在現(xiàn)代建筑過程中，地下室建筑均可能面臨地水下對(duì)其產(chǎn)生的浮力;這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的地下水浮力科學(xué)論文，僅供參考!

　　地下水浮力科學(xué)論文篇一

　　地下水浮力對(duì)地下建筑結(jié)構(gòu)安全的影響

　　摘要:在本文中,筆者首先研究地下水水位下降對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響,然后分析地下水位下降對(duì)建筑地基的影響,最后提出應(yīng)對(duì)措施。

　　關(guān)鍵詞:地下水 浮力 建筑結(jié)構(gòu) 影響 措施

　　伴隨城市地下建筑的增多,由地下水浮力引起的工程質(zhì)量事故、造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的案例也逐步增多,房屋的抗浮問題也因此得到研究人員更多的重視。

　　一、水位下降對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

　　中國建筑科學(xué)院錢力航教授指出,對(duì)地下水位變化趨勢的正確評(píng)估,是考慮地下水浮力的前提,為了使地下水下降帶來的不利的影響得到避免,在對(duì)地下水位計(jì)算時(shí)必須依據(jù)常年穩(wěn)定的地下水位:

　　第一、在對(duì)上部結(jié)構(gòu)減負(fù)作用方面,由于地下水水位下降,水的浮力較小,則也相應(yīng)地減少了對(duì)上部結(jié)構(gòu)的減負(fù)作用;

　　第二、對(duì)于地基承載力特征值的修改方面,在地下水水位下降后,增加了在下降段土的重度,增加了地基承載力特征值的修正。這個(gè)差值對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有著巨大的影響。

　　現(xiàn)假設(shè)一工程,來分析地下水水位下降對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響。

　　工程條件:

　　1、設(shè)d為工程的基礎(chǔ)埋深;2、設(shè)b為基礎(chǔ)寬度,b>3;3、設(shè)x為地下水位于室外地面之間的距離;4、設(shè)fak為地基承載特征值;5、設(shè)土的重度區(qū)位為18kN/m3;6、設(shè)土的浮重度區(qū)位為8kN/m3;7、rm為基礎(chǔ)地面以上圖的加權(quán)重度。

　　根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》,得出:

　　rm==+8

　　F浮=r水(d-x)=10(d-x)

　　令p’= ,

　　注:(1)F表示的是上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)頂面的豎向力;

　　(2)G為基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重之和。

　　基礎(chǔ)地面的壓力:p=p’-F浮=p’-10(d-x)

　　則修正后的地基承載力特征值和基礎(chǔ)地面壓力之差為:

　　Fa-p

　　=

　　=fak+24b+d(+8)(d-0.5)-p’+10d-10x

　　=fak+24b+8d(d-0.5)-p’+10d+10x[-1]

　　令fak+24b+8d(d-0.5)-p’+10d=A(常量),

　　令10[-1]=B

　　則fa-p=A+Bx(fa-p)是變量x的單調(diào)函數(shù)。由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表5.2.4,參數(shù)d=1.0或d≥1.2。

　　第一、當(dāng)d=1.0時(shí)B<0,(fa-p)是變量x的減函數(shù),也就是說,當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí),Fa-p即修正后的地基承載力特征值與基礎(chǔ)地面壓力之差也隨著下降,這時(shí)應(yīng)該按照常年水位變幅的低水位值來考慮水位下降對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響;

　　第二、當(dāng)d≥1.2時(shí),高層建筑基礎(chǔ)的埋深均能使得B>0,則(fa-p)是變量x的增函數(shù),也就是說,當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí),Fa-p即修正夠的地基承載特征值與基礎(chǔ)地面壓力之差反而增大,這時(shí),就要考慮數(shù)位下降對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響就要參照常年水位變幅的高水位值來進(jìn)行。

　　土質(zhì)有各種分別,通常,以下幾種類別的土作為建筑物的地基持力層不合適:第一、淤泥和淤泥質(zhì)土;第二、人工填涂;第三、符合e≥0.58或者IL≥0.86要求的粘性土。

