抗浮稳定问题分析和解析

1、抗浮稳定问题分析和解析2022/7/1012 基础抗浮稳定性 抗浮稳定问题是一个非常重要的问题,基础上浮的事故常有发生,事故处理非常困难,有的基础因此而报废.所以在制订规范时,对抗浮稳定问题也比较重视。但是不同规范的规定不尽相同：2022/7/102 建筑地基基础设计规范GB50007-2002 ：3.0.2 6 当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。 高层建筑筏形与箱形基础技术规范JGJ 699 ： 对无抗浮措施的箱、筏基础，停止降水后的抗浮稳定系数不得小于。2022/7/103 北京地基规范 DBJ 01-501-92： 当地下水位高于建筑物底板时，应进

2、行抗浮验算。 北京市建筑设计技术细则（结构专业）（北京市规划委员会文件市规发2004 1538号，下同）:3.1.8 5 对于地下室层数较多而地上层数不多之建筑物，应慎重验算地下水之水浮力作用。在验算建筑物之抗浮能力时，应不考虑活载，抗浮安全系数取 1.0 ,即建筑物重量（不包括活载）/水浮力2022/7/104高层建筑筏形与箱形基础技术规范JGJ6-2009报批稿 :5.5.4 当建筑物地下室的一部分或全部在地下水位以下时，应进行抗浮稳定性验算。抗浮稳定性验算应符合下式要求： （）式中： Fk 上部结构传至基础顶面的竖向永久荷 载（kN）； Gk 基础自重和基础上的土重之和（kN）；Ff 水

3、浮力（kN），在建筑物使用阶段按与设计使用年限相应的最高水位计算；在施工阶段，按分析地质状况、施工季节、施工方法、施工荷载等因素后确定的水位计算；Kf 抗浮稳定安全系数，可根据工程重要性和确定水位时统计数据的完整性取。2022/7/1057.3.13 在施工阶段应根据地质状况、施工季节、施工方法、施工荷载等因素确定地下水位和进行抗浮稳定验算，抗浮稳定系数可取。7.3.14 在确定用于抗浮稳定验算的地下水位时，尚应分析由于岩石裂隙水积聚对地下水位的影响。2022/7/106 抗浮验算的关键是计算浮力的水位的确定. 1 对于高层建筑的使用阶段,应采用与其设计使用年限相应或然率的最高水位; 2 对于

4、施工阶段,则应根据施工季节、地质状况、施工方法等因素综合分析确定; 2022/7/107 3 对于没有上部结构的地下车库等，也应根据使用年限、施工季节、地质状况、施工方法等情况进行具体分析;地下水位应由勘察单位负责提供，必须十分慎重，尤其是有岩石裂隙时，地下水的积聚往往被忽视2022/7/108软土地区岩土工程勘察 规程JGJ 83-2007。12。25送审稿：6.0.9 评价地下水对结构的上浮作用时，其中抗浮设防水位的确定宜做专项咨询研究。在研究场区各层地下水的赋存条件、场区地下水与区域性水文地质条件之间的关系、各层地下水的变化趋势以及引起这种变化的客观条件的基础上，对建筑物运营期间内各层地

5、下水位的最高水位作出预测和估计，可按以下原则综合确定：2022/7/109 1 当有长期水位观测资料时，抗浮设防水位可根据该层地下水实测最高水位和建筑物运营期间地下水的变化来确定； 2 无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；3 场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响；4 只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按近35年的最高水位确定。2022/7/1010上浮事故实例: 1 某污水处理厂3300 m3 二沉池,直径34 m,埋深 7 m,地处河边, 2003年6月,因暴雨河水

