蔣炳禮 郭彬彬 劉凱

摘 要：當有地下水時，地下建筑物抗浮設計就是設計的一項重要內(nèi)容，由于巖土工程條件及地下水的多變性，特別是缺乏專門系統(tǒng)的研究資料和觀測資料，另外相關規(guī)范沒有更加明確具體可操作性的規(guī)定和設計者對抗浮設計重視不夠，在一些工程中可能出現(xiàn)問題，一是地下建筑物浮起，結(jié)構(gòu)損壞；二是抗浮水位確定不合理或抗浮措施采取不當，造成重大浪費的。本文根據(jù)自己的學習、理解和在實際設計過程中做法，談談自己的看法。

關鍵詞：原因；措施；確定

1 浮力產(chǎn)生的原因

根據(jù)地下埋藏條件的不同，地下水可分為上層滯水、潛水和承壓水三大類。

上層滯水： 是存在于包氣帶中局部隔水層或弱透水層之上的重力水。上層滯水的形成是在大面積透水的水平或緩傾斜巖層中，有相對隔水層，降水或其他方式補給的地下水向下部滲透過程中，因受隔水層的阻隔而滯留、聚集于隔水層之上，形成上層滯水。

潛水：是埋藏于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上的地下水，通常所見到的地下水多半是潛水。當?shù)叵滤鞒龅孛鏁r就形成泉。潛水存在于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上面、具有自由水面的重力。它主要由降水和地表水入滲補給。

承壓水（自流水）是埋藏較深的、賦存于兩個隔水層之間的地下水。承壓水充滿于上下兩個隔水層之間的含水層中的水。它承受壓力，當上覆的隔水層被鑿穿時，水能從鉆孔上升或噴出。

眾所周知，水對地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，浸在液體里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開同體積水的重力。因此，透水土層在地下水長期浸泡下，地下建筑物與周圍巖土介質(zhì)間因地下水通過大孔道或微小的孔隙滲入達到一定水位時，無論水的性質(zhì)是潛水、上層滯水或承壓水，無論滲入水量的多少，都會產(chǎn)生水浮力，當水浮力強度大于地下建筑物單位面積的重量時，建筑物即可浮起，當水不斷補充，建筑物將繼續(xù)上浮，否則，如果水未繼續(xù)補充，或滲入的水量小于基底和周邊土的滲出水量時，則建筑物不會繼續(xù)上浮，地下結(jié)構(gòu)不致破壞。

2 地下建筑物的抗浮設計及抗浮措施

地下建筑物的抗浮設計應考慮以下幾個方面：

（1）施工階段、使用階段等不同階段的抗浮穩(wěn)定驗算。

（2）整體抗浮穩(wěn)定的驗算及局部抗浮穩(wěn)定的驗算。地下建筑物不僅要滿足整體抗浮的穩(wěn)定要求，在墻體較少或荷載較小的部位尚要滿足局部抗浮穩(wěn)定的要求。

（3）地下建筑物外墻、底板等構(gòu)件的強度及抗裂驗算。在整體抗浮及局部穩(wěn)定得到保證的前提下，才能進行地下建筑物結(jié)構(gòu)的抗浮設計驗算。

（4）設置抗拔構(gòu)件及其它措施。當建筑物自重不足以平衡地下水的浮力時，可設置抗拔錨桿、抗拔樁、加大建筑物自重、在筏板上填充容重較大的材料，施工期間進行降水等等?？拱螛?gòu)件的選用，要根據(jù)工程的實際情況慎重確定，如單棟建筑或單獨的地下室，可采用抗拔錨桿、抗拔樁、加大建筑物自重、在筏板上填充容重較大的材料；如果是大地盤地下室上有幾個塔樓，無上部結(jié)構(gòu)的地下室進行抗浮構(gòu)件選用需謹慎，要考慮塔樓與地下室沉降差異問題，否責可能造成筏板或墻體裂縫。

（5）地下建筑物所在場地無地下水，雨水及其他地表水有組織地及時排走時，可以不考慮抗浮問題。

（6）如有地下水，但地下建筑物基底位于不透水土層，且基坑四周回填土采用壓實的粘性土或灰土，使地下水不可能滲入基底時，可以不考慮抗浮問題，但要對地下建筑物外墻的進行強度及抗裂驗算（考慮水的荷載）。

（7）要分清楚抗浮水位、防水水位的不同。抗浮水位是指抗浮設計時控制浮力的水位，防水水位是地下建筑物防水設計時控制設計的水位，這兩者的出發(fā)點不同，對同一個場地而言，有些情況下二者的水位是相同的（如純地下室無上部結(jié)構(gòu)，當水位位于地下室頂板以上時），但大部分情況下是不相同（如一般地下室且有上部結(jié)構(gòu)時）。

3 抗浮設計水位的確定

抗浮設計水位標高的取值是抗浮設計的重要一環(huán)，其取值的大小，對浮力的計算起關鍵的作用?？垢∷坏母叩团c地形、地貌、地下水類型、土質(zhì)、氣候及環(huán)境情況等多種因素相關。

《高層建筑巖土勘察規(guī)程》JGJ72-2004第8.6.2條規(guī)定，場地地下水抗浮設計水位的綜合確定以符合下列規(guī)定：1）當有長期水位觀察資料時，地下抗浮設計水位可采用實測最高水位；無長期水位觀察資料或資料缺乏時，按勘察期間的實測最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定；2）場地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時，應實測承壓水水位并考慮其對抗浮設計水位的影響；3）只考慮施工期間的抗浮設計時，抗浮設計可按一個水文年的最高水位確定。

雖然有上述規(guī)定，但在一些中小城市由于缺乏長期水位觀察資料，按此規(guī)程的相關內(nèi)容難以操作，不同的勘察單位給出的抗浮設計水位標高不同。因此，抗浮設計水位的確定是一個十分復雜的綜合性問題。

綜合考慮上述問題，結(jié)合相關規(guī)范的規(guī)定和多位專家的有關觀點，抗浮設計水位可按下列方法確定：

（1）上層滯水抗浮設計水位的確定。由于地面水、雨水和地下管道漏水補給的上層滯水水位多變，且場地各點水位也不相同，出于便于操作方面考慮，在場地無長期積水的前提下，可取地下水位上升1～2米為抗浮設計水位。

（2）承壓水、潛水、巖溶水及裂隙水抗浮設計水位的確定。地下建筑物基底位于含水層內(nèi)，抗浮設計水位應按歷史最高水位或建筑物設計使用期內(nèi)最高水位計算。

當承壓水、潛水、巖溶水與上層滯水有水力聯(lián)系且不易隔斷聯(lián)系時，宜取建筑物使用階段的室外地面標高為抗浮設計水位。

（3）當?shù)叵陆ㄖ锼巿龅氐貏莸屯荩瑘龅赜锌赡荛L期積水時，按可能發(fā)生的積水標高確定抗浮設計水位。

（4）當?shù)叵陆ㄖ苓呌羞B續(xù)可靠的排水通道，且排水量及排水速度大于地面水和地下水的補給速度時，可取排水通道的標高作為抗浮設計水位。

總之地下建筑物的抗浮設計的措施與地下建筑物的具體情況和多種因素相關，往往需要采用綜合性方法予以解決。在當前規(guī)范未對抗浮設計進行明確規(guī)定的情況下，設計人員應掌握地下建筑物浮起的機理及抗浮水位確定等基本知識，根據(jù)工程的實際情況，全面思考、精心設計，做到科學、經(jīng)濟、合理。

參考文獻：

[1] GB 50007—2011.建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[2] JGJ 72—2004高層建筑巖土勘察規(guī)程[S].