本发明属于综合管廊技术领域，尤其涉及一种地下综合管廊抗浮结构及其抗浮验算方法。
背景技术：
综合管廊为建于城市地下用于容纳多种市政管线的构筑物。综合管廊断面尺寸较小，长度大，综合造价高。当地下水位较高时，综合管廊需考虑抗浮问题，其抗浮安全系数需满足国家规范要求。虽然管廊标准段纵断面设计时一般可通过管廊顶部岩土体自重抗浮，但大部分节点，如吊装口、通风口、分支口、人员出入口等，由于节点处结构高度大，结构顶部覆土薄，此时需采用其他措施方可满足抗浮要求。通常采用的桩基、锚杆抗浮，工序复杂，施工速度慢，工程造价高，合理性及经济性较差。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种地下综合管廊抗浮结构及其抗浮验算方法，旨在解决现有技术中的抗浮方法存在的工序复杂，施工速度慢，工程造价高的问题。
本发明是这样实现的，一种地下综合管廊抗浮结构，包括设置在地下岩土体中的综合管廊箱型主体，所述综合管廊箱型主体为钢筋混凝土结构；所述综合管廊箱型主体的底板两侧设置有等长或不等长的压重板，所述压重板亦为钢筋混凝土结构，其与所述综合管廊箱型主体的底板同步浇筑，共同受力，两者为一体结构。
进一步的，所述压重板为悬挑结构，压重板的顶面设置有横向受力钢筋，其底面设置有横向构造钢筋，所述压重板的顶面、底面均设置有纵向分布钢筋，所述横向受力钢筋、横向构造钢筋均伸入所述综合管廊箱型主体的底板内，并且，所述横向受力钢筋、横向构造钢筋伸入综合管廊箱型主体底板的长度满足锚固要求。
进一步的，所述压重板的悬臂端厚度不小于0.2m，悬臂根部厚度根据所需压重重量要求及混凝土抗弯、抗剪强度经计算后确定。
进一步的，覆盖所述横向受力钢筋、横向构造钢筋的混凝土保护层的厚度不小于50mm。
进一步的，所述压重板沿所述综合管廊箱型主体纵向方向延伸。
进一步的，所述综合管廊箱型主体沿其纵向方向的两端设置有变形缝，在变形缝两侧0.3～0.5m宽度范围内不设置所述压重板，形成用于安装外贴式止水带的安装位。
本发明为解决上述技术问题，还提供了一种地下综合管廊抗浮结构的抗浮验算方法，抗浮验算以变形缝为分界，以单个节段为单位，至少包括以下步骤：
S1、取一延米为单位，计算所述综合管廊箱型主体的水浮力Fw及其合力作用点：
Fw＝∑γw×Vi
Lw1＝(∑γw×Vi×Lwi)/Fw
Lw2＝L-Lw1
式中Fw为水浮力，γw为水重度，Vi为位于地下水位以下综合管廊箱型主体各组成构件外包体积，Lw1为水浮力合力至综合管廊箱型主体最左侧结构边缘距离，Lwi为综合管廊箱型主体各组成构件水浮力至综合管廊箱型主体最左侧边缘距离，Lw2为水浮力合力至综合管廊箱型主体最右侧结构边缘距离，L为综合管廊箱型主体总宽度；
S2、取一延米为单位，计算所述综合管廊箱型主体的自重G及其合力作用点：
G＝∑γc×Vic
Lg1＝(∑γc×Vic×Lgi)/G
Lg2＝L-Lg1
式中G为综合管廊箱型主体自重合力，γc为钢筋混凝土重度，Vic为综合管廊箱型主体各结构构件的体积，Lg1为综合管廊箱型主体自重合力至综合管廊箱型主体最左侧边缘距离，Lgi为综合管廊箱型主体各结构构件自重至综合管廊箱型主体最左侧边缘距离，Lg2为综合管廊箱型主体自重合力至综合管廊箱型主体最右侧边缘距离；
S3、取一延米为单位，计算综合管廊箱型主体顶板上方土体压重Fd及其合力作用点：
Fd＝∑Fdi
Fdi＝∑γ’cj×Hj×Bi
Ld1＝(∑Fdi×Ldi)/Fd
Ld2＝L-Ld1