　　因?yàn)楦鶕?jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中標(biāo)5.2.4,當(dāng)土的類別為以上三種土?xí)r,d=1.0、B<0;

　　如果采用其他圖作為建筑物地基持力層時(shí),通常,d≥1.2,這時(shí)如果基礎(chǔ)埋深>0.5,則B>0。

　　所以,如果地基為天然地基,那么,從理論上來講,如果地下水水位下降,那么,就會(huì)加大修正后的地基承載力特征值和基礎(chǔ)地面壓力之間的差值,對(duì)于承載力淶水,這時(shí)的水位有利于建筑結(jié)構(gòu),那么采用常年水位變幅的高水位值對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)是在安全范圍內(nèi)的。

　　二、對(duì)減小地下水浮力對(duì)工程結(jié)構(gòu)影響的建議

　　(一)對(duì)于如何利用水浮力的問題,在有關(guān)的任何標(biāo)準(zhǔn)都沒有一個(gè)統(tǒng)一的表述。這就使得,在進(jìn)行使用的時(shí)候機(jī)構(gòu)工程師無法準(zhǔn)確的掌握和利用。

　　因而,筆者建議,取消“取有效重度”而采用“總豎向力中扣除地下水浮力”,以便機(jī)構(gòu)工程師能夠更好地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行把握。

　　(二)對(duì)于埋深較大的筏形基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ),原則理論上應(yīng)考慮地下水浮力的作用,不考慮則偏于保守。合理的利用地下水浮力可以擴(kuò)大天然地基的應(yīng)用范圍,節(jié)省費(fèi)用,縮短工期,其經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

　　(三)對(duì)于埋深較大的筏形基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ),當(dāng)基礎(chǔ)地面標(biāo)高在地下水位以下時(shí),水位下降,則修正后的地基承載力與扣除地下水浮力后的總豎向力(p-P’)的差值即fa-(p-P’)增大,對(duì)結(jié)構(gòu)有利。設(shè)計(jì)時(shí),除一般規(guī)定,應(yīng)按以下要求驗(yàn)算地基強(qiáng)度、地基變形、基礎(chǔ)承載力:

　　第一、地下水位應(yīng)嚴(yán)格按照勘察報(bào)告提供的“常年水位”并去響應(yīng)的水浮力、修正后的地基承載力特征值。如果此時(shí)經(jīng)過減負(fù)后的基礎(chǔ)地面壓力值小于修正后的基礎(chǔ)地面壓力值小于修正后的地基承載力特征值,則可認(rèn)為地基持力層滿足地基承載力要求。

　　第二、當(dāng)?shù)叵聦?duì)位在常年最高水位與基礎(chǔ)地面標(biāo)高之間變動(dòng)時(shí),則可認(rèn)為已經(jīng)滿足常年穩(wěn)定地下水位要求。此時(shí)產(chǎn)生沉降的附加應(yīng)力p0(對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)地面處的附加應(yīng)力)為常數(shù),地下水位下降對(duì)地基變形無影響。如遇南水北調(diào)等等特殊情況使得該長區(qū)地下水位超出常年最高、最低水位,則應(yīng)另行評(píng)估地承載力合地基變形。

　　第三、在進(jìn)行基礎(chǔ)底板強(qiáng)度計(jì)算時(shí),基層凈反力等于地基反力加上地下水浮力然后減去基礎(chǔ)自重。

　　第四、計(jì)算地基承載力時(shí),荷載效應(yīng)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)組合;驗(yàn)算地基變形時(shí),荷載效應(yīng)應(yīng)采用準(zhǔn)永久組合;基礎(chǔ)承載力計(jì)算時(shí),荷載效應(yīng)應(yīng)采用基本組合。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 孫梅英:既有地下結(jié)構(gòu)物抗浮加固措施 [D] 華中科技大學(xué),2007 .

