谈独立基础加防水板的设计

　　摘要：本文主要从构造及受力介绍两类独立基础加防水板的基础形式，并着重介绍设软垫层的独立基础加防水板的基础形式，借以明晰该两类基础的异同优劣，并以实例佐证设软垫层（主要是聚苯板）的独立基础加防水板的基础是值得推广应用。
　　关键词：高层带地下室（车库）和多层带地下室（车库）；独立基础加防水板的基础；软垫层；聚苯板；费用较低；推广应用。
　　随着人们生活水平提高，近年来出现了愈来愈多的高层带地下室（车库）和多层带地下室（车库）的建筑形式。这种建筑形式常会遇到防水问题，基础最初常采用筏形基础或箱形基础，近年来随着工程探索，对于高层裙房及多层地下室，尤其是在较好地基土上，出现了独立基础加防水板的基础形式。这种基础传力简单、明确及费用较低，工程应用越来越普遍，但这种基础形式暂未列入相关结构设计规范，本文借鉴已有工程及相关理论研究结合本人所做的几个工程谈一下独立基础加防水板的设计，借以抛砖引玉。
　　独立基础加防水板的基础是独立基础防水板整浇在一起的，只要二者存在变形差异，就必将相互影响，产生协调变形，存在内力重分布再平衡受力状态。该基础根据构造形式及受力特点，可分为二类：第一类是防水板与独立基础一样通过素砼垫层与地基相连，相互影响（见图一）。实际上这类基础是一种局部加厚的平板式筏形基础，其受力计算可采用弹性地基梁板分析程序计算（如PKPM08版桩筏筏版有限元计算程序），也可按无梁倒楼盖计算配筋。根据实测值，
　　
　　该类防水板一般能承担30%左右的上部荷载，其实际承担荷载值与柱距大小有关，与独立基础尺寸大小、间距有关，还与地基土的压缩模量有关。根据工程地质情况，防水板及独立基础持力层为坚硬粘土时，地下室底板一般可按下列组合作为防水板反力进行防水板的抗弯、抗剪及裂缝验算：1).浮力+10%（上部结构的竖向荷载-浮力）；2).30%所有结构荷载（地面以上及地下室重量），取两者较大值。对于柱下独基为确保结构安全，取所有结构荷载（不包括防水板）进行设计和验算。这类独立基础加防水板的基础受力复杂，影响因素较多，若上部荷载较大，地基土承载力不高时，防水板会承受更大更多的荷载，防水板板厚、配筋将会很大，不太经济，目前这类基础做法应用将会受到制约。第二类是防水板通过软垫层与地基相连相互作用，独立基础通过素砼垫层与地基相连相互作用；防水板与独立基础一起整浇，二者相互作用，协调变形（见图二）。这类基础的设计关键是通过调整软垫层达到在竖向向下合力作用下防水板的变形与独立基础沉降变形相对沉降差为零或最小，从而使防水板不承担或承担最少量地基反力。这种地基形式传力更简单、明确及费用较低，是近年来伴随基础设计与施工发展起来的一种新的形式，目前在工程中应用相当普遍，是一类成熟的，值
　　得广泛应用的形式，下面着重对这类基础设计进行介绍。
　　对于防水板下设软垫层的独立基础加防水板设计的目标是防水板只用来抵抗水浮力，不考虑防水板的地基承载能力，独立基础承担全部结构重量并考虑水浮力的影响。合理选择软垫层的抗压强度、压缩模量及厚度是设计关键。软垫层可选用焦渣垫层、粗砂垫层和聚苯板垫层。目前聚苯板来源稳定，施工方便快捷且价格低廉，工程应用更为广泛。聚苯板市场上常见的有膨胀聚苯板（EPS）与挤塑聚苯板（XPS）两类，其中膨胀聚苯板（EPS）价格相对便宜。EPS的弹性模量通常是3到7Mpa，XPS的弹性模量通常是6到8Mpa。作为防水板下软垫层的聚苯板应是密度不小于18Kg/M3,厚度通常为80mm~150mm，同时应具有以下两方面特点：1）.