式中Fd为综合管廊箱型主体顶板上方土体压重合力，Fdi为不同标高的各区段综合管廊箱型主体顶板上方土体压重，γ’cj为各土层计算重度，当土层位于地下水位以下时采用浮容重，Hj为综合管廊箱型主体顶板上方各土层厚度，Bi为不同标高的综合管廊箱型主体各顶板横向宽度，Ld1为综合管廊箱型主体顶板上方土体压重合力至综合管廊箱型主体最左侧边缘距离，Ldi为综合管廊箱型主体不同标高的各区段顶板上方土体压重至综合管廊箱型主体最左侧边缘距离，Ld2为综合管廊箱型主体顶板上方土体压重合力至综合管廊箱型主体最右侧边缘距离；
S4、取一延米为单位，计算左右两侧的压重板上方土体压重：
Fk2＝∑γ’cj×Hj×Lk2
Fk3＝∑γ’cj×Hj×Lk3
式中Fk2为左侧压重板上方土体压重，Fk3为右侧压重板上方土体压重，γ’cj为压重板上方各土层计算重度，当土层位于地下水位以下时采用浮容重，Hj为压重板上方各土层厚度，Lk2为左侧的压重板横向宽度，Lk3为右侧的压重板横向宽度；
S5、取一延米为单位，计算左右两侧的压重板的有效压重抗浮承载力：
Fk’2＝min(2×M2/Lk2，Q2，Fk2)
Fk’3＝min(2×M2/Lk3，Q3，Fk3)
式中F’k2为左侧压重板有效压重抗浮承载力，F’k3为右侧压重板有效压重抗浮承载力，M2为左侧压重板根部截面抗弯承载力，M3为右侧压重板根部截面抗弯承载力，Q2为左侧压重板根部截面抗剪承载力，Q3为右侧压重板根部截面抗剪承载力；
S6、对综合管廊箱型主体进行整体抗浮验算：
Kz＝∑Fk/∑Fw
当管廊结构、土层分布、覆土厚度、地下水位等在纵向无显著变化时，可取一延米为单位进行整体抗浮验算，此时：
Kz＝∑Fk/∑Fw＝(G+Fd+Fk’2+Fk’3)/Fw≥Kf式中Fk为每延米抗浮力，Fw为每延米水浮力，Kz为整体抗浮验算安全系数，Kf为国家规范要求的结构抗浮安全系数，不考虑外墙与土层间侧摩阻力时Kf不小于1.05；
S7、对综合管廊箱型主体进行横向局部抗浮验算：
Kh1＝Mkh1/Mfh1
Kh2＝Mkh2/Mfh2
Kh＝min(Kh1，Kh2)≥Kf
当管廊结构、土层分布、覆土厚度、地下水位等在纵向无显著变化时，可取一延米为单位进行横向局部抗浮验算，此时：
Kh1＝Mkh1/Mfh1＝(G×Lg1+Fd×Ld1+Fk’2×Lk2/2+Fk’3×(L-Lk3/2))/(Fw×Lw1)
Kh2＝Mkh2/Mfh2＝(G×Lg2+Fd×Ld2+Fk’3×Lk3/2+Fk’2×(L-Lk2/2))/(Fw×Lw2)
式中Mkh1、Mkh2分别为抗浮力绕最左、最右侧结构边缘的转动力矩，Mfh1、Mfh2分别为水浮力绕最左、最右侧结构边缘的转动力矩，Kh为横向局部抗浮安全系数，Kh1为绕最左侧结构边缘转动稳定性安全系数，Kh2为绕最右侧结构边缘转动稳定性安全系数，Kf为国家规范要求的结构抗浮安全系数，不考虑外墙与土层间侧摩阻力时Kf不小于1.05；
S8、对综合管廊箱型主体进行纵向局部抗浮验算：
Kl＝Mkl/Mfl
Kl≥Kf
式中Mkl为抗浮力绕结构变形缝的转动力矩，Mfl为水浮力绕结构变形缝的转动力矩，Kl为纵向局部抗浮安全系数，Kf为国家规范要求的结构抗浮安全系数，不考虑外墙与土层间侧摩阻力时Kf不小于1.05。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
综合管廊箱型主体的底板两侧设置有压重板，可利用压重板上方土体自重来抵抗水浮力，相比于传统采用钻孔灌注桩、锚杆抗浮的方式，本发明具有更好的经济性和施工便利性，且稳定可靠，有效解决地下综合管廊的抗浮问题，此外，本发明所提出的抗浮验算方法可用于指导工程设计。
