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摘要：现阶段，随着社会的进步和经济的增长，高层建筑在城市大量的兴起，为了充分利用地下空间，一层或多层地下室越来越多。由于地下室的埋置深度较大，大多数城市的地下水位较浅，地下室的抗浮设计就显得尤为重要。该文对地下室常见的三种上浮破坏形式进行了讲解，并对地下室抗浮设计中比较重要的设防水位的确定及其影响因素进行了分析说明。同时，该文结合具体的工程，详细讲解了地下室的抗浮设计，主要研究了抗浮设防水位的取值，抗浮措施的选取，地下室在水浮力作用下的受力等问题。
关键词：地下室；抗浮设计；问题
引言
随着城市建设的迅速发展，城市用地日趋紧张，同时人们对地下车库的要求逐步增多，带地下室的建筑将越来越多，并且地下室层数也逐渐增多。地下室抗浮设计是地下室结构设计中的重要内容，合理确定地下室抗浮水位标高、选择适当的抗浮措施及施工期间地下室水位的有效控制，关系到地下室工程的建设造价及使用与施工期间的安全，否则就有可能造成地下室工程建设的投资浪费或可能导致地下室抗浮能力不足而引起结构破坏，因此地下室抗浮问题应引起设计与施工人员的高度重视。
1抗浮水位的确定
抗浮设防水位一般由地勘单位给出，在一般的情况下，地勘单位会结合场地条件和历史记录给出建议值。若遇到工程存在抗浮问题时一般可建议业主进行专门的抗浮设防水文咨询，对抗浮设防水位进行专门的研究。抗浮设防水位的确定主要包括如下影响因素：（1）现有场地地下水类型及分布情况。常见地下水类型包括上层滞水、潜水及承压水三大类。上层滞水主要补给方式为大气降水，排泄方式是地表蒸发。潜水及承压水的补给方式为径流及大气降水，主要排泄方式是人工开采。（2）不同类型地下水在结构设计使用年限内的预期变化情况。以北京地区为例，在南水北调、官厅水库放水、北京地区限制地下水开采措施等因素影响下，北京地区地下水位可能有0．5-1．0m的涨幅。地下水压力随土层深度曲线比较复杂，文献总结了若干情况下水压力计算式见图1。由图1可知，地下水压力计算比较复杂，但一般地下水位咨询报告会根据技术分析，给出水压力随土层深度变化曲线。典型的地下水压力随土层深度变化如图2所示。根据以上曲线可以求得地下室底板标高处的水压力值。需要重点说明的是抗浮设防水位与防水水位是两个容易混淆但完全不同的概念。抗浮水位可以理解为等效水位，并不是地下水的实际水位。由于弱透水层的存在，水压力随土层深度变化往往不是线性的。所谓等效就是地下室底板标高处水压力相等。防水水位主要用于建筑防水构造设计，是地下水可能达到的最高水位，一般按历史最高水位+1m确定。同时，地下室外墙设计时，水压力分布应该按图2所示曲线确定，这是需要广大设计人员注意的。
图2水浮力变化曲线
2地下室在水浮力作用下的破坏特征及原因分析
在许多因地下水引起的工程事故中，有部分是由于设计人员对上述基本的概念还不够清晰，造成在对地下室进行抗浮验算时有疏漏，导致地下室抗浮能力不足所引起的。例如，有些设计人员只对地下室底板的梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下的强度计算，而忽略了地下室的整体抗浮验算，导致整体抗浮能力不够而破坏。有的则是进行了整体抗浮验算后满足要求，即认为没有问题，而忽略了对地下室抗浮力薄弱的局部区域进行验算，导致部分区域因受地下水浮力大于设计荷载造成结构构件破坏，主要表现为底板隆起、相关区域的结构构件受到破坏等。还有的则是在地下室底板计算中只验算强度不进行变形的裂缝宽度的计算，造成底板产生裂缝，漏水严重。除上述原因外，还有一种情况值得一提，当地下室基层为较严密的不透水层（不透水的硬质岩石或坚硬土层）时，而地下水位又较低，设计人员忽略了地下室受水浮力作用的影响，未进行地下室抗浮验算；施工时又采用严密的基坑支护，一旦暴雨来临，施工单位未能采取有效的降水措施，整个基坑将形成一个大集水坑，从而形成盆池效应，同样对地下室产生浮力造成结构破坏。因此，在进行地下室抗浮设计时，不仅要做细致全面地验算，既要验算整体由要验算局部，而且还要对地质勘查报告进行仔细研读，同时对现场进场查勘，与地勘单位一起对是否会出现盆池效应进行分析，必要时提出施工期间的降水、抗浮措施和建议。
