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[摘 要]作为一项比较基础的工程形式，桩基承台加防水板的运用范围非常广，在地下室的设计中，该形式也得到了较多的运用。本文就桩基承台加防水板在地下室设计中的应用提出相关的计算方法，并对相关构造要求进行了介绍，希望能对相关技术在建筑工程中的应用提供一些帮助。
[关键词]桩基承台；防水板；地下室设计
中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0201-02
桩基承台加防水板因其费用较低，在工程建设中方便施工，且传力简单明确，在建筑工程的地下结构设计中得到了较为广泛的运用。在具体应用中，相关设计理论和方法的实用性、构造措施都是需要特别关注的问题。
一、桩基承台加防水板的适用范围和受力分析
1、防水板的适用范围
桩基承台加防水板几乎适用于所有多层框架结构和高层建筑。只要建筑工程中的地下结构有防水要求，且地基条件满足设计条件，就可以采用这一做法。
2、防水板的受力分析
在进行防水板的受力分析时，主要有两种计算方法，在选取具体数据时需以两者中的配筋较大值为准：
从防水板的顶面向下竖向均勻的分布荷载，其中包括防水板的自重、楼面装修的荷载，以及等效均布荷载。
从防水板的底面向上竖向均匀的分布荷载，其中包括水浮力及防空地下室底板等效静荷载，但要扣除防水板自重及板面装修荷载。
二、工程实例介绍
1、工程概况
以扬州市一座地面建筑面积为19万㎡，地下面积为4万㎡的建筑工程地下一层车库为例，相关建筑工程中，地下水位比较高，底板的受力情况比较复杂，从安全经济的角度出发，对其地下一层车库的底板结构设计进行分析。根据地质勘探报告显示，该建筑工程所在地的类别为Ⅱ类，地基基础设计等级确定为丙级，设计防震度为7度，抗震设防为丙类。
根据地质勘探资料，得知该建筑工程所在位置的地质情况如图1：
2、防水底板分析
根据《建筑结构荷载规范》的相关要求，建筑地下结构的永久荷载的分项系数应小于1.0的抗浮要求。该工程施工期间，地下室顶板和底板没有进行填土，只在地下室后浇带砼强度达到100%时停止了井点降水，完成以上施工时，压重为（0.5+0.35）*25=21.25<44.5。这一数据表明地下室的抗浮不够，需要进行打抗拔桩处理。
根据规范的相关要求，该建筑工程的抗拔桩所受浮力为44.5-21.25=23.25kN/㎡。从保持框架术基础形式与受力的一致性，在中柱和边柱处分别采用了Ф600双桩承台和Ф600单桩承台结构。建筑工程完成后，以抗拔桩代替抗压桩，由此只需底析承受水浮力的防水筏板即可。根据实际情况，计算出底析的水浮力标准值为44.5-0.5*25=32kN/㎡。因建筑工程处于施工阶段时，底板填土质量、厚度均未达到设计标准，因此无需计算底板的填土有利荷载，在进行底板强计算时，根据荷载的基本组合效应，确定水浮力荷载分项系数为1.2，由此可确定底板的设计水浮力值为32-1.2=38.4kN/㎡。
3、防水底板结构设计
（1）承台设计
在相关设计中，以最小配筋率0.15%控制单桩承台受力，无需进行计算。双桩承台的受力应根据其在抗拔和抗压两种状态下的受力情况分别进行单独的计算，在承台截面的上部配置抗拔钢筋，下部配置抗压钢筋，但前提是两种情况下受力都不可低于最小配筋率。
（2）防水板设计
基于支承条件和相关计算的原理，可以简化无梁板，在桩基承台的双向板支撑四角，此时板就可以取代被取消的梁实现支撑。因此，无梁板需在一个方向承受来自单向板传递的所有荷载，再从另一个正交方向将所有荷载传递出去，以此代替两根被取消的梁（图2）。
根据无梁楼盖双向板的计算方法，先将X向、Y向因垂直荷载产生的板总弯矩计算出来，然后进行柱下板带和跨中板带的弯矩相关数值的设计，由此得出板带需要的钢筋总用量，再以钢筋的总用量与板带宽度相除，从而获得板带的每延米鋼筋用量（表1）。
由此计算出X向、Y向的总弯矩设计值：
由此得出该建筑工程的荷载设计值为38.4N/㎡。同时，计算出双桩基承台在弯矩方向的宽度。
在施工阶段的配筋中，结合使用集中标注和原位标注两种方式，在保证无梁板的配筋、满足裂缝使用要求的情况下，可以尽量减少钢筋的使用量，从而控制相关成本投入。
（3）无梁板纵筋相对位置
在相关设计中，需要特别注意，无梁板的长向变矩是大于短向的，这一点于有梁板是相反的。因此在该建筑工程施工中，板底的钢筋位置应保证长向筋向下、短向筋向上，而板顶钢筋则应长向筋向上、短向筋向下。
