[摘 要] 介紹了混凝土鋼筋混凝土獨基加防水板基礎(chǔ)的受力特點，計算原則，構(gòu)造要求等，運用實際工程加以說明。 

　　[關(guān)鍵詞] 獨立基礎(chǔ) 防水板 抗浮設(shè)計 　　 

　　1、受力特點 

　　獨基加防水板基礎(chǔ)是近年來伴隨基礎(chǔ)設(shè)計與施工發(fā)展而形成的一種新的基礎(chǔ)形式，由于其傳力簡單、明確及費用較低，因此在工程中應(yīng)用相當(dāng)普遍。其特點如下： 

　�。�1）在獨基加防水板基礎(chǔ)中，防水板一般只用來抵抗水浮力，不考慮防水板的地基承載能力。獨立基礎(chǔ)承擔(dān)全部結(jié)構(gòu)重量并考慮水浮力的影響。 

　�。�2）作用在防水板上的荷載有地下水浮力qw，防水板自重qs及其上建筑做法重量qa，在建筑物使用過程中由于地下水位變化，作用在防水板底面的水浮力也在不斷改變，根據(jù)防水板所承擔(dān)的水浮力的大小，可將獨立柱基加防水板基礎(chǔ)分為以下兩種不同情況：1）當(dāng)qw≤qs＋qa時（注意：此處的qw，qs和qa均為荷載效應(yīng)基本組合時的設(shè)計值，即水浮力起控制作用時的荷載設(shè)計值，而不是荷載標(biāo)準(zhǔn)值），建筑物的重量將全部由獨立基礎(chǔ)傳給地基；2）當(dāng)qw>qs＋qa時，獨立基礎(chǔ)底面的部分地基反力轉(zhuǎn)移至防水板，并以水浮力的形式直接作用在防水板底面，這種地基反力的轉(zhuǎn)移對獨立基礎(chǔ)的底部彎矩及剪力有加大的作用，并且隨水浮力的加大而增加。 

　　（3）在獨基加防水板基礎(chǔ)中，防水板是一種隨荷載情況變化而變換支承情況的復(fù)雜板類構(gòu)件，當(dāng)qw≤qs＋qa時，防水板及其上部重量直接傳給地基土，獨立基礎(chǔ)對其不起支承作用；當(dāng)qw>qs＋qa時，防水板在水浮力的作用下，將凈水浮力（qw-（qs＋qa））傳給獨立基礎(chǔ)，并加大了獨立基礎(chǔ)的彎矩數(shù)值。 

　　2、計算原則 

　　在獨基加防水板基礎(chǔ)中，獨立基礎(chǔ)及防水板一般可單獨計算。 

　　2.1防水板計算 

　　1．支承條件：防水板可簡化成四角支承在獨立基礎(chǔ)上的復(fù)雜受力雙向板（支承邊長度與獨基尺寸有關(guān)）。 

　　2．設(shè)計荷載：（1）重力荷載，一般包括防水板自重、防水板上部的填土重量、建筑地面重量、地下室地面的固定設(shè)備重量等；（2）活荷載，一般包括地下室地面的活荷載、地下室地面的非固定設(shè)備重量等；（3）水浮力，可按抗浮設(shè)計水位確定。 

　　3．荷載分項系數(shù)：當(dāng)?shù)叵滤�水位變化劇烈時，水浮力荷載分項系數(shù)按可變荷載分項系數(shù)確定，取1.4；反之按永久荷載分項系數(shù)確定，取1.35。注意防水板計算時，應(yīng)根據(jù)重力荷載效應(yīng)對防水板的有利或不利情況，合理取用永久荷載的分項系數(shù)，當(dāng)防水板由水浮力效應(yīng)控制時應(yīng)取1.0。 

