摘要：隨著現(xiàn)代城市化進(jìn)程的不斷加快，大量含有地下室建筑物的深基礎(chǔ)不斷涌現(xiàn)?；A(chǔ)部分造價(jià)所占的比重也越來越高，因此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中采用經(jīng)濟(jì)、合理的方案顯得尤為重要。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中大多數(shù)設(shè)計(jì)人員僅考慮水浮力的不利影響，忽視了水浮力減負(fù)作用，而各規(guī)范對于考慮水浮力作用的表述又不統(tǒng)一。本文結(jié)合實(shí)際工程闡述了建筑物豎向力減負(fù)作用的合理性。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 水浮力 減負(fù)作用

一.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)范對地下水浮力的規(guī)定

眾所周知，建筑物地基反力可以看作是建筑物總豎向力與地下水浮力的差值。目前有關(guān)地基基礎(chǔ)的規(guī)范對基礎(chǔ)底面處的壓力所表述的原理是一致的，但是對具體細(xì)節(jié)并不統(tǒng)一。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的基本公式5.2.1～5.2.4，略去了地下水浮力對建筑物豎向力的減負(fù)作用，其實(shí)際上是將地下水浮力納入建筑物的安全儲備。對于采用天然地基作為基礎(chǔ)的建筑物而言，地下水位與基礎(chǔ)埋深之間的差值小，其對建筑物豎向力的減負(fù)作用也小，因此略去水浮力的減負(fù)作用偏于安全且有利于簡化計(jì)算，這樣做是合理的。

《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》JGJ6-2011基本公式4.0.3-1～4.0.3-3類同于淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求。但在4.0.3-1條的說明中的G值為基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重之和，在計(jì)算地下水位以下部分時(shí)，應(yīng)取土的有效重度。我對它的理解是：對于埋深較大的基礎(chǔ)，當(dāng)基底在地下水位以下時(shí)，應(yīng)考慮水浮力的作用，即在總豎向力F+G中減去浮力。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008中5.1.1.1條計(jì)算樁豎向力時(shí)，明確指出G值為樁基承臺和承臺上土自重；對穩(wěn)定的地下水位以下部分應(yīng)扣除水的浮力。

從上述規(guī)范的規(guī)定來看，對于埋深較大的筏形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，原則理論上應(yīng)該考慮地下水浮力的作用，不考慮則偏于保守。當(dāng)然考慮地下水浮力的有利作用需要一個(gè)前提，那就是需要對地下水位變化趨勢有正確的評估，地下水位必須按常年穩(wěn)定的地下水位計(jì)算，以避免因地下水下降帶來不利影響。

二.工程實(shí)例分析

臨平胤超城市青年廣場由2幢主樓和裙房及地下車庫等組成，主樓之間為地上3層裙房，地下室為3層地下室

本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。0.00相當(dāng)于絕對高程5.450米，地下室底板面標(biāo)高為-11.500，地下室板厚為0.5米。根據(jù)勘察報(bào)告，本場地穩(wěn)定水位標(biāo)高在0.80～2.98m之間，年水位變幅1.50m左右?？紤]地下水浮力作用的水頭深度為：（0.8-1.5）-（5.45-11.5-0.5）=5.85米

1.以D交2軸處柱子為例（柱網(wǎng)尺寸為8.4x8.4米），根據(jù)電算結(jié)果，不考慮地下水浮力作用時(shí)，柱下軸力為16494KN，布樁方式為3D900（3x5300=15900KN）；考慮地下水浮力作用時(shí)，柱下軸力為12901KN，布樁方式為3D800（3x4500=13500KN）；經(jīng)濟(jì)性非常明顯。

2.假定本工程采用筏板基礎(chǔ)，其持力層為第3-2層砂質(zhì)粉土，地基承載力特征值fak=130kPa。按地下水位絕對標(biāo)高程為3.5m計(jì)算修正后的地基承載力特征值。fa= fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，各參數(shù)取值：γ=9.2kN/m3；γm=9 kN/m3；ηb=0.5；ηd =2.0。則fa=130+0.5*9.2（6-3）+2.0*9（10-0.5）=314.8kPa。

以M交15軸處柱子為例（柱網(wǎng)尺寸為8.1x7.5米），根據(jù)電算結(jié)果，不考慮地下水浮力作用時(shí)，柱下軸力為20455KN，=20455/（8.1*7.5）+25*0.5=349.2 kPa。則：fa < pk。如果不考慮地下水浮力作用，本工程需要采用樁筏基礎(chǔ)才能滿足承載力要求?？紤]地下水浮力作用時(shí)，地下水絕對標(biāo)高程為3.5m時(shí)，水浮力為F浮= γ水h=10×3.5-10*（5.45-11.5-0.5）=100.5kPa。即在“總豎向力中扣除水浮力”，則：pk -F浮=349.2-100.5=248.7kPa< fa=314.8kPa。從地基承載力方面來看，此時(shí)采用天然地基就可以滿足要求，不需要打樁。

3. 地下水位下降，原水位下土的重度增加，對地基承載力特征值的修正增加。將地下水位埋深（假設(shè)水位降至基底，單位m）和修正后的地基承載力與扣除地下水浮力后的總豎向力（pk -F?。┑牟钪导磃a-（p-F?。▎挝籏pa）的關(guān)系繪成曲線，如下圖所示（。假設(shè)地下

水位降至基礎(chǔ)底面以下時(shí)，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的公式5.2.4計(jì)算得出修正后的地基承載力fa=493.6kPa。由此可見，地下水位下降， fa-（p-F?。?值增大，對結(jié)構(gòu)有利。因此，設(shè)計(jì)時(shí)按該場區(qū)常年水位變幅的高水位值計(jì)算是偏于安全的。

三.地下水位下降對地基變形的影響分析

地基變形的驗(yàn)算是按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）5.3.5條并考慮第5.3.10條進(jìn)行，然后再按第5.3.7條確定地基變形計(jì)算深度Zn。當(dāng)結(jié)構(gòu)采用箱型基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)（有防水外墻），且地下水位高于基礎(chǔ)底面時(shí)，公式5.3.5中p0（對應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力）為常數(shù)。因此地下水位在基礎(chǔ)底面以上發(fā)生變化時(shí)對地基變形沒有影響。

四.結(jié)論和建議

1. 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》對如何利用水浮力問題的表述不統(tǒng)一，不利于結(jié)構(gòu)工程師掌握和利用。建議將“總豎向力中扣除地下水浮力” 替代“取有效重度”。

2. 對于埋深較大的筏形基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)原則理論上應(yīng)該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，減少樁基礎(chǔ)數(shù)量，節(jié)省工程費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

3. 對于埋深較大的筏形基礎(chǔ)，當(dāng)基礎(chǔ)底面標(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：

（1）地下水位應(yīng)嚴(yán)格按照勘察報(bào)告提供的“常年水位”并取相應(yīng)的水浮力、修整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。

（2）當(dāng)?shù)叵滤辉诔Ｄ曜罡咚慌c基礎(chǔ)底面標(biāo)高之間變動時(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為常數(shù)，地下水位下降對地基變形無影響。如遇南水北調(diào)等特殊情況使得該場區(qū)地下水位超出常年最高、最低水位，則應(yīng)另行評估地基承載力和地基變形。

（3）在進(jìn)行基礎(chǔ)底板強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，基底凈反力等于（上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載-水浮力）+水浮力-基礎(chǔ)自重。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007-2011.

[2]高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范JGJ6-2011

[3]建筑樁基技術(shù)規(guī)范 JGJ94-2008