查旭

摘 要：目前大多數(shù)工程都設(shè)計有地下室，部分地下室由于抗浮設(shè)計的失敗造成地下室整體 上浮、局部底板破壞開裂漏水。本文根據(jù)筆者多個地下工程的設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 對地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計做了一些總結(jié)，與各位同行一起探討學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：水浮力；抗浮水位；抗浮設(shè)計；抗浮措施

1.抗浮設(shè)計的基本原理

水對地下建筑物的浮力作用遵循阿基米德原理，水對建筑物的浮力等于建筑物排開同體 積水的重量。同時水的浮力作用也遵循連通管原理。因此，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ锱c周圍介質(zhì)間存在 薄層自由水膜時，無論是潛水、上層滯水或承壓水，即可產(chǎn)生強度為γh 的浮力（γ為水的 重度，h 為建筑物基底以上的水頭），當(dāng)水浮力大于地下建筑物的重量時，建筑物即可浮起。

2.確定科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位

抗浮設(shè)防水位應(yīng)該取自地下室施工期間至全壽命使用期間可能遇到的最高水位。建筑場 地抗浮設(shè)防水位應(yīng)以區(qū)域水文地質(zhì)條件、場地地下水埋藏條件和地下水長期觀測資料為基 礎(chǔ)，從較大范圍的整個場地來考慮，而不是以某個建筑單獨來考慮。

地下室抗浮設(shè)防水位應(yīng)根據(jù)勘察、設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的原則確定。通常，當(dāng)有長期水文觀 測資料時，抗浮設(shè)防水位可取歷年最高地下水位；當(dāng)無長期水文觀測資料時，抗浮設(shè)防水位 可根據(jù)豐水期最高穩(wěn)定地下水位和勘察期間實測最高地下水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水 補給及排泄條件等因素綜合確定；對情況復(fù)雜的重要工程，需要論證抗浮設(shè)防水位時，應(yīng)進(jìn) 行專門調(diào)查研究；若地下室基礎(chǔ)和底板埋置于不透水層，周邊回填土為密實的不透水土，且 場地?zé)o積水時，可不考慮水浮力的作用。

抗浮水位的確定是一個復(fù)雜問題，抗浮水位的高低與地形、地下水類型、土質(zhì)等多種因 素相關(guān)，應(yīng)綜合分析確定，不能簡單地取用勘察報告提供的勘察時的水位。一般情況下，當(dāng) 地勘報告沒有明確提供抗浮設(shè)防水位時，可參照下列幾種情況確定抗浮設(shè)計水位。

（1）當(dāng)?shù)叵率一孜挥诤畬又?，且含水層有承壓水存在時，抗浮設(shè)防水位應(yīng)按照歷史 最高或豐水期最高承壓水頭計算水浮力。當(dāng)承壓水與潛水或上層滯水有水力聯(lián)系時，應(yīng)按二 者的混合最高水位計算水浮力。

（2）當(dāng)?shù)叵陆ㄖ锼巿龅氐貏莸屯荩瑘龅赜锌赡馨l(fā)生積水時，應(yīng)按照可能發(fā)生的積水 標(biāo)高計算水浮力。

（3）一般情況下，出于安全考慮，在場地?zé)o積水的情況下，可取室外地面標(biāo)高為抗浮設(shè) 防水位標(biāo)高。當(dāng)場地地勢高于周邊地面時，可按照設(shè)計使用年限內(nèi)可能產(chǎn)生的最高地下水位 或豐水期穩(wěn)定水位計算水浮力。

（4）對處于斜坡上的地下室或其他可能產(chǎn)生明顯水頭差的場地上的地下室進(jìn)行抗浮設(shè)計 時，應(yīng)考慮地下水滲流對地下室底板產(chǎn)生的非均布荷載的影響。

（5）對于鄰近江、河、湖泊的地下建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)地下土層分布情況考慮江、河、湖 泊的最高水位和水力坡降對抗浮設(shè)計水位的影響。

3.抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）第 5.4.3 條規(guī)定，抗浮設(shè)計時，抗浮 穩(wěn)定安全系數(shù)一般情況下可取 1.05。

4.抗浮驗算

對水位穩(wěn)定的地下水浮力可按永久荷載考慮；對于水位急劇變化的地下水浮力應(yīng)按可變 荷載考慮。

地下室在穩(wěn)定地下水位作用下所受的水浮力應(yīng)按照靜水壓力計算。基底水浮力計算應(yīng)以 場地抗浮設(shè)防水位為起始點，對于砂層和卵石層按靜水壓力計算；對于滲透系數(shù)很?。╧≤

0.5m/d）的弱透水層，在考慮滲流情況下，靜水壓力可以考慮折減。臨時高水位作用下的水 浮力在粘性土地基中可以根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗適當(dāng)折減，在砂土中不折減。在無動水壓力及承壓水 時，計算水浮力的最高水位不宜超過地下室的頂板面標(biāo)高。在進(jìn)行抗浮設(shè)計驗算時不考慮地 下室外墻側(cè)壁的抗浮摩擦力。