　　4．防水板應(yīng)采用相關(guān)程序按復(fù)雜樓板計算，也可按無梁樓蓋雙向板計算。 

　　5)無梁樓蓋雙向板計算的經(jīng)驗系數(shù)法 

　　（1）確定防水板柱下板帶及跨中板帶的劃分 

　�。�2）防水板柱下板帶及跨中板帶彎矩的確定 

　　按經(jīng)驗系數(shù)法計算時，應(yīng)先算出垂直荷載產(chǎn)生的板的總彎矩設(shè)計值，然后按表1確定柱下板帶和跨中板帶的彎矩設(shè)計值。x,y向的總彎矩設(shè)計值按下式計算： 

　　式中，q為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時，垂直荷載設(shè)計值；lx，ly分別為等代框架梁的計算跨度，即柱子中心線之間的距離；bce為獨立基礎(chǔ)在計算彎矩方向的有效寬度。 

　　2．2獨立基礎(chǔ)的計算 

　　合理考慮防水板水浮力的影響，是獨立基礎(chǔ)計算的關(guān)鍵。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中可采用包絡(luò)設(shè)計的原則，按下列步驟計算。 

　　1．qw≤qs＋qa時，可直接按地基規(guī)范的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算，此部分的計算主要用于地基承載力的控制，相應(yīng)的基礎(chǔ)內(nèi)力一般不起控制作用，僅可作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的比較計算。 

　　注：1）在總彎矩M不變的條件下，必要時允許將柱上板帶負(fù)彎矩的10%分配給跨中板帶；2）數(shù)值為無懸挑板時的經(jīng)驗系數(shù)，有較小懸挑板時仍可采用，當(dāng)懸挑較大且負(fù)彎矩大于邊支座截面負(fù)彎矩時，須考慮懸臂彎矩對邊支座及內(nèi)跨的影響。 

　　2．當(dāng)qw>qs＋qa時 

　　（1）將防水板的支承反力（取最大水浮力計算），按四角支承的實際長度（也就是防水板與獨立基礎(chǔ)的交接線長度。當(dāng)各獨立基礎(chǔ)平面尺寸相近或相差不大時，可近似取獨立基礎(chǔ)的底邊總長度）轉(zhuǎn)化為沿獨立基礎(chǔ)周邊線性分布的等效線荷載qe及等效線彎矩me。 

　　并按下列公式計算： 

　　式中，qwj為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時，防水板的水浮力扣除防水板自重及其上地面重量后的數(shù)值（kN/�O）；ax，ay為獨立基礎(chǔ)在x，y向的底面邊長（m）；k為防水板的平均固端彎矩系數(shù)，可按表2取值；其中。 

　　注：表中數(shù)據(jù)按有限元分析統(tǒng)計得出。 

　　（2）根據(jù)矢量疊加原理，進(jìn)行在普通均布荷載及周邊線荷載共同作用下的獨立基礎(chǔ)計算，過程如下： 

　　1)獨立基礎(chǔ)基底反力引起的內(nèi)力計算，按地基規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行普通均布荷載作用下獨立基礎(chǔ)的內(nèi)力計算，注意此處均布荷載中應(yīng)扣除防水板分擔(dān)的水浮力。 

　　2)防水板對獨立基礎(chǔ)的基底邊緣反力引起的附加內(nèi)力計算，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，進(jìn)行周邊線荷載作用下獨立基礎(chǔ)的內(nèi)力計算。 

　　3)將兩部分內(nèi)力疊加，進(jìn)行獨立基礎(chǔ)的各項設(shè)計計算。 

　　3．取上述1和2的大值進(jìn)行獨立基礎(chǔ)的包絡(luò)設(shè)計。 

　　3、構(gòu)造要求 

　　為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)想，防水板下應(yīng)設(shè)置軟墊層，確保防水板不承擔(dān)或承擔(dān)最少量的地基反力，軟墊層應(yīng)具有以下兩方面的特點：（1）軟墊層應(yīng)具有一定的承載能力，至少應(yīng)能承擔(dān)防水板混凝土澆注時的重量及其施工荷載，并確保在混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度前不致產(chǎn)生過大的壓縮變形；（2）軟墊層應(yīng)具有一定的變形能力，避免防水板承擔(dān)過大的地基反力，以保證防水板的受力狀況和設(shè)計相符。 