附图说明
图1是本发明实施例提供的地下综合管廊抗浮结构的断面示意图；
图2是本发明实施例提供的地下综合管廊抗浮结构的平面示意图；
图3是本发明实施例提供的地下综合管廊抗浮结构压重板断面配筋示意图；
图4是实施例提供的地下综合管廊抗浮结构的浮力工况下受力示意图；
图5是本发明实施案例某两舱综合管廊与吊装口断面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参见图1至图3，为本发明提供的一较佳实施例，提供了一种地下综合管廊抗浮结构，其包括设置在地下岩土体中的综合管廊箱型主体1，综合管廊箱型主体1的底板11两侧设置有悬挑结构的压重板2，具体的，压重板2包括位于左侧的左侧压重板21以及位于右侧的右侧压重板22。综合管廊箱型主体1以及压重板2均为钢筋混凝土结构，压重板2与综合管廊箱型主体1的底板11同步浇筑，两者为一体结构。
具体的，压重板2的顶面设置有横向受力钢筋a，其底面设置有横向构造钢筋b。所述压重板2的顶面、底面均设置有纵向分布钢筋c，所述横向受力钢筋a、横向构造钢筋b均伸入综合管廊箱型主体1的底板11内，并且，所述横向受力钢筋a、横向构造钢筋b伸入综合管廊箱型主体1底板11的长度满足锚固要求。覆盖所述横向受力钢筋、横向构造钢筋的混凝土保护层的厚度不小于50mm。压重板2的悬臂端厚度不小于0.2m，压重板2的悬臂根部厚度根据所需压重重量要求及混凝土抗弯、抗剪强度经计算后确定。
请继续参见图1，图1示出了地基A、地面线B以及地下水位线C。压重板2沿所述综合管廊箱型主体1纵向方向延伸。综合管廊箱型主体1沿其纵向方向的两端设置有变形缝D，所述压重板2沿其纵向方向的两端缩入与所述变形缝D对齐的横截面，并形成用于安装外贴式止水带的安装位。于本实施例中，压重板2在变形缝D两侧0.3～0.5m宽度范围内不设置，以便于变形缝D外贴式止水带的安装。
请参见图4，本实施例还提供了上述地下综合管廊抗浮结构的抗浮验算方法，抗浮验算以一个节段为单位，包括以下步骤：
S1、取一延米为单位，计算所述综合管廊箱型主体1的水浮力Fw及其合力作用点：
Fw＝∑γw×Vi
Lw1＝(∑γw×Vi×Lwi)/Fw
Lw2＝L-Lw1
式中Fw为水浮力，γw为水重度，Vi为位于地下水位以下综合管廊箱型主体1各组成构件外包体积，Lw1为水浮力合力至综合管廊箱型主体1最左侧结构边缘距离，Lwi为综合管廊箱型主体1各组成构件水浮力至综合管廊箱型主体1最左侧边缘距离，Lw2为水浮力合力至综合管廊箱型主体1最右侧结构边缘距离，L为综合管廊箱型主体1总宽度；
S2、取一延米为单位，计算所述综合管廊箱型主体1的自重G及其合力作用点：
G＝∑γc×Vic
Lg1＝(∑γc×Vic×Lgi)/G
Lg2＝L-Lg1
式中G为综合管廊箱型主体1自重合力，γc为钢筋混凝土重度，Vic为综合管廊箱型主体1各结构构件的体积，Lg1为综合管廊箱型主体1自重合力至综合管廊箱型主体1最左侧边缘距离，Lgi为综合管廊箱型主体1各结构构件自重至综合管廊箱型主体1最左侧边缘距离，Lg2为综合管廊箱型主体1自重合力至综合管廊箱型主体1最右侧边缘距离；
S3、取一延米为单位，计算综合管廊箱型主体1顶板上方土体压重Fd及其合力作用点：
Fd＝∑Fdi
Fdi＝∑γ’cj×Hj×Bi
Ld1＝(∑Fdi×Ldi)/Fd
Ld2＝L-Ld1
