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摘要：地下室抗浮设计的经济合理直接关系到建筑工程的耐久性、安全性和工程造价，本文重点从抗浮水位的确定、地下水浮力的计算以及抗浮措施的合理选择三方面就设计要点展开探讨，以供相关人员参考。
关键词：高层建筑；地下室；抗浮设计
当前，在土地资源日益稀缺的客观情况下，城市建筑普遍朝高层、超高层趋势发展，并带动了大面积地下室的开发力度。因高层建筑主体有较大自重及压重，故其地下室浮力不存在问题，但周边多层裙房及大面积纯地下室的抗浮问题却不容忽视，尤其是在广西等水资源充沛的南方地区，地下水位普遍较高，一旦抗浮不满足设计要求，突发性降水量增加情况下地下室上浮破坏问题时有发生，因此做好抗浮设计尤为重要，现本文就设计要点展开尝试性探讨。
1抗浮水位的确定
合理经济地确定抗浮水位既是准确计算水浮力的基础，也是保证地下室结构设计经济合理的关键。实践中，岩土工程勘察报告提供的抗浮水位可能存在一些不足，如：1）只描述勘察期间最高水位、最低水位以及最近 3～5 年最高水位，按最近3～5年最高水位提出抗浮水位；2）只描述钻孔可见水位，未明确抗浮水位；3）临近内陆河流防洪堤且具有透水层的特殊建筑场地，按一般场地提出抗浮水位，未考虑设计使用年限的江河最高洪水位的影响。以第3）种情况为例，在这些特殊位置建设的地下室若埋深相对大，其下部透水层及透水系数也会相对较大，则修建后的地下室所面临的地下水浮力往往大于原始自然地下水位验算出的浮力，因此设计中应避免仅凭勘察报告提供的数据作为地下室设计的抗浮水位的不严谨行为，以免导致取值偏低造成地下室抗浮能力不足。《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72－2004）第8.6.2 [1]对于抗浮设计水位的确定有明确要求，设计人员应严格按照规范要求并结合工程建成后地下水位变化的可能性仔细分析场地地下水问题，预先考虑可能发生的最不利状况，以此明确水位取值。此外，针对一些特殊情况在设计时也要特别考虑，如，某些项目在建设前场地地面标高较低，但作为建设用地后结合城市规划道路标高，项目建成后面标高会有较大抬升，此情况下若仍按照勘察报告提供的较低水位取值进行施工图设计，同样会因取值偏低造成地下室抗浮能力不足。因此，在进行抗浮设计时对于项目建成后场地地面标高、地下室入口标高、项目四周市政道路标高等因素都需给予关注，如此才能保证抗浮设计的地下水位取值合理。
2地下水浮力的计算
准确计算地下室结构所承受的水浮力也是抗浮设计的要点，目前我国在这方面仍存在较大瓶颈，多数计算参数须借鉴国外数据，加之地下室建设规格不一，对于浮力的计算较难统筹规划，也加大了计算难度。设计中，可按照刘汉进等[2]提出的方法，根据抗浮水位（或不利条件下场地垂向孔隙水压力分布）和结构外部尺寸等因素，分两种情况采取不同的计算方法：第一种是地下室顶、底板均位于潜水层（渗透系数k>0.5m/d）的情况下，其浮力直接按照阿基米德定律计算即可；第二种是地下室位于不透水层（渗透系数k≤0.5m/d）情况下，根据弱透水层中地下室底板处的孔隙水压力或等效水压力进行浮力计算。不同水层分布下地下室底板水浮力的具体计算方法如表1所示，其中P为单位面积水浮力，
为水容重（一般取9.8KN/m3）。对于外轮廓复杂的多层地下室，应先根据顶板与底板所受水压力的分布特征分别计算其水压力，将水压力的合力作为水浮力设计值。
表1 不同水层分布下地下水浮力计算
编号 地下室与含水层关系 地下水的作用 水浮力