6、上涨,水池上浮,最高处上浮 80 cm; 2 某地 600 m3水池,尺寸为 4.4 m,1997年10月,在建成进行满水试验后,将池内3m多深的水抽到池外基坑中,导致池外水位升高,浮力超过重量,池体上浮15144mm.2022/7/1011 3 地基承载力的深宽修正 “地基承载力特征值”是指由载荷试验地基土压力变形关系线性段内不超过比例界限点的地基压力值，实际即为地基承载力的允许值。也可理解为它是按正常使用极限状态确定的、保证地基稳定的、建筑物和构筑物的沉降量不超过允许值的承载力。2022/7/1012地基规范GB50007-2002：当基础宽度大于3m或埋置深度大于时，从载荷试验或其它原位

7、试验、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正： fa=fak+ b (b-3)+d m()2022/7/1013fa=fak+ b (b-3)+d m()式中 fa、fak修正后、修正前地基承载力特征值；b、d基础宽度、深度地基承载力修正系 数,如表所示； 、m基础底面以下、以上土的重度（地 下水位以下取浮重度）； b基础底面宽度，b小于3m按3m取值， b 大于6m按6m取值；2022/7/1014 表5.2.4 承载力修正系数 土 的 类 别 b d淤泥和淤泥质土 人工填土e或IL大于等于的粘性土 0 1.0 红 粘 土含水比w 0 含水比w 大面积压实系数大于、粘粒含量c10

8、%的粉土 0压实填土最大干密度大于的级配砂石 0粉 土 粘粒含量c10%的粉土 粘粒含量c10%的粉土 e及IL均小于的粘性土 粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态) 中砂、粗砂、砾砂和碎石土 2022/7/1015注： 1 强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他 状态下的岩石不修正；2 地基承载力特征值按本规范附录D深层平板载荷试验确定时d取0。fa=fak+ b (b-3)+d m()d 基础埋置深度，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱基或筏基时，埋置深度从室外地面算起

9、；采用独立基础或条形基础时，可从室内地面算起。2022/7/1016 承载力 的修正问题比较复杂，理论研究不多，实践经验缺乏。所以实用上取慎重态度。修正的方法和数值，随各国的经验不同而有较大差别。 一般来说，对粘性土的承载力多不作宽度修正，深度修正则视其内磨擦角不同而取不同的数值。 砂性土的修正系数比粘性土大，粗、中砂又大于粉、细砂，但均比理论公式计算的小。2022/7/1017粘性土的载荷试验资料1 当=0、压板宽度、100、200cm 时，pS/B曲线接近重合，即承载力不因宽度变化而增加。2022/7/1018粘性土的载荷试验资料 当压板宽度、而埋深为0、80、160、240cm 时，pS

10、曲线反映出承载力随埋深的增加工而增加。增加的值相当于h2022/7/10192 当=180、 圆形压板直径R=113、226、339cm 时，也反映出宽度对承载力的影响同样是很小的。但深度的影响比=0时为大。2022/7/1020 3 当=250、不同宽度压板所得低压缩性土载荷试验曲线，如按比例界限取值，承载力基本相同。综上所述，基础宽度对承载力的影响很小，至少在b=50300cm、250时，这种影响对工程来说没有意义。 地基规范表5.2.4 的宽度修正系数b已表达了这一含义。2022/7/1021 综上所述，承载力按规范进行深宽修正是合理的： 1 理论研究已经证明，地基强度是随深度增加而增加

11、的。因为在上覆荷载的长期作用下，土体受到了压密； 2 载荷试验是压板相当于在无侧限条件下 进行的，而地基的实际工作状态是基础两侧有土体，相当于超载，也相当于有侧限。 3 对于砂性土和部分粘性土，基础宽度的影响也是存在的。2022/7/1022 几个具体问题 1 外墙条形基础的埋深D可按下式计算： D计算=（D室外+D室内）/ 2 2 如果基础一侧填土为斜面，宜按离基础边 缘两倍基宽处的土柱重量作为超载计算；2022/7/10233 主裙楼一体的大底盘础 （基底宽度为B ，超载宽度为b）： 当b h , 超过部分也不考虑； 当b 2B 时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深进行修正， 当基础两侧

