深大于0.6 m～3.8 m，水位标高1 376.66 m～1 383.23 m。本工程场地为中硬土，无液化，为建筑抗震一般地段。地基土对钢筋混凝土及钢筋混凝土中钢筋的腐蚀等级为微腐蚀。基础持力层为第③层圆砾。地基承载力满足设计要求，主楼基础形式为平板式筏片基础。裙房基础形式为钢筋混凝土独立基础+条形基础+防水板。地基处理方式如下:1)主楼部分:将第①层杂填土和第②层粉土全部挖除，整片换填天然级配砂卵石至基底标高，压实系数不小于0.97，平面尺寸为基础外边缘外扩3.0 m，要求级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质,当使用粉细砂或石粉时，应掺入不少于总重量30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50 mm，要求分层碾压夯实，压实系数不小于0.97，处理后的地基应根据规范确定其承载力特征值，且不小于300 kPa。2)轴线上裙房部分:将第①层杂填土全部挖除,整片换填三七灰土至基底标高(灰土厚度基底下至少1 m),压实系数不小于0.97，平面尺寸为基础外边缘外扩1.0 m，垫层的施工质量检验应当分层进行,对每层的压实系数检测符合设计要求后，再铺填上层土，灰土质量要求：土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15 mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5 mm。处理后的地基应根据规范确定其承载力特征值，且不小于180 kPa。

建筑物室内地面标高±0.000相当于绝对标高为1 386.55 m,室内外高差0.750 m～0.800 m。宁武当地抗浮设计水位为1 383.35 m。

主楼基础设计：历史最高水位相对于结构±0为-3.2 m，地下水作用在防水板底荷载为7.5 kN/m2，基础底标高均为-3.950 m,基底与100 mm厚C15素混凝土垫层间为70 mm防水层。经计算所得，基础采用平板式筏片,混凝土强度等级为C30，抗渗等级P6。筏板厚为600 mm(局部800 mm)，全部筏板双层双向通长配筋φ16@220,局部应力较大处附加钢筋。

裙房基础设计：防水板底标高为-5.700 m。历史最高水位相对于结构±0为-3.2 m，地下水作用在防水板底荷载为25 kN/m2，基底与100 mm厚C15素混凝土垫层间为70 mm防水层。防水板最大计算跨度为4.8 m，经计算，厚度为300 mm，双层双向φ14@250，且局部需要配置附加钢筋φ12@250，远大于按防水板构造配筋率0.15%的取值。基础梁计算宽度为7.3 m，经计算,截面尺寸为500 mm×550 mm，配筋为上部9φ25,下部4φ22，箍筋φ10@200(4)，可见地下水的作用不容忽视。

同时，当地下水位较高时，在柱下独基加防水板基础设计时，还应考虑防水板对独立基础的影响。防水板承担地下水浮力，同时又将反力传给了独立基础，对独立基础的内力有加大的作用。如果地下水位较高时，忽略地下水的作用，仍按一般独立基础设计，设计大意，就会埋下安全隐患。所以，不能按旧有习惯笼统设计估值，应该对具体情况具体分析，分析独立基础和防水板共同作用的真实受力状态，对独立基础的设计作正确的设计：1)独立基础设计应该考虑基地反力，防水板传至基础边缘的集中荷载和附加弯矩。2)防水板计算模型为四角支承在独立基础上的双向板考虑，所受荷载为水浮力和防水板及其上部填土重量。

经计算所得，柱下独立基础底板平面尺寸为3.1 m×3.1 m,配筋为φ14@250，柱下独立基础的边长不小于2.5 m时，底板受力钢筋的长度可取相应边长的0.9倍，并交错布置。

6 结语

结合实际工程，独立基础加防水板或承台加防水板是非常常见的基础形式，详细地介绍了从计算模型参数选取到计算防水板的设计过程，对类似工程安全性有一定参考意义。

[1] GB 50007—2011，地基规范[S].

[2] GB 50069—2002，给排水工程构筑物结构设计规范[S].

[3] DBJ 01—501—92，北京地区建筑地基基础勘察设计规范[S].

Research on anti floating design of waterproof board foundation

Geng Huiling

(Shanxi Architectural Design & Research Institute, Taiyuan 030001, China)

Taking the shantytowns resettlement housing engineering of original timber company in Ningwu County as an example, according to the engineering geological conditions of the site, this paper analyzed the anti floating design of foundation form of independent foundation with waterproof board, gained the independent foundation and foundation counter force, the relationship between waterproof plate and water buoyancy and upper load.

independent foundation, waterproof board, anti floating design, basic form

1009-6825(2016)34-0077-02

2016-09-25

耿慧玲(1984- )，女，工程师

TU470

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