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2021-12-28 08:39:34 | 分类:默认分类 | 标签:

近些年来因抗浮出现事故的工程问题频发,由于土体的空隙及岩体的裂隙赋存有大量的地下水,地下水对埋置于岩土体之中或之上的地下结构或洼式结构会产生浮托力,若结构的自重小于浮托力时将发生上拱或上浮失稳破坏,影响结构的正常使用。


    


古人云:水能载舟,亦能覆舟。有时,水浮力对结构起有利作用,其他时间水浮力对结构又起不利作用,甚至产生损害和破坏。工程设计和建设中,应充分利用水浮力的有利作用,降低抗浮措施的造价。消除和抑制地下水浮力的不利作用,使结构上浮、建筑物裂缝和损害的概率降为零。

地下水

地下水(ground water),是指赋存于地面以下岩石空隙中的水,狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》GB/T 14157-93中,地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。

  

地下水的来源主要可以分为以下五类:渗入水、沉积水、再生水、初生水和有机成因水。 

根据类型来分,地下水又可以分为以下三种:上层滞水、潜水和层间水。

  


水浮力与水压力

早在公元前245年,阿基米德就发现了浮力定律,即阿基米德原理。浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力。浮力是水压力的一种表现。


多层地下水的水压力的计算

除了岩石,第四纪土都有一定的渗透性,含水层和隔水层的区分是相对的,基本不存在完全不透水的隔水层。虽然速度非常的慢,但是实际上相邻的上下含水层之间是可以越流渗透的。

勘察报告提供的潜水的水位、承压水的水头,都是水力学的总水头,亦即测压水头(总水头包括压力水头、位置水头和速度水头三部分但地下水稳定渗流时流速非常小,速度水头可以忽略不计)。计算时可分为以下几种情况:


1.总水头上下相同

上下含水层虽然可以越流渗透,但如果补给和排泄条件都很稳定,最终会达到平衡状态,这时勘察报告提供的上下各含水层的水位(水头)相同,沿深度方向上下各点的总水头(测压水头)相同,压力水头呈正三角形分布,位置水头呈倒三角形分布,总水头呈矩形分布。

  


2.总水头上下不同 

 如果上下含水层的总水头存在差异,就会产生越流渗透。渗流产生水头损失,含水层渗透性强,可忽略不计,隔水层渗透性弱,水头损失明显。

可能有两种情况:一种是上层水头高于下层,上层水向下渗透,地下水受大气降水补给的平原地区一般如此。

  


另一种是下层水头高于上层,向上越流渗透,这种情况在自流盆地中常见。

  


层间水一般是承压水,如果长期超采地下水,使被采含水层的水头不断降低,原来的承压水可能变成了层间潜水。当下层水为层间潜水时,相对隔水层底至层间潜水位之间为非饱和带。

  


 当下层水位刚好位于相对隔水层底与下部含水层顶时,其水头分布如下。

  


如果两含水层之间的确有个完全不透水的隔水层,那就不存在越流渗透,隔水层中也不存在水压力,上下含水层完全独立,自然界中十分罕见。

  

潜水和层压水的区别

  1. 是否有顶板约束:

    潜水是自由的水面,没有顶板约束。

    承压水有顶板约束,测压水头高于含水层顶面。

  2. 抽水时潜水的流线和等势线比承压水复杂。但两者的水头和水压力是相通的,必须统一考虑,不存在独立的承压水压力。

钻孔中上下含水层串通后的混合水位,没有明确的物理意义,不能用于任何科学计算。应分别测定各层地下水的稳定水位,再根据地下结构底板底面位置计算浮力。


结构抗浮措施与构造建议

1.增加策略恒载                

1)增加地下室顶板覆土重量;           

2)增加结构(含底板)恒载;          

3)底板设重混凝土叠合层(叠合层可以采用重晶石钢渣混凝土,一般混凝土重度不足);          

4)底板设消防水池、混凝土隔墙等。


2.减少底板埋深

1)减少地下结构层数或层高;

2)负一层改为半地下结构;

3)适当增加±0.000标高。


3.疏水泄压抗浮

使用相关排水设施进行主动排水来减小浮力。

  


4.抗浮锚杆

单独使用抗浮锚杆导致形变较大,在多次泄压加压后刚度会变小,并且在软土层较厚的地区锚杆锚不住,缺点较多不建议使用。 


5.抗拔桩

抗拔桩是普遍被认可的一种抗浮构造,由于自重较重、受力面大,刚度大受力位移较小,稳定性强。一般在使用中放在主要受力杆下面,对整体抗浮起重要作用,其他部分使用分布式锚杆。

在实际工程中常用承压桩兼做抗拔桩,在使用时应注意以下三点:

根据《混凝土结构设计规范(2016年版)》GB 50010-2010第8.4.2条要求,抗浮锚杆、抗拔桩及兼做抗拔桩的承压桩,其纵筋须焊接或机械连接,不得搭接连接。


柱下承压桩兼做抗拔桩且未设分布锚杆时,底板控制部位的受弯与抗冲切承载力、最大裂宽、反拱均需经验算复核满足相关规范要求。

柱下混凝土承压桩兼做抗拔桩时,设防水浮力组合作用下,桩顶纵筋锚入承台的数量与长度,及底板控制部位冲切承载力均须经验算满足相关规范要求。


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