柱下独基加防水底板基础设计探讨

【关键词】独基加防水底板 抗浮设计 软垫层 

　　前言 

　　独基加防水底板基础是近年来建筑工程中出现的一种新的基础形式，由于其传力简单、明确，施工方便且费用较低，因此应用越来越普遍。 

　　1、受力特点分析 

　　1.1软垫层的设置 

　　在独基加防水底板基础中，防水底板主要是为了抵抗水浮力，一般不考虑其对上部荷载的传递，独立基础承担全部的上部荷载和水浮力。这种处理，防水板和独立基础可以分开考虑，不仅传力简单直接，受力分析模型也比较准确。 

　　为了实现结构的设计构想，一般在防水板下设置一定厚度有压缩能力的软垫层，比如焦渣、聚乙烯苯板等。其目的是为了利用软垫层的压缩能力使防水底板不承担或尽可能承担最少的地反力；另外也可减少独立基础的沉降对防水板的影响。由此可见，软垫层必须具备以下两个特点：（1）具有一定的承载能力和刚度，能承担防水底板的自重及混凝土浇筑时的施工荷载，确保底板在混凝土达到设计强度前不发生过大的变形；（2）具有一定的变形能力，确保防水底板不承受过大的地反力。所以软垫层的厚度h最小应满足h≥s，s为地基沉降值，一般根据当地经验选用，常用h=100mm。 

　　目前常用的软垫层材料是焦渣和苯板。焦渣性能比较稳定，工程经验表明其自身的刚度和压缩性比较容易满足垫层的要求，但由于近年来原材料的供应和价格因素，工程应用逐步减少。苯板由于来源稳定、施工方便快捷、价格低廉，在工程应用中越来越广泛，但由于其是二次加工制造，性质差异较大，加之目前并没有相关规范对其特性参数进行归类划分，在使用过程中可能出现不满足刚度和变形要求的现象。 

　　1.2防水底板不作抗浮计算： 

　　当地下水位较低或地下水浮力 小于防水底板自重 及其以上地面做法重量 之和时，防水底板不做抗浮计算，一般为了防潮只按构造设置250mm厚钢筋混凝土板。构造板及其上部重量直接传给地基土，独立基础对其不起支承作用。如果地下水位比较低，基础本身并不需要考虑水浮力，建筑使用对防潮也没有较高要求时，为了节约成本，也可不设防水底板。 

　　1.3防水底板考虑抗浮计算： 

　　当 时，防水底板受水浮力作用，此时对独立基础而言，由于上部荷载较大，水浮力与其自重和上部荷载之和相比，其值较小。换而言之，同样水位下，防水底板和独立基础底部水浮力虽然一样大，但对二者的内力影响却并不相同，随着抗浮水位的提高，防水底板内力变化要比独立基础大。由于二者是整体浇筑，防水板对独立基础底面的地基反力会有一定的分担作用，使独立基础底面的部分地基反力转移至防水板，并以水浮力的形式直接作用在防水板底面，这种地基反力的转移对独立基础的底部弯矩及剪力有增大的作用，并且随水浮力的增大而增加。 

　　2、基础计算 

　　2.1防水底板的计算： 

　　2.1.1关于荷载及分项系数 

　　防水底板的荷载包括重力荷载（自重、填土及建筑地面做法）、地面活载（如车、设备等）及水浮力。其中水浮力作为恒载考虑还是活载考虑，规范上并没有明确说明，一般认为，当地下水位变化剧烈时按活荷载考虑，分项系数取1.4，当地下水位比较稳定时按恒载考虑，分项系数去1.35。另外要注意重力荷载的分项系数按有利或不利取值，当防水板由水浮力效应控制时，重力荷载分项系数按有利取1.0。 

　　2.1.2防水板的计算 

　　防水板不做抗浮计算时，一般可按基础类构件的最小配筋率0.15%进行构造配筋，并双层双向布筋。当需进行抗浮计算时，可以按无梁楼盖模型考虑，对柱网比较规则且变化不大时，可以用经验系数法，柱网不规则时可以用有限元计算。 

　　2.2独立基础的计算： 

　　当不做抗浮计算时，独立基础与普通独 

　　立基础没有区别。当需要考虑水浮力作用时，独立基础计算的关键是如何计入防水板水浮力对独立基础弯矩和剪力的增大作用。计算时，可以认为防水板计算单元内的净水反力 通过独立基础的支承边传递给独立基础。 

　　对于柱网规则荷载均匀的框架，独立基础底面积基本相同或相差不大，计算 和 时可近似按相同尺寸基础考虑： 

　　（1） 计算： 

　　（2）关于 理论分析计算比较复杂， 

　　有关资料提出其主要取决于基础宽度 与柱网 的比值，中国建研院的朱炳寅教授曾提出过相关有限元分析的统计计算式： ，其中k为防水板的平均固端弯矩系数，与 相关，且随 的增大而减小，其值一般为0.05～0.025（相应 值为0.35～0.5），相对较小。另外，根据无梁楼盖柱帽设计的相关知识，柱帽所受弯矩值相对较小，一般按构造配筋即可满足要求，此处独立基础受力类似于无梁楼盖中的柱帽， 相对于 来说对独立基础影响没有那么明显。 

　　（3）独基计算 求得 、 后，独立基础的反力就可全部求的，其中 和 是不考虑水浮力时基底最大反力 、最小反力 扣除水 浮力 后的应力值。由此，依据《建筑地基基础设计规范》8.2.11条即可计算独立基础在反力 、 、 、 下各截面的弯矩值，进行配筋设计。需要注意的是，由于水浮力作用，独立基础基底反力会减小，即使有 、 对截面弯矩和剪力的增大作用，控制截面的最终弯矩值不一定就比不考虑水浮力时的大，只有地下水位与基底标高的差值超过一定值， 、 的作用才会占主导地位，所以独立基础的配筋计算应分别计算，包络设计。 

　　3、构造设计 

　　1、防水底板钢筋的布置根据软垫层的设置位置不同而有所区别。当软垫层设置于防水板与混凝土垫层之间时，防水板底与独基底不平，此时可以将板顶钢筋拉通增强整体性，板底钢筋伸入独基内锚固；当软垫层设置在素混凝土垫层底时，防水板底可与独基底做平，此时板顶、板底钢筋均可拉通，板底筋可兼做独基受力钢筋，不足部分增设钢筋，以达到节省独基受力钢筋的目的。 

　　2、在北方大部分地区，地下水位较低，基础一般不抗浮，地下室只做一定厚度的构造板与独立基础相连，并且不设置软垫层。在这种情况下，如果选择防水板顶与独立基础顶平的基础形式，应在独立基础面积范围内保留一定厚度的苯板，一方面减小独基以外一定范围内的地面荷载对独基的影响。 

　　结语 

　　通过以上分析，对独基加防水底板这种基础形式，当需要进行抗浮设计时，一定要考虑防水板的水浮力对独立基础的影响，尤其是地下水位较高、水浮力较大时，忽略这种影响可能会使独立基础存在不安全因素。另外，由于考虑水浮力时独立基础基底反力会减小，如果只按抗浮计算其配筋，当地下水位下降时，受力钢筋可能会不满足要求，所以独立基础要进行考虑水浮力和不考虑水浮力的双重包络设计。 

　　参考文献： 

　　[1] 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010。北京：中国建筑工业出版社，2010 

　　[2] 《建筑地基基础设计规范》GB500072010。北京：中国建筑工业出版社，2011 

　　[3] 朱丙寅，独基加防水板基础的设计，《建筑结构》技术通讯，2007