1 地下结构底板位于上部潜水层中 下结构直接受上部潜水的浮力
2 地下结构底板穿过上部潜水层持力于下部不透水层上 由于上部潜水的渗流作用．地下结构的侧壁和底板分别
受到静水压力和浮力
3 地下结构底板穿过不透水层位于潜水层中 地下结构直接受到下部承压水的浮力
4 地下结构底板持力于上部不透水层中 由于下部承压水的渗流作用，地下结构受到地下水的浮力
5 地下结构底板穿过潜水层持力于不透水层中 地下结构受静水压力和由于渗流而产生的浮力
6 地下结构底板穿过潜水层和不透水层坐落于下部承压水中 地下结构底板直接受下部承压水的浮力作用
3抗浮措施的合理选择
地下室抗浮设计中，必须要做好整体抗浮稳定性及局部抗浮稳定性验算，当抗浮稳定性不满足设计要求时，就要根据工程特点及不同的抗浮水位，采用合理的抗浮措施。当前常用抗浮措施基本围绕“抗”“放”两点原则进行，常用抗浮措施主要有增加配重法抗浮法、锚固抗浮法（含抗浮锚杆及抗拔桩两种）及基础底板下释放水浮力法三类，其中配重法抗浮法、锚固抗浮法属于抵抗型抗浮，基础底板下释放水浮力法属于疏导消除型。实践中，若水浮力超过建筑物自重不多时，选用配重法抗浮法可取得较好效果，而若建筑物自重与水浮力相差较大时应选择拔桩抗浮，但当建筑主楼为天然地基或复合地基时，裙房及纯地下室采用抗拔粧进行抗浮的不对称设置极易引发基础沉降，因此该情况下不宜采用抗拔桩。近年来，由于抗浮锚杆的经济简便使其在抗浮设计中的应用越来越多，但从相关文献资料看应用该方式进行抗浮时，容易存在传力途径不清晰的问题，故本文在此就该问题展开进一步探讨。锚杆抗浮的实现途径有两种，一是上部结构荷重不满足整体抗浮要求时全部采用锚杆抗浮，计算方法为：总的水浮力设计值/单根锚杆设计值＝所需锚杆根数；二是利用上部结构自重和锚杆共同承担水浮力的作用，计算方法为；（总的水浮力设计值－底板及上部结构自重设计值）/单根锚杆设计值＝所需锚杆根数。由于实践中结构抗浮力作用（除底板自重外）并非均匀分布于整个地下室底板，因此利用以上两种设计方法当地下水达到抗浮设计水位时，可能会造成锚杆的破坏及失效，失效路径如下：中间纯底板抵抗区域→柱、墙、梁影响区域→所有锚杆失效→底板隆起，梁板开裂。正确做法应是将整个地下室分解为纯底板抵抗区域及柱、墙、梁影响区域，分别采用不同的计算方法。其中，纯底板抵抗区域应是抗浮锚杆设计承载力除以每m2水浮力（减去每m2底板自重），得到抗浮锚杆的受力面积；柱、墙、梁影响区域则充分利用上部建筑自重进行抗浮，验算传递的上部建筑自重是否能平衡该区域的水浮力，此外，还应验算在水浮力作用下梁强度和裂缝满足要求[3]。
总之，高层地下室抗浮设计的经济合理直接关系到建筑工程的耐久性、安全性和工程造价，设计环节中涉及的内容面较广，存在的设计难点也较多，必须慎重对待。实践中，我们应结合各个工程的具体情况灵活设计，从而保证设计方案的科学经济、合理可行。
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，2004．
[2]刘汉进.不同形态地下室结构损坏特征与相关处理技术的研究[D].青岛：青岛理工大学，2010．
[3] 刘冬柏.地下室抗浮设计中的几个问题讨论[J].建筑结构，2016（3）：42-44.
论文作者:路宽
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：浮力论文; 地下室论文; 底板论文; 浮水论文; 结构论文; 水压论文; 水位论文; 《基层建设》2018年第11期论文;