　　4、結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題 

　�。�1）軟墊層設(shè)計中對聚苯板性能的控制問題是關(guān)系獨立基礎(chǔ)加防水板受力合理與否的關(guān)鍵問題。 

　　（2）需要說明的是，結(jié)構(gòu)設(shè)計中常有忽略防水板的水浮力對獨立基礎(chǔ)的影響，而只按獨立基礎(chǔ)基底反力引起的彎矩計算，其基底彎矩設(shè)計值偏小，不安全。當(dāng)?shù)叵滤�位較高時，影響更為明顯。 

　�。�3）采用軟墊層后對地基承載力的深度修正影響問題。 

　　5、設(shè)計建議 

　�。�1）建議在軟墊層設(shè)計中，采取控制軟墊層強(qiáng)度和變形的結(jié)構(gòu)措施，如根據(jù)設(shè)計需要提出聚苯板的抗壓強(qiáng)度和壓縮模量指標(biāo)（抗壓強(qiáng)度一般取壓縮量為試件總厚度的10%時的強(qiáng)度值）。 

　�。�2）軟墊層厚度h可根據(jù)地基沉降數(shù)值s確定，且應(yīng)滿足h≥s。 

　　（3）當(dāng)?shù)叵滤�位較高（qw>qs＋qa）時，應(yīng)考慮防水板承擔(dān)的水浮力對獨立基礎(chǔ)彎矩的增大作用，并可采用矢量疊加原理進(jìn)行簡單計算。 

　　（4）應(yīng)特別注意對獨立基礎(chǔ)計算埋深的修正。 

　�。�5）應(yīng)注意獨基加防水板基礎(chǔ)與變厚度筏板基礎(chǔ)的區(qū)別。 

　　（6）當(dāng)?shù)叵滤�位不高時，應(yīng)盡量采用較小厚度的防水板，以控制防水板的配筋略大于防水板的構(gòu)造配筋為宜。 

　　6、特別說明 

　　6.1獨基加防水板基礎(chǔ)暫未列入相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和做法均為編者對實際工程的總結(jié)和體會，供讀者在結(jié)構(gòu)設(shè)計中參考。 

　　6.2在可不考慮地下水對建筑物影響時，對防潮要求比較高的建筑，常可采用獨立基礎(chǔ)加防潮板，防潮板的位置（標(biāo)高）可根據(jù)工程具體情況而定： 

　�。�1）當(dāng)防潮板的位置在獨立基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)（有利于建筑設(shè)置外防潮層，并容易達(dá)到滿意的防潮效果）時，上述獨立基礎(chǔ)加防水板設(shè)計方法同樣適用。 

　�。�2）當(dāng)防潮板在地下室地面標(biāo)高處時，防潮板變成為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般可不考慮其對獨立基礎(chǔ)的影響，但注意框架柱在防潮層標(biāo)高處應(yīng)留有與防潮層相連接的“胡子筋”。 

　　6.3結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用抗浮設(shè)計水位，而不是防水設(shè)計水位。 

　　6.4關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計 

　　當(dāng)抗浮設(shè)計水位較高時，結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計往往存在較大的困難，尤其是純地下車庫或地下室層數(shù)較多而地上層數(shù)很少時，問題更為嚴(yán)重。 

　　抗浮設(shè)計常用的方法有：（1）自重平衡法：采用回填土、石或混凝土（或重度≥30kN/m3的鋼渣混凝土）等手段，來平衡地下水浮力；（2）抗力平衡法：設(shè)置抗拔錨桿或抗拔樁，來消除或部分消除地下水浮力對結(jié)構(gòu)的影響；（3）浮力消除法：采取疏、排水措施，使地下水位保持在預(yù)定的標(biāo)高之下，減小或消除地下水對建筑（構(gòu)筑）物的浮力，從而達(dá)到建筑（構(gòu)筑）物抗浮的目的；（4）綜合設(shè)計方法，即：根據(jù)工程需要采用上述兩種或多種抗浮設(shè)計方法，采取綜合處理措施，實現(xiàn)建筑（構(gòu)筑）物的抗浮。 