式中Fd为综合管廊箱型主体1顶板上方土体压重合力，Fdi为不同标高的各区段综合管廊箱型主体1顶板上方土体压重，γ’cj为各土层计算重度，当土层位于地下水位以下时采用浮容重，Hj为综合管廊箱型主体1顶板上方各土层厚度，Bi为不同标高的综合管廊箱型主体1各顶板横向宽度，Ld1为综合管廊箱型主体1顶板上方土体压重合力至综合管廊箱型主体1最左侧边缘距离，Ldi为综合管廊箱型主体1不同标高的各区段顶板上方土体压重至综合管廊箱型主体1最左侧边缘距离，Ld2为综合管廊箱型主体1顶板上方土体压重合力至综合管廊箱型主体1最右侧边缘距离；
S4、取一延米为单位，计算压重板2上方土体压重：
Fk2＝∑γ’cj×Hj×Lk2
Fk3＝∑γ’cj×Hj×Lk3
式中Fk2为左侧压重板21上方土体压重，Fk3为右侧压重板22上方土体压重，γ’cj为压重板2上方各土层计算重度，当土层位于地下水位以下时采用浮容重，Hj为压重板2上方各土层厚度，Lk2为左侧压重板21横向宽度，Lk3为右侧压重板22横向宽度；
S5、取一延米为单位，计算压重板2的有效压重抗浮承载力：
Fk’2＝min(2×M2/Lk2，Q2，Fk2)
Fk’3＝min(2×M2/Lk3，Q3，Fk3)
式中F’k2为左侧压重板21有效压重抗浮承载力，F’k3为右侧压重板22有效压重抗浮承载力，M2为左侧压重板21根部截面抗弯承载力，M3为右侧压重板22根部截面抗弯承载力，Q2为左侧压重板21根部截面抗剪承载力，Q3为右侧压重板22根部截面抗剪承载力；
S6、对综合管廊箱型主体1进行整体抗浮验算：
Kz＝∑Fk/∑Fw
当管廊结构、土层分布、覆土厚度、地下水位等在纵向无显著变化时，可取一延米为单位进行整体抗浮验算，此时：
Kz＝∑Fk/∑Fw＝(G+Fd+Fk’2+Fk’3)/Fw≥Kf
式中Fk为每延米抗浮力，Fw为每延米水浮力，Kz为整体抗浮验算安全系数，Kf为国家规范要求的结构抗浮安全系数，不考虑外墙与土层间侧摩阻力时Kf不小于1.05；
S7、对综合管廊箱型主体1进行横向局部抗浮验算：
Kh1＝Mkh1/Mfh1
Kh2＝Mkh2/Mfh2
Kh＝min(Kh1，Kh2)≥Kf
当管廊结构、土层分布、覆土厚度、地下水位等在纵向无显著变化时，可取一延米为单位进行横向局部抗浮验算，此时：
Kh1＝Mkh1/Mfh1＝(G×Lg1+Fd×Ld1+Fk’2×Lk2/2+Fk’3×(L-Lk3/2))/(Fw×Lw1)
Kh2＝Mkh2/Mfh2＝(G×Lg2+Fd×Ld2+Fk’3×Lk3/2+Fk’2×(L-Lk2/2))/(Fw×Lw2)
式中Mkh1、Mkh2分别为抗浮力绕最左、最右侧结构边缘的转动力矩，Mfh1、Mfh2分别为水浮力绕最左、最右侧结构边缘的转动力矩，Kh为横向局部抗浮安全系数，Kh1为绕最左侧结构边缘转动稳定性安全系数，Kh2为绕最右侧结构边缘转动稳定性安全系数，Kf为国家规范要求的结构抗浮安全系数，不考虑外墙与土层间侧摩阻力时Kf不小于1.05；
S8、对综合管廊箱型主体进行纵向局部抗浮验算：
Kl＝Mkl/Mfl
Kl≥Kf
式中Mkl别为抗浮力绕结构变形缝的转动力矩，Mfl为水浮力绕结构变形缝的转动力矩，Kl为纵向局部抗浮安全系数，Kf为国家规范要求的结构抗浮安全系数，不考虑外墙与土层间侧摩阻力时Kf不小于1.05。
本实施例于综合管廊箱型主体1的底板两侧设置压重板2，从而可利用压重板2上方土体自重来抵抗水浮力，相比于传统采用钻孔灌注桩、锚杆抗浮的方式，本发明具有更好的经济性和施工便利性，且稳定可靠，有效解决地下综合管廊的抗浮问题，此外，本实施例所提出的抗浮验算方法可用于指导工程设计。
