浅谈地下室抗浮设计

【摘要】随着我国经济的发展，建筑行业得到了急速发展，地下室与地下建筑也随之也越来越多。而各地水位不同，每栋建筑的埋置深度不同，水对建筑物的浮力也不同。地下室的抗浮设计往往被忽略，而导致的不良后果便是地下室底板拱起，底板裂缝渗水甚至地下室上浮及结构破坏等，处理起来非常棘手且效果不好。2004年大庆一地下商场才建成就上浮了，直至2009年哈工大耿永常教授对其进行了研究，给出了解决方案，才使该商场得以正常使用。所以，地下建筑抗浮问题必须引起我们的关注。

【关键词】地下；设防水位；抗浮措施

一，建筑物为什么会浮起来？

根据阿基米德原理：浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力等于该物体排开的流体

重力，方向竖直向上。这个合力称为浮力。所以，当建筑物底面处于地下水中时会受到地下水给它向上的水浮力。当水浮力大于建筑物底面以上包含堆土在内的重量时，建筑物就会浮起来；当水浮力小于建筑物底面以上包含堆土在内的重量时，建筑物就不会浮起来。所以只要地下水位达到一定高度就能使建筑物浮起来。抗浮水位是指基础砌置深度内起主导作用的地下水层在建筑物运营期间的最高水位。当有长期水位观测资料时，抗浮水位可根据该层地下水实测最高水位和建筑物运营期间地下水的变化来确定;无长期观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定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;在南方滨海和滨江地区，抗浮设防水位可取室外地坪标高。场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮水位的影响。只考虑施工期间的抗浮时，抗浮水位可按一个水文年的最高水位确定。

二，怎么进行抗浮设计？

对地下室进行抗浮设计时需分下面两种情况：

（1）：当地下室外轮廓与地上建筑外边线基本重合时。当结构重量大于水浮力时，我们就不必考虑抗浮，但是我们应在设计说明中提出施工时的降水措施；当结构重量小于水浮力时，那么地下室就需要采取必要的措施平衡水浮力。另外，无论水浮力是否大于结构重量，都需要验算水浮力对地下室底板的作用，使底板满足必要的强度与刚度，还需满足抗裂要求。如果底板配筋过多或者截面过大，就会形成浪费。

（2）：当地下室外轮廓大于地上建筑外边线时。此种情况下，除了需要满足结构总体重量大于水浮力外，还需要对地下室外伸部分进行浮力作用下的抗弯及抗剪强度的验算，否则就有可能使地下室底板及梁墙的开裂。如果与高层相连的裙房部分的重量小于水浮力时，我们应考虑此部分结构承受水浮力作用而引起的损坏。

三，建筑物的抗浮措施

地下室抗浮措施基本上分为“一压二拉”。

压即为配重法，增加永久荷载的自重，比如地下室顶板覆土、地下室底板的配重等来平衡地下水浮力。我们知道，抗浮安全度不够是由于结构自重小于地下水对结构上浮力而造成，所以最直接的方法是增加结构自重或增加其上恒载，利用底板外伸部分增加回填土重量。比如地下室顶板上覆土，既能增加重量，又能解决建筑绿化问题，另外也可以在地板上增加配重，这样既能增加重量也可以减少底板与梁的高度。但是配重法必然会使基础埋置深度增加，也使水浮力增大。所以采用配重法时要综合考虑，取一个合理基础埋置深度。

拉即为设置抗拔桩或者抗拔锚杆，以抗浮构件提供的抗拔力平衡地下水浮力。（a）抗拔桩是利用桩侧阻力起抗浮作用。其抗浮能力与与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关。桩的单桩承载力越大，一般布置在柱墙下，其抗浮面积较大，且受环境条件、施工条件影响较大，造价也较高，如果按常规布置柱下桩基不能满足抗浮要求，则需要在抗浮底板下设置抗拔桩。抗拔桩的抗拔承载力应通过现场抗拔静载试验确定。（b）抗拔锚杆是指抵抗建筑物向上位移的各种桩型的总称,抗拔锚杆不同于一般的基础桩,有其自身的独特性能。抗拔锚杆因具有造价低、施工方便、受力合理等优点而被广泛应用。但它的设计、施工和检测还没有专业规范，因此给它的应用带来了不便。抗拔锚杆分为预应力锚杆和非预应力锚杆，普通锚杆只有结构底板发生一定的位移才开始被动受力，适用于水浮力不大且对位移要求低的地下建筑物。水浮力较大且对位移要求较大的地下建筑物则应采用于预应力锚杆。在工程实际应用中，单独运用一种方式抵抗地下室浮力往往事倍功半，耗材费力，通常采用两者相结合的方式进行抗浮设计，以达到经济合理。