　　7、算例分析――某工程柱下獨基加防水板基礎(chǔ)設(shè)計 

　　7.1工程概況 

　　某辦公樓，地下1層，地上5層，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，軸網(wǎng)8m×8m，地下水位高出地下室地面1.8m，相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時，作用在基礎(chǔ)頂面的柱底軸向壓力值N=6480kN。由于柱荷載相對不是很大，且屬于地下水位比較高的帶地下室的多層建筑，因此適宜采用獨基加防水板的設(shè)計：防水板及獨立基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級均為C30，受力鋼筋采用HRB400級，防水板下設(shè)聚苯板墊層，厚度50mm，強(qiáng)度不低于25kPa；基礎(chǔ)及其以上填土的平均重度γ=20kN/m3。 

　　7.2分析 

　　1.獨立基礎(chǔ)和防水板的配筋可根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計的實際情況統(tǒng)一考慮，當(dāng)基礎(chǔ)底面和防水板的底面位于同一標(biāo)高時，可考慮將防水板鋼筋通長布置，獨立基礎(chǔ)下配筋不足部分用短鋼筋（附加鋼筋）配足。 

　　2.通過本例分析可以發(fā)現(xiàn)，在獨基加防水板基礎(chǔ)中，獨立基礎(chǔ)和防水板不一定同時由相同的荷載效應(yīng)組合起控制作用，如：防水板常按水浮力控制的效應(yīng)組合設(shè)計（當(dāng)?shù)叵滤�變動幅度較大時，水浮力的荷載分項系數(shù)按可變荷載考慮；當(dāng)?shù)叵滤�變動幅度較小時，水浮力的荷載分項系數(shù)按永久荷載考慮），獨立基礎(chǔ)則按由永久荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計，兩者采用不同的荷載效應(yīng)設(shè)計值，而在獨立柱基的設(shè)計中又離不開防水板傳來的荷載，因此，在獨基加防水板基礎(chǔ)設(shè)計中，要嚴(yán)格分清荷載的不同效應(yīng)組合是有困難的，同時從工程設(shè)計角度看也無必要。從工程設(shè)計實際出發(fā)，采用適當(dāng)?shù)陌�絡(luò)設(shè)計方法，其結(jié)果相差不大，故可按各自最不利情況計算并簡化設(shè)計，可按下列要求，實現(xiàn)不同組合內(nèi)力之間的互換（近似計算）： 

　�。�1）考慮荷載效應(yīng)基本組合的內(nèi)力設(shè)計值，可近似取考慮荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力設(shè)計值的1.3倍。 

　�。�2）考慮荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的內(nèi)力設(shè)計值，可近似取考慮荷載效應(yīng)基本組合內(nèi)力設(shè)計值的0.8倍。 

　�。�3）進(jìn)行地基承載力驗算，若取用上部結(jié)構(gòu)考慮地震作用效應(yīng)的柱底內(nèi)力設(shè)計值時，應(yīng)將其除以1.25的系數(shù)后，再按非抗震設(shè)計要求進(jìn)行地基反力特征值的驗算。 

　�。�4）進(jìn)行地基承載力驗算時，若取用上部結(jié)構(gòu)計算的柱底內(nèi)力設(shè)計值時，應(yīng)將其除以1.30的系數(shù)后，再進(jìn)行地基反力特征值的驗算。 

　�。�5）基礎(chǔ)設(shè)計時，可將地震作用的內(nèi)力乘以0.8后，采用非地震作用的設(shè)計計算公式。 

　　3.在本例的特定條件下，考慮與不考慮防水板對獨立基礎(chǔ)內(nèi)力的影響，其計算彎矩的比為1801.5/1534.5=1.17(在獨基變截面處為677.4/449.3=1.51)，即計算結(jié)果相差17%(及51%)，因此，當(dāng)?shù)叵滤�位較高時，不考慮防水板對獨立基礎(chǔ)的影響是不合適的，也是不安全的。 

　　參 考 文 獻(xiàn) 

　　[1]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002 

　　[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002） 

　　[3]建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010） 

　　[4]全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)）■