1、探析建筑地下室的抗浮设计摘 要:结构工程中的抗浮设计是需要在准确合理的参数下计算不同工况( 整体、局部、施工阶段) 下的抗浮稳定性问题，选用合理、经济的抗浮措施，并且在基础计算中考虑水浮力工况下满足基础的承载力和变形要求。 关键词:结构设计;抗浮设计;抗浮设防水位 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 1 抗浮设计方法 1 1 抗浮计算公式 在国家新规范 GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范，以下简称基础规范颁布以前，广东、北京、上海等地方标准对抗浮设计的公式都做了不同的规定，归纳起来它们之间的不同在于安全系数的取值略有不同。新基础规范第 302 条 6 款规定: 建
2、筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算; 第 304 条 6 款规定: 当工程需要时应提供用于计算地下水位浮力的设防水位; 第 543 条 1 款给出了计算公式: GK /NW，KKW 其中，KW 为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取 105; 第 543 条 2 款规定: 抗浮稳定性不满足设计要求时，可采用增加压重或设置抗浮构件等措施，在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，也可采用增加结构刚度的措施。至此，国家规范第一次较为明确的对抗浮计算给出了具体要求，设计人员据此进行抗浮设计。 1 2 抗浮验算内容 虽然抗浮计算公式比较直观和简单，但是结构设计人员必须具备一定的基本概念，并
3、且应明确哪些类型的工程需要进行抗浮设计，并且知道怎样进行抗浮验算，下文就讨论此问题。 1 2 1 整体抗浮验算 当建筑物的自重小于水的浮力时，建筑物处于不稳定状态，需要采取相应的抗浮措施并进行抗浮整体性验算以保持建筑的稳定性。在地下水位较高的地区，城市中的集中绿地或广场之间设置的单建式地下车库; 全埋于地下的水池、泵房等市政工程构筑物; 地下室层数较多而地面上层数较少的建筑，在这些情况下整体抗浮稳定性往往不满足要求。配重法( 通过增加结构的自重来抵御水浮力的作用) 简单、可靠也相对比较经济，可以在建筑物地下室或地下构筑物的底板、顶板用土、砂、石、混凝土( 包括钢渣混凝土重度 30 kN/m3
4、) 等材料压实回填。建筑物自重与浮力相差不大时，用配重法比较合理，相差较大时会使工程造价提高，这时采用抗拔桩和抗浮锚杆比较合理。抗拔桩多结合工程桩基而采用，单纯使用抗拔桩工程造价也往往比较高。抗浮锚杆由于造价低廉、施工方便、能够与结构的应力与变形相协调等优点在许多工程得到了运用。 1 2 2 局部抗浮验算 在工程实践中我们还会遇到由于上部结构荷载分布不均匀而导致的局部抗浮力不足的情况。比如现在常见的高层主楼和裙房或地下室车库基础之间不设沉降缝的工程，由于高层主楼荷载大，该范围的整体抗浮能力比较高，但是在裙房或者地下室车库范围内的抗浮能力就比较弱。有些设计人员只计算上部结构的总重量标准值大于总的
5、水浮力就认为抗浮满足设计要求，没有考虑上部结构荷载分布的不均匀，忽略了局部抗浮验算，有可能会发生底板隆起、开裂甚至地下室及上部结构的局部范围出现破坏。局部抗浮验算不满足时，可采用提高基础刚度、配重法或抗浮桩、抗浮锚杆等措施解决抗浮稳定性问题，也可以通过几种手段联合使用达到较好的抗浮效果。局部区域建筑物自重与浮力相差不大时，通过增加基础刚度和增加配重法比较合理; 局部区域建筑物自重与浮力相差较大时，采用抗浮锚杆比较经济合理;当同时考虑其他因素，基础方案已经采用桩基时，才用抗拔桩也是比较合理的。 1 2 3 施工阶段抗浮验算 建筑工程设计文件编制深度规定的第 443 条第 8 款中，规定了“地下室
6、抗浮( 防水) 设计水位及抗浮措施，施工期间的降水要求及终止降水的条件等” ，因此除了进行整体和局部抗浮验算外，设计人员还应该对施工阶段的抗浮稳定性问题进行考虑，必要时应在施工图中对“施工期间的降水要求及终止降水的条件”做出明确要求。一般的来讲，在施工荷载的自重小于水浮力的阶段，通过施工期间的降水就能解决抗浮稳定性问题。需要指出一点: 对于主楼、裙楼及地下车库连成一体的工程，通过后浇带解决温度问题或差异沉降问题时，施工时应对后浇带采取超前止水措施( 详见 GB 50108-2008 地下工程防水技术规范第5214 条) ，以避免当施工荷载的自重增加到满足施工阶段抗浮要求时由于后浇带的存在而不能
7、停止降水的情况发生。还有，当地下室基坑的地基为不透水的土层、基坑侧壁又支护严密，地表水对基坑实施倒灌，引起地下室结构的抗浮。我国多数城市都发生过下暴雨时的地表水对深基坑的倒灌，这种问题也应引起足够的重视。 除此之外，无论何种措施都应考虑地下水浮力对地下室底板的作用，保证地下室底板构件在地下水作用下具有足够的强度和刚度，并满足构件的抗裂或裂缝宽度的控制要求。 2 抗浮验算中几个参数的探讨 2 1 抗浮设防水位的确定 抗浮设防水位的确定是一个十分复杂的问题，它涉及到场地地形、区域水文地质等因素。在实际中有些勘察报告提出的地下室的抗浮设防水位并不严谨，鉴于抗浮设防水位是地下室抗浮设计中一个决定性的参
8、数，所以需要设计人员对抗浮设防水位的确定方法有一定的了解。目前业界普遍认同 JGJ 72-2004 高层建筑岩土工程勘察规范第 862 条的方法确定抗浮设防水位。 1) 长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位; 当无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高水位并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定; 2) 场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水位并考虑其对抗浮设防水位的影响; 3) 只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年度的最高水位确定。 2 2 抗浮构件的布置方法 221 抗浮锚杆布置 抗浮锚杆的布置总结起来有三种布置方式: 1)
9、集中点状布置，一般布置在柱下; 2) 集中线状布置，布置于地下室底板梁下; 3) 面状均匀布置，在地下室底板下均匀布置。 222 抗拔桩的布置 由于抗浮桩一般布置于框架柱、底板梁体附近使底板整体受力较好，因此，在布桩设计时，应综合考虑建筑物底板结构、房屋跨度等相关因素，结合单桩抗浮力设计值及结构单跨宽度，经过反复计算来确定抗浮桩的数量和分布。抗拔桩一般宜选用桩径较小、单桩抗拔力相对较小的桩进行密布。抗拔桩的桩长宜尽量控制在单节桩的长度范围内，这样可以减少接桩费用以及避免由于接桩不牢固造成的抗拔力损失。通过对比不同抗拔桩的设计方案，在基于发挥抗拉钢筋的抗拉程度和减少成本、便于施工的角度得出了“抗拔桩的桩径宜取 04 m 06 m，桩长宜取 8 m 16 m”的结论。 3 结语 随着城市建设规模的不断加大，城市地下空间的开发和利用日益加大。许多城市利用广场、绿地建设地下工程; 城市住宅小区利用建筑物之间的广场和绿地建造多层地下车库; 城市市政工程中建造的地下构筑物，对于这类型的工程，特别在高水位地区，往往存在着工程的抗浮问题。因此，抗浮计算是否准确，抗浮措施是否合理直接影响到工程基础的选型和工程造价，应引起设计者的高度重视。