地下室抗浮验算：

 在抗浮验算中，永久荷载的效应对结构是有利的，因此现行的《建筑结构荷载规范》规定荷载的分项系数小于1.0，也可以按照安全系数法进行验算：

 s——地下水对地下室浮力的标准值

 g——结构自身重量及上部永久荷载标准值之合

 k——抗浮安全系数，可取1.1

 当g>ks,说明建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多，足以满足抗浮要求而无需抗浮桩，仅需满足竖向抗压承载力就可以了。

四：实例：

以华松太阳城C地块——地库为例简要叙述一下抗浮设计的方法：

本工程局部地下两层，局部只有地下一层。±0.000相当于绝对标高33.500米，室内外高差0.45米，地下车库顶板标高-1.65m，覆土厚度为1.2米，地下一层车库建筑地面标高-5.55m，地下二层建筑地面标高-9.150m，基础采用筏板基础。基础持力层地下二层为第4层粉沙层，地下一层为第3层粉质粘土层，地基承载力特征值为170KPa，地下抗浮水位取室外地坪下1米，为32.05米。

地下一层车库筏板顶标高-5.70米，地下室底板600厚，底板面层为150厚素砼，基础底绝对标高为27.2米。按地勘报告，地下抗浮水位取室外地坪下1米，为32.05米。则水浮力为48KN/m²。以覆土厚度1.2m计算，车库自重为1.2米厚土+2厚顶板(520mm厚空心楼板等效自重)+1KN/m2管道自重+150厚素砼面层+600厚底板+2.0KN/m2梁柱自重，则车库抗浮总计自重：

G=1.2x18+0.2x25+1+0.15x25+0.6x25+2=50.575KN/m²

G>1.05F浮，所以抗浮满足要求，不需要打抗拔桩。

地下二层车库筏板顶标高-9.30米，地下室底板600厚，底板面层为150厚素砼，基础底绝对标高为23.6米。按地勘报告，地下抗浮水位取室外地坪下1米，为32.05米。则水浮力为83KN/m²。以覆土厚度1.2m计算，车库自重为1.2米厚土+2厚顶板(520mm厚空心楼板等效自重)+1.2KN/m2管道自重+179厚顶板(300mm厚空心楼板等效自重)+150厚素砼面层+600厚底板+2.0KN/m2梁柱自重，则车库抗浮总计自重：

G=1.2x18+0.2x25+0.179x25+1.4+0.15x25+0.6x25+2.5=55.95KN/m²

G<1.05F浮，所以抗浮不满足要求，需要打抗拔桩。

83 KN/m²-55.95 KN/m²=27.05 KN/m²

因此，地下二层每平方米需要由抗拔桩承担的水浮力为27.05 KN/m²，如果按8.1X8.1米柱网计算，单柱下抗由抗拔桩承担的水浮力为1774.8KN。经计算，地下二层如果采用抗拔锚杆，由于地勘报告没有提供锚杆计算的参数，根据经验，每根锚杆一般只有几十千牛的抗拔力，在地下二层车库中是不适用的。因此我决定地下二层抗拔桩选用600直径或800直径的灌注桩，现将几种桩型的灌注桩混凝土用量和钢筋用量对比列表如下：

桩径

由上表可以看出，单柱下2根600直径20.5米桩长和单柱下1根800直径26.5米桩的桩型在造价方面差不多。考虑到单柱下2根600直径的材料造价略低，且与主楼桩径统一，所以最后决定采用单柱下2根600直径20.5米桩长的方案。

五，小结

综上所述，我们知道地下室的抗浮施工对整个建筑物的后续施工、工程进度、工程质

量以及工程成本都有着非常重要的作用。地下室的抗浮设计应根据建筑所在地的实际地质资料、周边环境、施工条件及地下结构的具体情况等进行认真的分析、计算，并且要降低造价，做到科学、经济、合理。

参考文献：

建筑地基基础规范   GB 50007-2011

地下室结构抗浮设计中抗拔桩的应用研究[J]  南昌大学 吴竞

地下结构抗浮设计的思路和建议[J]  建筑结构  郑伟国

建筑桩基技术规范   JGJ 94-2008