为了更好的阐述本发明的技术方案以及技术效果，下面，举列一实际案例进行详细说明：
请参见图5，选取某两舱地下综合管廊吊装口节点为计算原型，管廊结构、土层分布、覆土厚度、地下水位等在纵向无显著变化。综合管廊左侧舱室内净宽2.5m，右侧舱室内净宽8.0m，下层结构内净高3.0m，上层结构内净高2.6m，出地面吊装口内净宽1.4m，左侧压重板21宽1.2m，右侧压重板22宽2.0m，顶板顶覆土覆土0.5m，地下水位位于地面以下0m，结构底板及压重板2厚度0.7m，其余结构侧墙、顶板、中板厚度0.35m，综合管廊两侧、顶部为回填土，回填土容重为18.5kN/m3；综合管廊材料为C35钢筋混凝土，钢筋混凝土容重为25.0kN/m3，压重板2顶部配置横向受力钢筋φ20@100，底部配置横向构造钢筋φ16@100，纵向配置分布钢筋φ16@150，钢筋均为HRB400级。
纵向取一延米为单位，抗浮验算过程如下：
①钢筋混凝土综合管廊箱型主体1的水浮力及其合力作用点计算：
Fw＝＝∑γw×Vi＝10x75.73＝757.3(kN)
Lw1＝(∑γw×Vi×Lwi)/Fw＝7.58(m)
Lw2＝L-Lw1＝14.75-7.58＝7.17(m)
②钢筋混凝土综合管廊箱型主体1的自重及其合力作用点计算：
G＝∑γc×Vic＝25x22.13＝553.25(kN)
Lg1＝(∑γc×Vic×Lgi)/G＝7.31(m)
Lg2＝L-Lg1＝14.75-7.31＝7.44(m)
③综合管廊箱型主体1顶板上方土体压重Fd及其合力作用点计算：
Fd1＝8.5x9.45x0.5＝40.16(kN)
Fd2＝8.5x2.95x2.85＝71.46(kN)
Fd＝∑Fdi＝111.62(kN)
Ld1＝(∑Fdi×Ldi)/Fd＝3.81(m)
Ld2＝L-Ld1＝14.75-3.81＝10.94(m)
④左侧压重板21、右侧压重板22上方土体压重计算：
Lk2＝1.2(m)
Lk3＝2.0(m)
Fk2＝∑γ’cj×Hj×Lk2＝8.5x6.8x1.2＝69.36(kN)
Fk3＝∑γ’cj×Hj×Lk3＝8.5x6.8x2.0＝115.6(kN)
⑤左侧压重板21、右侧压重板22有效压重抗浮承载力计算：
Fk’2＝min(2×M2/Lk2，Q2，Fk2)＝Fk2＝69.36(kN)
Fk’3＝min(2×M2/Lk3，Q3，Fk3)＝Fk3＝115.6(kN)
⑥综合管廊箱型主体1的整体抗浮验算：
Kz＝(G+Fd+Fk’2+Fk’3)/Fw＝(553.25+111.62+69.36+115.6)/757.3＝1.12Kz＞Kf＝1.05
整体抗浮满足要求；
⑦综合管廊箱型主体1的横向局部抗浮验算：
Kh1＝(G×Lg1+Fd×Ld1+Fk’2×Lk2/2+Fk’3×(L-Lk3/2))/(Fw×Lw1)＝1.06
Kh2＝(G×Lg2+Fd×Ld2+Fk’3×Lk3/2+Fk’2×(L-Lk2/2))/(Fw×Lw2)＝1.23
Kh＝min(Kh1，Kh2)＝1.06
Kh＞Kf＝1.05
横向局部抗浮满足要求。
⑧综合管廊箱型主体1的纵向局部抗浮验算：
由于管廊结构、土层分布、覆土厚度、地下水位等在纵向无显著变化，
Kl＝Kz＝1.12
Kl＞Kf＝1.05综上所示该综合管廊节点抗浮验算满足要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。