（4）承台与防水板的变形协调
由于该建筑工程所处的地理位置的地质条件较好，桩抗压时进入强风化砂砾岩，从而有效控制了沉降程度，使得承台与防水板之间的变形非常小，可以忽略不计。因此无需在防水板垫层下设置褥垫层，从而控制了施工成本。
三、桩基承台加防水板在地下室设计中的应用建议
1、在以上实例中，由于工程地质条件较好的原因，可以省略褥垫层的设置，但是在一情况下，建筑工程设计均需尽量将桩基沉降对防水板的负面作用纳入设计考量，结合实际地质和施工情况，在防水板下设置相应厚度的易压缩材料，一般以松散炉渣或聚苯板为主要材料。如选用聚苯板，则需考虑到基础底析的自重及施工荷载对聚苯板的强度和弹性提出相应的选择要求。
2、防水板在建筑地下结构中的使用需同时满足两个要求，一是在承载能力极限状态中能够满足配筋的相关要注，二是在正常使用的极限状态下满足裂缝、扰度要求。对无梁楼盖的扰度计算是非常复杂的，一般情况下可以忽略不用计算，但必需保证板的厚度能使楼盖达到足够的刚度。
3、相关设计中应对防水板采用双层双向配筋设计，并至少保证0.15%的配筋率。在满足设计施工要求的前提下，尽可能的节省钢材。防水板钢筋可兼做承台上部的钢筋使用，但承台下部的钢筋则需根据其独立计算获得的数据进行配置，防水板下部钢筋在承台中的锚固长度，应至少满足相关规范中的最小长度要求。
4、防水板所用原材料主要为混凝土，为保证防水板的强度和刚度，应保证混凝土不低于C25的强度等级，钢筋材料宜用HRB335级或RRB400级，并保证12mm的最小直径和200mm的最小间距。
四、结语
从以上实例中可以发现，桩基承台加防水板形式在建筑地下工程的设计中具有非常明显的优势。施工方面，桩基承台加防水板形式的适应性广，在很多环节可以有效控制成本投入，与其他施工方法相比，该形式可节约15%以上土建成本，而且施工难度小，可以快速完成，对于保证建设进度具有非常重要的意义。希望通过实例分析，让相关技术人员对桩基承台加防水板在地下室设计中的应用积累更多的实操经验，进一步推动相关技术在实际建筑工程设计和施工中的应用。
参考文献
[1] 马小波.浅谈地下室底板无梁防水板的应用实践[J].福建建材，2015，（06）：30-31+51.
[2] 沈磊.桩基承台加防水板应用实例[J].浙江冶金，2015，（02）：51-55.
[关键词]桩基承台；防水板；地下室设计
中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0201-02
桩基承台加防水板因其费用较低，在工程建设中方便施工，且传力简单明确，在建筑工程的地下结构设计中得到了较为广泛的运用。在具体应用中，相关设计理论和方法的实用性、构造措施都是需要特别关注的问题。
一、桩基承台加防水板的适用范围和受力分析
1、防水板的适用范围
桩基承台加防水板几乎适用于所有多层框架结构和高层建筑。只要建筑工程中的地下结构有防水要求，且地基条件满足设计条件，就可以采用这一做法。
2、防水板的受力分析
在进行防水板的受力分析时，主要有两种计算方法，在选取具体数据时需以两者中的配筋较大值为准：
从防水板的顶面向下竖向均勻的分布荷载，其中包括防水板的自重、楼面装修的荷载，以及等效均布荷载。
从防水板的底面向上竖向均匀的分布荷载，其中包括水浮力及防空地下室底板等效静荷载，但要扣除防水板自重及板面装修荷载。
二、工程实例介绍
1、工程概况
以扬州市一座地面建筑面积为19万㎡，地下面积为4万㎡的建筑工程地下一层车库为例，相关建筑工程中，地下水位比较高，底板的受力情况比较复杂，从安全经济的角度出发，对其地下一层车库的底板结构设计进行分析。根据地质勘探报告显示，该建筑工程所在地的类别为Ⅱ类，地基基础设计等级确定为丙级，设计防震度为7度，抗震设防为丙类。
根据地质勘探资料，得知该建筑工程所在位置的地质情况如图1：
2、防水底板分析
根据《建筑结构荷载规范》的相关要求，建筑地下结构的永久荷载的分项系数应小于1.0的抗浮要求。该工程施工期间，地下室顶板和底板没有进行填土，只在地下室后浇带砼强度达到100%时停止了井点降水，完成以上施工时，压重为（0.5+0.35）*25=21.25<44.5。这一数据表明地下室的抗浮不够，需要进行打抗拔桩处理。