应具有一定的承载能力，至少应能承担防水板砼浇注时的重量及其施工荷载，并确保在砼达到设计强度前不致产生过大的压缩变形；2）.应具有一定的变形能力，避免防水板承担过大的地基反力，以保证防水板的受力状况和设计相符。聚苯板的抗压强度、压缩模量以及厚度h的选择，应根据地基沉降值s确定（h≥s），可粗略按胡克定律计算选择。此外防水板还应考虑地下水位变化(尤其考虑最低地下水位)、回填土回填量及速度时间的控制（满足施工过程的抗浮要求），必要时应进行地下水位监测控制，以使防水板的受力状态与设计要求相符，并满足安全经济的要求。对于该类基础的防水板设计应采用相关程序按复杂楼板计算，也可按无梁倒置楼盖双向板计算；独立基础的计算，应合理考虑防水板水浮力影响（必要时适当考虑防水板及其上覆土、地面做法，甚至地下室地面活荷载的影响），可以分两类情况设计（见图三）：其一，qw≤qs+qa（地下水浮力qw，防水板自重qs及其上建筑做法重量qa）时可直接按地基规范的相关规范进行计算；其二，qw＞qs+qa时将防水板的支承反力（取最大水浮力计算）按四角支承的实际长度转化为沿独立基础周边线性分布的等效线
　　（a）当qwqs＋qa时q1不变（b）当qw>qs＋qa时q2随qw增加而减小
　　图三独基加防水板基础的受力特点
　　荷载qe等效线弯矩me,然后根据矢量叠加原理，进行在普通均布荷载及周边线荷载共同作用下的独立基础计算。该部分具
　　图四倒锥形独基（元宝式独基）
　　体理论及计算可详参《对独基加防水板基础的设计》（朱炳寅
　　建筑结构.技术通讯2007年7月）。至于独立基础与防水板相交形式推荐采用底平形（即独立基础与防水板的底面在同一标高，见图一~三），这样可便于施工检查控制，提高钢筋的使用效率，比较经济合理。当然，防水板受荷不大时也可采用
　　倒锥形（即俗称元宝式基础）（见图四）。设软垫层的独立基础加防水板基础设计曾大面积应用于日照市东关南社区城中村拆迁改造安置楼工程中，该工程东西长约216米，南北宽约38.4米，一层地下车库（超长无缝）,地上三层裙房商业，再上为五座十七层高层，地下车库地面覆土约4.5米，地下顶板无覆土，二OO九年五月竣工至今未发现任何质量安全问题，达到了预期设计目标，获得了良好的经济效益。此法还将应用于日照星河湾小区高层住宅楼（33层剪力墙结构）地下车库（已设计完成）、河东花园高层住宅地下车库（十七层框剪结构已设计完成）和京泰.盘龙湾高层群带大型地下车库（约六万平米，正在设计），也必将获得良好的经济效益。[!--empirenews.page--]
　　综上所述：随着工程实践的发展，在地基土较好的高层带地下室（车库）和多层带地下室（车库）的基础将会愈来愈多采用独立基础加防水板的基础设计形式，并以设软垫层的独立基础加防水板基础设计为主导。工程实践证明：其性能可靠、传力简单明确，费用较低，值得广泛推广使用。
　　主要参考文献
　　1.独立基础加防水板的地基反力分配分析吴春萍，白东丽工程与建设2008年第22卷第3期
　　2.构造板独立基础地基反力测试李纯，朱浮声辽宁工程技术大学学报2006年第25卷第2期
　　3.独立基础加防水板基础设计方法的分析与思考朱炳寅建筑结构2001年第11期
　　4.对独基加防水板基础的设计朱炳寅建筑结构.技术通
　　2007年7月

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