　　[2] 楊燕艷:對(duì)大型地下結(jié)構(gòu)抗浮樁的設(shè)計(jì)研究 [J] 大眾科技,2005,(05) .

　　[3] 劉云飛,周淑玲:地下工程抗浮設(shè)計(jì)與施工中問題的討論 [J] 工業(yè)建筑,2005,(S1) .

　　地下水浮力科學(xué)論文篇二

　　地下結(jié)構(gòu)中平衡浮力法的探討

　　【摘要】現(xiàn)代建筑活動(dòng)中常遇到地下室的抗浮的問題?？垢〉姆绞接性S多種，每一種抗浮方案都有其特殊性。決策者必須結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)形式、建筑高度、地質(zhì)條件、建設(shè)工期等因素，因地制宜地優(yōu)先方案，從而達(dá)到多快好省的目標(biāo)。本文試圖通過對(duì)若干種抗浮方案描述，使讀者留下深刻記憶，并能在實(shí)際中推廣，為建筑技術(shù)的發(fā)展做出微薄的貢獻(xiàn)。

　　【關(guān)鍵詞】地下室、抗浮、方案、地質(zhì)、措施

　　中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　概述

　　在現(xiàn)代建筑過程中，地下室建筑均可能面臨地水下對(duì)其產(chǎn)生的浮力;物理學(xué)上對(duì)浮力作出了嚴(yán)格的定義及計(jì)算方式。地下室體積變大、埋深增加，隨之而來其受到的浮力變大。

　　地下室就是一個(gè)完整的箱體。當(dāng)?shù)叵滤怀^箱體底板時(shí)，形成了浮力。當(dāng)浮力大于建(構(gòu))筑物重量時(shí)，就可使建(構(gòu))筑物漂起。

　　建設(shè)者們?cè)趯?shí)踐中不斷創(chuàng)造出地下室抗浮的新方案，在付之實(shí)施后，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。從抗浮的行為上看，抗浮方案可歸納為三類。即：自重平衡浮力法;被動(dòng)加荷載平衡浮力法;主動(dòng)泄壓平衡浮力法。

　　抗浮方案的原理及適用范圍

　　2.1 自重平衡浮力法。

　　自重平衡浮力法是一種最為原始、最為經(jīng)濟(jì)的方法。其抗浮原理：利用建筑物本身的荷載來抵抗地下室在地下水中產(chǎn)生的浮力。當(dāng)?shù)叵率殷w積大、埋深大，地下室的浮力就大;建(構(gòu))筑物必須增加高度或增加構(gòu)件自身重量。建(構(gòu))筑物的高度會(huì)受到城市規(guī)劃的制約;建(構(gòu))筑物內(nèi)部構(gòu)件變大，減小了使用空間。

　　本法適用于地下水位低、地下室埋深小、地下室體量小、地上結(jié)構(gòu)有足夠荷載的工程;本法具有施工工藝簡單、造價(jià)低廉、性價(jià)比高、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.2被動(dòng)加荷平衡浮力法

　　被動(dòng)加荷平衡浮力法的原理：當(dāng)建(構(gòu))筑物的自身重量不足于平衡地下室受地下水產(chǎn)生的浮力時(shí)，在建(構(gòu))筑物外，采用增加輔助加荷結(jié)構(gòu)，達(dá)到平衡浮力的目的。常用的加荷結(jié)構(gòu)有：附加堆載物、設(shè)抗拔樁、設(shè)抗拔錨桿(索)等。

　　本法適用所有地下室工程。本法具有施工工序多、抗浮可靠、成本高、施工期長等特點(diǎn)。

　?、泡d重平衡浮力法。就是在地下室頂蓋上或底板上部放置比重大的物品(如澆筑砼等)。此法施工工藝簡單、投資省，但占用空間。如堆載重物于地下室頂板上，需加厚頂板且減小一層的空間。堆載重物于地下室底板上，減小了地下室的空間。