根据规范的相关要求，该建筑工程的抗拔桩所受浮力为44.5-21.25=23.25kN/㎡。从保持框架术基础形式与受力的一致性，在中柱和边柱处分别采用了Ф600双桩承台和Ф600单桩承台结构。建筑工程完成后，以抗拔桩代替抗压桩，由此只需底析承受水浮力的防水筏板即可。根据实际情况，计算出底析的水浮力标准值为44.5-0.5*25=32kN/㎡。因建筑工程处于施工阶段时，底板填土质量、厚度均未达到设计标准，因此无需计算底板的填土有利荷载，在进行底板强计算时，根据荷载的基本组合效应，确定水浮力荷载分项系数为1.2，由此可确定底板的设计水浮力值为32-1.2=38.4kN/㎡。
3、防水底板结构设计
（1）承台设计
在相关设计中，以最小配筋率0.15%控制单桩承台受力，无需进行计算。双桩承台的受力应根据其在抗拔和抗压两种状态下的受力情况分别进行单独的计算，在承台截面的上部配置抗拔钢筋，下部配置抗压钢筋，但前提是两种情况下受力都不可低于最小配筋率。
（2）防水板设计
基于支承条件和相关计算的原理，可以简化无梁板，在桩基承台的双向板支撑四角，此时板就可以取代被取消的梁实现支撑。因此，无梁板需在一个方向承受来自单向板传递的所有荷载，再从另一个正交方向将所有荷载传递出去，以此代替两根被取消的梁（图2）。
根据无梁楼盖双向板的计算方法，先将X向、Y向因垂直荷载产生的板总弯矩计算出来，然后进行柱下板带和跨中板带的弯矩相关数值的设计，由此得出板带需要的钢筋总用量，再以钢筋的总用量与板带宽度相除，从而获得板带的每延米鋼筋用量（表1）。
由此计算出X向、Y向的总弯矩设计值：
由此得出该建筑工程的荷载设计值为38.4N/㎡。同时，计算出双桩基承台在弯矩方向的宽度。
在施工阶段的配筋中，结合使用集中标注和原位标注两种方式，在保证无梁板的配筋、满足裂缝使用要求的情况下，可以尽量减少钢筋的使用量，从而控制相关成本投入。
（3）无梁板纵筋相对位置
在相关设计中，需要特别注意，无梁板的长向变矩是大于短向的，这一点于有梁板是相反的。因此在该建筑工程施工中，板底的钢筋位置应保证长向筋向下、短向筋向上，而板顶钢筋则应长向筋向上、短向筋向下。
（4）承台与防水板的变形协调
由于该建筑工程所处的地理位置的地质条件较好，桩抗压时进入强风化砂砾岩，从而有效控制了沉降程度，使得承台与防水板之间的变形非常小，可以忽略不计。因此无需在防水板垫层下设置褥垫层，从而控制了施工成本。
三、桩基承台加防水板在地下室设计中的应用建议
1、在以上实例中，由于工程地质条件较好的原因，可以省略褥垫层的设置，但是在一情况下，建筑工程设计均需尽量将桩基沉降对防水板的负面作用纳入设计考量，结合实际地质和施工情况，在防水板下设置相应厚度的易压缩材料，一般以松散炉渣或聚苯板为主要材料。如选用聚苯板，则需考虑到基础底析的自重及施工荷载对聚苯板的强度和弹性提出相应的选择要求。
2、防水板在建筑地下结构中的使用需同时满足两个要求，一是在承载能力极限状态中能够满足配筋的相关要注，二是在正常使用的极限状态下满足裂缝、扰度要求。对无梁楼盖的扰度计算是非常复杂的，一般情况下可以忽略不用计算，但必需保证板的厚度能使楼盖达到足够的刚度。
3、相关设计中应对防水板采用双层双向配筋设计，并至少保证0.15%的配筋率。在满足设计施工要求的前提下，尽可能的节省钢材。防水板钢筋可兼做承台上部的钢筋使用，但承台下部的钢筋则需根据其独立计算获得的数据进行配置，防水板下部钢筋在承台中的锚固长度，应至少满足相关规范中的最小长度要求。
4、防水板所用原材料主要为混凝土，为保证防水板的强度和刚度，应保证混凝土不低于C25的强度等级，钢筋材料宜用HRB335级或RRB400级，并保证12mm的最小直径和200mm的最小间距。
四、结语
从以上实例中可以发现，桩基承台加防水板形式在建筑地下工程的设计中具有非常明显的优势。施工方面，桩基承台加防水板形式的适应性广，在很多环节可以有效控制成本投入，与其他施工方法相比，该形式可节约15%以上土建成本，而且施工难度小，可以快速完成，对于保证建设进度具有非常重要的意义。希望通过实例分析，让相关技术人员对桩基承台加防水板在地下室设计中的应用积累更多的实操经验，进一步推动相关技术在实际建筑工程设计和施工中的应用。
参考文献
[1] 马小波.浅谈地下室底板无梁防水板的应用实践[J].福建建材，2015，（06）：30-31+51.
[2] 沈磊.桩基承台加防水板应用实例[J].浙江冶金，2015，（02）：51-55.