12、超载不等时取小值。 这是地基规范条文说明条的含义。 2022/7/1024高层建筑筏形与箱形基础技术规范JGJ6-200? 5.3.4 筏形和箱形基础的地基承载力特征值可由载荷试验等原位测试或按理论公式并结合工程实践经验综合确定，其值应按现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB 50007）进行深度和宽度修正。2022/7/1025 5.3.5 对于主裙楼一体的大面积整体筏形基础 （主楼基底宽度为b，裙房超载宽度为b）,在进行高层建筑主楼的地基承载力特征值修正时，尚应符合下列规定（图）： 1 当高层建筑主楼与裙房的基础能形成整体刚度时，可按主楼的实际埋深d进行修正；2022/7/1026 2 当

13、高层建筑主楼与裙房的基础不能形成整体刚度，可将裙房荷载折算成土层厚度，按折算土层厚度与主楼实际埋置深度d中的较小值进行修正； 3 当主楼及裙房两侧室外地面标高或裙房的超载折算深度不等时取小值。2022/7/10272022/7/1028图5.3.5 大面积整体筏形基础示意图4 软弱下卧层的验算5.2.7 当地基受力层范围内有软弱下卧层时，还应按下式验算： pz + pcz faz (5.2.7 -1) 式中 pz相应于荷载效应标准组合时，软弱下 卧层顶面处的附加压力值； pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力值； faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后 的地基承载力特征值。2022/7/1029软弱

14、下卧层问题 对条形基础和矩形基础，式（）中的 pz值可按下列公式简化计算： 条形基础 pz =b (pk-pc) / (b+2 z tan) (5.2.7-2) 矩形基础 pz = l b (pk-pc) / (b+2 z tan) (l+2 z tan) (5.2.7-3)式中 b矩形基础或条形基础底边的宽度； l矩形基础底边的长度； pc基础底面处土的自重压力值； z基础底面至软弱下卧层顶面的距离。 地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按 表采用。 pk荷载标准组合时,基础底面处的平均压力.302022/7/10软弱下卧层问题Es1/Es2z/b=0.25z/b=0.50 36 23 510

15、25 1020 30312022/7/10表5.2.7 地基压力角 注 1 s1为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量； 2 z/b时取，必要时，宜由试验确定； z/b时值不变。软弱下卧层问题提出的问题: 1 z/b时取 的规定能否放松一点?取6的一个角度? 2 Es1/Es23时,能否修正?2022/7/1032软弱下卧层问题 地基规范的条文说明以较大的篇幅来说明软弱下卧层问题,其中心意思是研究不够,理论解没有足够的试验进行验证.74版规定的依据只有四川建研院一家的试验数据,89版修订的依据只有天津建研院一家的试验数据.以这些试验结合理论解才作出条的规定.2022/7/1033双层地基如下

16、图所示. 在理论上,根据叶戈罗夫关于平面问题的解答在条形均布荷载作用下,双层地基分界面上最大附加应力z为 : z (M)= kE p0式中 p0 -基底附加压力; kE-应力系数,可按和 z/b求得.其中 =E 01/ E02(1-22)/(1-12)E 01、E02 -持力层与下卧层的变 形模量; 1、2-持力层与下卧层的泊松比; 我们把kE换算压力扩散角,填到上表中,就可以比较规范值和理论值:2022/7/1034条形均布荷载下双层地基理论计算的和规范的值 z/b0.00 0.25 0.50 1.00 1.67 2.50=1.0 E 01/ E02 =11.00 1.02 0.90 0.60 0.39 0.27 (0 ) (3.18) (18.43)=5.0E 01/ E024 E 01/ E02 =31.00 0.95 0.69 0.41 0.26 0.17 (5.94) (24.0) (35.73) 6 23E 01/ E02 =5=10.0E 01/ E02 78 10 251.00 0.87 0.58 0.33 0.20 0.16 (16.63) ( 35.0) (45.43) E 01/ E02=10=15.0E 01/ E02 12 20 301.00 0.82 0.52 0.29 0.18 0.1