　?、瓶拱螛镀胶飧×Ψā＠每拱螛对诨鶎油林械哪Σ亮?，增加平衡浮力的能力?？拱螛犊砂轰摻罨炷凉嘧丁摴軜兜?。抗拔樁必須有足夠長度錨入地下室底板中，抗拔樁施工技術(shù)成熟，效果可靠，使用范圍廣。不影響建(構(gòu))筑物的空間，造價(jià)高。

　　⑶抗拔錨桿(索)平衡浮力法。利用錨桿(索)在土層中的摩擦力，抵抗浮力。錨桿(索)抗浮是從抗拔樁抗浮的理論發(fā)展而來的一個(gè)分支。此法相較于抗拔樁平衡浮力法來說，工藝簡單、造價(jià)低廉、施工期短等優(yōu)點(diǎn)，此法受地質(zhì)限制大。

　　2.3主動(dòng)泄壓平衡浮力法。

　　主動(dòng)泄壓平衡浮力法的原理：當(dāng)建(構(gòu))筑物的自身重量不足于平衡地下室受地下水產(chǎn)生的浮力時(shí)，通過調(diào)整地下水位的標(biāo)高，從而達(dá)到平衡浮力的目的。此法包含：建(構(gòu))筑物內(nèi)部設(shè)泄壓裝置法和建(構(gòu))筑物外部設(shè)泄壓裝置法二種。本法適用于地下水位較低、且為粘性土、濾水能力差的地質(zhì)。本法造價(jià)低廉，后期使用有費(fèi)用，地下室使用受到某些限制。

　?、沤ㄖ飪?nèi)部設(shè)泄壓裝置法

　　根據(jù)浮力與重力平衡的實(shí)際，在地下室外墻某一標(biāo)高位置，設(shè)置完善的泄水裝置。當(dāng)?shù)叵滤怀^預(yù)定值時(shí)，將地下水泄入室內(nèi)而降低水位，從而保證建(構(gòu))筑物的穩(wěn)定。流入室內(nèi)集水井的地下水，通過排水系統(tǒng)，將水排至室外市政管網(wǎng)。

　?、平ㄖ锏撞吭O(shè)排水裝置

　　在地下室底板施工前，埋設(shè)好濾水管網(wǎng)，并在建(構(gòu))筑物周邊設(shè)置若干個(gè)集水井。集水井中安裝自動(dòng)吸水泵(當(dāng)?shù)叵滤贿_(dá)到某一標(biāo)高時(shí)，排水泵自動(dòng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)浮力與重力平衡。

　　抗浮方案的特點(diǎn)

　　3.1 自重平衡浮力法的特點(diǎn)

　　自重平衡浮力法就是依靠建(構(gòu))筑物的本身重量抵抗浮力的基本方法。按照土方開挖、地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、上部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等步驟組織施工。

　　3.2 被動(dòng)加荷平衡浮力法的特點(diǎn)

　?、泡d重平衡浮力法就是在建(構(gòu))筑物本身荷載外，再加載重物的方法。在完成地下室底板或地下室頂板后，在基坑土方回填前完成重物堆載，以防浮力大于荷載而漂起。在抗浮平衡前，不得進(jìn)行基坑的土方回填。堆載物常為覆土、低標(biāo)號(hào)混凝土等。此法操作工藝裝簡單，工作量大，費(fèi)用較低，作業(yè)插入時(shí)間控制要求嚴(yán)、占用空間等特點(diǎn)。

　?、瓶拱螛镀胶飧×Ψň褪窃诮?構(gòu))筑物本身荷載外，通過抗拔樁在土層中的摩擦力，增加抗浮力的方法。在土方開挖前先進(jìn)行打樁作業(yè)。占用施工工期，操作工藝復(fù)雜，技術(shù)成熟?？拱螛犊刹捎娩摻罨炷凉嘧?、鋼管樁等，費(fèi)用高，應(yīng)用范圍廣。