3地下室抗浮技术措施
3.1主动抗浮措施
当地下室底板位于含水层时，通过设置滤水层，汇水至集水井，抽水、控制水位，进而控制底板水压，使地下室所受的浮力始终小于自重，结构抗浮稳定满足要求。当地下室底板位于隔水层时，通过设置截水帷幕，切断与区域地下水之间的水力联系，基底水压力保持稳定，不会随着外界水位有较大的变化，达到有效抗浮的目的。
3.2被动抗浮措施
当结构自重明显小于浮力时，最常见且安全可靠的方法是设置抗拔桩或抗拔锚杆。当浮力略大于结构自重，采用增加结构配重的方法。如采用容重大的地下室顶板覆土及底板回填土，或直接浇捣素混凝土。若还不满足抗浮要求，可增加外挑地下室底板长度，利用底板以上至地面周边填土重量抵抗水浮力。
3.3设置抗浮锚杆
抗浮锚杆是依靠坚硬土层或岩土体与锚杆之间的粘结力提供抗拔力。抗浮锚杆因施工周期短、施工方便、造价较低、受力合理、布置灵活等优点而被广泛使用，即可在设计、施工阶段使用，也可用于因抗浮不足引起的工程事故中的加固处理。抗浮锚杆可按以下公式进行计算：Rt=ξfμrhr（5）式中：Rt为锚杆抗拔承载力特征值；ξ为经验系数，对于永久性锚杆取0.8；f为砂浆与岩石间的粘结强度标准值；μr为锚杆周长；hr为锚杆锚入岩层中的长度，当长度超过13d（d为锚杆直径）时，按13d进行计算。地下室底板抗浮锚杆的布置一般有点、线、面等3种形式：（1）当自重与浮力相差不大时，可采用集中点状布置。一般布置于柱和剪力墙下，可考虑结构自重平衡一部分水浮力。底板应按水浮力作用下进行强度和配筋计算，一般底板配筋会较大。（2）当底板采用梁板结构体系且自重与浮力相差不大时，可采用线状布置。锚杆布置于地下室底板地梁下，该布置方式锚杆沿地梁较集中地布置，具有较强的抗拔力，同时降低了底板防水施工难度和底板渗水风险。该布置方式对于底板同样应按水浮力作用下进行强度和配筋计算，底板配筋也会较大。（3）当自重与浮力相差较大时，可考虑面状均匀布置，即在地下室底板下均匀布置。由于上部结构构件如柱、墙等与底板下均布的锚杆是点（线）与面的关系，非柱、墙范围内的锚杆不能充分利用上部荷载平衡水浮力，这就需要底板的刚度足够大，同时还要通过倒置楼盖的假定计算，才能使上部结构构件与均布锚杆共同抗浮。该布置方式的优点在于底板受力均衡，钢筋用量小。缺点在于底板防水施工难度大。
结语
地下室已成为许多高层建筑中不可缺少的部分，地下室抗浮设计已成为地下室设计中的重要内容，地下室抗浮设计关系到地下室工程造价及使用安全，施工期间的地下室水位控制关系到地下室施工期间的安全，因此应充分重视地下室抗浮设计及施工期间的地下室水位控制。
参考文献
[1]机械工业勘察设计研究院．JGJ72－2004高层建筑岩土工程勘察规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，2018．
[2]熊小辉.高层建筑地下室的抗浮设计探讨[J].广西城镇建设，2017（8）：34-36.
[3]邢治莲.地下室大体积混凝土结构的防裂抗渗技术探讨[J].工程技术研究，2017（8）：65+67.
论文作者:彭涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/6/5
标签：地下室论文; 底板论文; 浮力论文; 水位论文; 地下水论文; 锚杆论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;