地下室在施工和使用階段都必須滿足抗浮穩(wěn)定性要求。在施工階段應(yīng)根據(jù)施工期間的抗 浮設(shè)防水位和抗力荷載進(jìn)行抗浮驗算，必要時可以采取施工降排水措施來滿足抗浮穩(wěn)定性要 求。在使用階段應(yīng)根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的抗浮設(shè)防水位進(jìn)行抗浮驗算。抗浮驗算除了整體抗浮 穩(wěn)定驗算以外，還應(yīng)對局部自重較小的區(qū)域進(jìn)行局部抗浮穩(wěn)定驗算，特別是對上部結(jié)構(gòu)缺層 或大范圍樓板開洞的部位。在水浮力作用下，基礎(chǔ)底板應(yīng)具有足夠的強度和剛度，應(yīng)進(jìn)行水 浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗算。

（1）抗浮穩(wěn)定性驗算

①整體抗浮穩(wěn)定性驗算應(yīng)采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）第 5.4.3 條 規(guī)定公式計算。

②整體抗浮穩(wěn)定性不滿足設(shè)計要求時，可以采用增加壓重或設(shè)置抗浮構(gòu)件（抗拔樁或抗 浮錨桿）等措施。當(dāng)采用抗拔樁或抗浮錨桿時，整體抗浮穩(wěn)定性驗算應(yīng)符合下式要求：

其中 Gk 為建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)及壓重標(biāo)準(zhǔn)之和，N w，k為浮力作用標(biāo)準(zhǔn)值，Ra為單樁抗拔承載力特征值，Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。

（2）底板結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗浮驗算

地下室底板設(shè)計應(yīng)考慮兩種最不利的荷載組合，一種是只考慮板自重和板上豎向荷載作 用，不考慮地下水浮力和板底土反力的作用；另一種是同時考慮地下水浮力、板底土反力、 板自重及板上豎向荷載的組合。底板抗浮驗算主要是驗算地下室底梁、板的抗浮承載力和撓 度、裂縫。

5.抗浮措施

為防止地下工程的浮起破壞，目前，工程上通常采用配重法、設(shè)置抗浮樁或抗浮錨桿來解決地下工程的抗浮問題。

①增加附加壓重

當(dāng)整體抗浮穩(wěn)定性不滿足要求時，可以采用增加頂板覆土厚度或增加底板面層厚度來加 大壓重以平衡水浮力。

②設(shè)置抗拔樁或抗浮錨桿

抗拔樁或抗浮錨桿的抗拔承載力應(yīng)采用抗拔載荷試驗確定?？拱螛犊刹捎没炷令A(yù)制樁 和灌注樁，應(yīng)慎用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，主要是管樁的主筋墩頭與端板連接處容易拉脫，同時 管樁的接頭焊縫耐久性也難以保證。抗拔樁還應(yīng)進(jìn)行樁身受拉承載力和裂縫寬度驗算。應(yīng)盡 量將抗拔樁布置在獨立基礎(chǔ)下、基礎(chǔ)梁下或柱底筏板下。當(dāng)筏板抗彎剛度較大時也可將抗拔 樁均勻布置在地下室底板下，此時雖然按樁頂承擔(dān)均勻的拉力來設(shè)計，但當(dāng)?shù)装迨艿綐O大的 浮力上拱時，使得靠近柱的基樁分擔(dān)的浮力較小，而遠(yuǎn)離柱的基樁分擔(dān)的浮力偏大，底板剛 度愈小，這種不均勻分布的趨勢則更為劇烈，抗浮設(shè)計時應(yīng)特別注意這一基本受力性狀。

③增加結(jié)構(gòu)剛度

當(dāng)整體抗浮穩(wěn)定性滿足要求而局部抗浮穩(wěn)定性不滿足要求時，可以采用加大結(jié)構(gòu)局部 梁、板的剛度來抵抗水浮力。

6.結(jié)語

總之，地下室結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計是一個綜合性很強且十分復(fù)雜的問題?，F(xiàn)代高層建筑地下 工程龐大，工程建設(shè)投資巨大，其中抗浮成本占據(jù)了較大比例。因此不管是從安全角度還是 經(jīng)濟(jì)角度來看，地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計都是非常重要的?？垢≡O(shè)計的關(guān)鍵是要弄清抗浮設(shè)計的 原理，確定科學(xué)合理的抗浮設(shè)計水位，認(rèn)真細(xì)致的做好抗浮驗算，采取安全可靠的抗浮措施。 本文根據(jù)目前的新版設(shè)計規(guī)范結(jié)合多個工程實踐經(jīng)驗就地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計做了一個技術(shù) 性的總結(jié)，由于本人知識水平有限，懇請各位同仁批評指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB50007—2011

[2]建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范 DB42/242—2014