　　由于工程樁的樁頂標(biāo)高控制難度大，樁頂標(biāo)高高低差距大;樁頂超過基礎(chǔ)底標(biāo)高后，挖土操作難度加大。

　?、清^桿(索)平衡浮力法就是在建(構(gòu))筑物本身荷載外，通過抗拔錨桿(索)在土層中的摩擦力，增加抗浮力的方法。在基坑土方開挖達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，才進(jìn)行錨桿(索)的鉆孔、安裝、灌漿等工作。此法是從抗拔樁平衡浮力法發(fā)展而來，相較之操作簡單、成本低廉。如采用濕法鉆孔操作法，鉆孔過程中的泥漿處理難度大、成本高。

　　錨桿(索)孔的鉆孔有干、濕兩種操作方法，具體采用何種操作方法，必須依據(jù)地質(zhì)條件確定之。

　　3.3 主動(dòng)泄壓平衡浮力法的特點(diǎn)

　?、沤?構(gòu))筑物內(nèi)部設(shè)置泄壓裝置法的特點(diǎn)

　　建(構(gòu))筑物內(nèi)部設(shè)置泄壓裝置法就是地下室外墻上安裝泄壓裝置。泄壓裝置由濾水裝置、連通裝置、集水裝置組成。當(dāng)?shù)叵滤桓哂谝缢軙r(shí)，就通過濾水裝置收集的水通過溢流管，流入室內(nèi)集水井，從而實(shí)現(xiàn)浮力控制。

　　在進(jìn)行基坑土方回填時(shí)，進(jìn)行室外濾水裝置的安裝工作(濾水管、濾水層、濾水布等);在室內(nèi)安裝好導(dǎo)水管、集水井、排水泵、排水管道。在室外地下水泄壓流入地下室后，及時(shí)排出室外，保持室內(nèi)燥。

　　⑵建(構(gòu))筑物外部設(shè)置泄壓裝置法的特點(diǎn)

　　建(構(gòu))筑物外部設(shè)置泄壓裝置法就是在地下室底部安裝好泄壓裝置。泄壓裝置由濾水管、連通管、集水井、自動(dòng)控制排水泵組成。當(dāng)?shù)叵滤桓哂谧詣?dòng)排水標(biāo)高時(shí)，排水泵啟動(dòng)排水，從而實(shí)現(xiàn)浮力控制。

　　在土方開挖至基坑底部標(biāo)高后，立即進(jìn)行下部濾水管網(wǎng)埋設(shè)，并將濾水管外與建(構(gòu))筑物周邊設(shè)置的集水井相連接;在集水井內(nèi)安裝好排水泵，設(shè)置好控制排水標(biāo)高，當(dāng)?shù)叵滤怀^設(shè)定值時(shí)，排水泵自動(dòng)運(yùn)行。

　　地下室抗浮方案的發(fā)展前景

　　4.1 在向空間要空間的同時(shí)，向地下要空間也是一種發(fā)展趨勢。建(構(gòu))筑物向地下發(fā)展，不可避免地解決地下水開成的浮力;

　　4.2 隨著需求的不斷增加，地下室抗浮技術(shù)更加成熟，操作更加規(guī)范，效果更加明顯。

　　4.3 新型的抗浮理論會(huì)得到發(fā)展，施工更加便捷可靠，推動(dòng)建筑業(yè)走向成功的彼岸。

　　4.4 在環(huán)保節(jié)能的大環(huán)境下，在提倡向空中發(fā)展的同時(shí)，會(huì)向地下索取空間。在進(jìn)行地下空間建設(shè)的同時(shí)，各種新技術(shù)、新材料、新工藝會(huì)得到不斷出現(xiàn)。

　　五、結(jié)束語

　　在進(jìn)行工程建設(shè)中，需要全體參與者充分發(fā)揮自己的聰明才智，努力探索各種建設(shè)領(lǐng)域時(shí)出現(xiàn)的新問題的解決方法，推動(dòng)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，為美好的明天貢獻(xiàn)自己的力量。