摘要：随着区域性气候变化越来越剧烈，近年来许多地区的降水屡破长周期的最高降雨量。因此带地下室的建筑在建设周期及使用周期的抗浮就显得尤其重要。使用周期的抗浮，设计师主要需要考虑两点：1.整体抗浮；2.地下室底板的抗浮配筋设计。建设周期的抗浮，主要是采用一些现场措施加速排水，或者在有条件的情况下进行隔水。本文主要梳理的是使用周期阶段的抗浮，也是图纸设计阶段，设计师着重考虑的。
近年来许多地区的降水屡破长周期的最高降雨量，以及因此带来的工程程缺陷的暴露，地下室的抗浮设计显得越来越突出，越来越重要。系统的梳理地下室抗浮计算的内容、抗浮方式、计算步骤就显得很有必要。在确定水位以后，地下室抗浮设计主要内容分为：1.整体抗浮计算；2.地下室底板结构的相关构件计算。
一、前提：确定水位
一般地质勘察单位在地勘报告中会提出一个抗浮设防水位，而这个抗浮设防水位需要从两个方面去考察：1）.定义：当有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；无长期水位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场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定.2）.确定合适的最高水位。《高层建筑岩土工程勘察规程》第5.0.4条指出：当场地中有多层对工程有影响的地下水时，应采取止水措施将被测含水层与其它含水层隔离后测定地下水位或承压水头高度。由此我们可以的得出抗浮设防水位就是最高水位，而这个最高水位应当是基础所在地下水层的最高水位（前提是施工开挖要注意对场地水环境的保护）。所以在给地质勘察单位提要求的时候，要把相应的一个比较明确的地下室基础底板的标高定出来。以便于地勘单位可以勘测出地下室及基础所涉及的各个水层的最高水位等信息。对进行施工图设计的结构工程师提供一个安全合理的抗浮设防水位。而现在许多工程因为设计的周期较短，方案变化较多，导致地勘单位无法根据一个较为准确的地下室标高勘测出较为准确的抗浮设防水位，而是根据勘测期间的水位或者一些相关的水文资料，给出一个冗余度较大的抗浮设防水位，特别是我国南方滨海地区抗浮设防水位都在地坪下100~500mm，在一些市政条件比较好，且地坪（包括市政路面）及植被覆盖都较完善的地区，好市政排水管的标高都在地坪一下1.5m~2.5m左右。而把抗浮设防水位标高定在地坪以下100~500mm，本人觉得冗余度过大，对工程造价造成浪费。
二、整体抗浮
整体抗浮的概念：结构物的重量须大于水浮力作用于结构物基础及底板总反力。其表达式为：
南方雨量比较充沛的省份广东，广东省标准《建筑地基基础规范DBJ-15-31-2003》ηw值一般取1.05.其余地区的项目可参照广东的取值。
主要有两种取值方式：一种是提取计算软件（如PKPM、YJK等）恒荷载工况下的柱底轴力；另一种就是人工归拢单柱支撑跨度范围内的恒荷载值。
1）.提取计算软件恒荷载工况下的柱底内力。首先在计算的前处理阶段要比较准确的建立模型和布置梁墙荷载，正确的输入层高。其次在考虑混凝土容重时可取25~26kN/m3，当混凝土容重取大值时，装修比较简约时（例如住宅，公寓）可以不考虑板面的附加恒荷载。当混凝土容重取小值，或装修比较复杂（例如商业）时可考虑增加附加恒荷载，一般取值0.3~0.8kN/m2.钢材的容重直不再考虑防火涂料的厚度。取78kN/m3.最后在计算时不考虑地震和风荷载的作用。这样做的目的是统计出一个比较合理安全的柱轴力。得到上不柱轴力后再加上单柱支撑范围内底板和承台的重量就得到了 ，这样统计效率比较高，方式比较简单。
2）.人工统计单柱支撑范围内的恒荷载。这种方法主要就是对单柱支撑范围内的恒荷载进行归拢。这种方法的优点就是恒荷载归拢比较准确，但是效率低，不适合多高层建筑，特别是各层功能和结构布置都比较不同的建筑。
当整体抗浮不满足时，我们可以采取如下三种比较常用的措施。
1）.挖深压重，就是把底板面标高降下去一定高度，然后再用容重比水重的材料回填至原设计板面标高，利用压重材料与水的容重差，使得整体抗浮满足的措施。常用在水浮力略大于恒荷载 时。使用此方式，还要结合现场的开挖难度、土方运输成本、及压重材料（多为毛石）在当地的资源情况来综合分析。此方式采用的都是较普遍的施工技术，对施工队伍的要求比较低，而且工期也较短。
2）.加抗拔桩。
（1）.在南方常年地下水位比较高，板跨跨度也比较大的情况下（一般只有一层地下室，且板跨大于10m），可均匀的加在板跨的中部，这样可以减少抗水板的厚度及配筋。（2）.在北方地区，常年地下水水位比较低，且板跨跨度较小（一般只有一层地下室，且板跨小于10m），可把抗拔桩加在住下承台。这样既可以抗压又可以抗浮。减少了桩成本的投入。
3）.加锚杆
（1）.在南方常年地下水位比较高，板跨跨度也比较大的情况下（一般只有一层地下室，且板跨大于10m），可均匀的加在板跨的中部，这样可以减少抗水板的厚度及配筋。（2）.在北方地区，常年地下水水位比较低，且板跨跨度较小（一般只有一层地下室，且板跨小于10m），可把锚杆加在柱下承台。因为承台和基础一般都比较厚，这样可以减少在枯水期因底板自重及其板面荷载，及锚杆具有抗压刚度产生的反力带来应力集中，从而地下室底板带来裂缝的风险。锚杆在设计时并不考虑其抗压刚度，当其布置在承台或基础下时，并不能代替桩或地基。
局部整体抗浮，也是整体抗浮的一种情况。前提是针对整个地下室及其上部结构是满足整体抗浮的。但是地下室顶板以上的结构并不是完全相同的，部分区域塔楼是高层，部分区域是多层，部分区域无塔楼，那么其中上部塔楼层数较少，或者是无地下室区域对应的范围，其整体抗浮未必能满足整体抗浮的要求。那么我们对这部分区域就要采取抗浮措施。这些措施就是前面提到的三种措施。不满足整体抗浮区域的水浮力若只是略大于该区域的 ，则可不采取抗浮措施，但需要考虑把满足抗浮的区域当成是支座，把不满足抗浮区域当成空腹桁架（考虑底板的刚度），加载水净反力（Fw- ），算出底板的配筋，再叠加抗水板配筋。进行设计。此方式比较复杂，就不再赘述。
三．底板及基础的计算及配筋。
1）.抗水底板厚度的取值。
《地下工程防水技术规范》GB50108-2008规定防水底板的最小厚度要250mm。
（1）.板跨不大于8m时，水头高度小于等于3m时，板厚可约取300mm，相当于每1m的水头需要100mm厚的板厚，以此类推，可预估板厚，进行计算。
（2）.当板跨较大时，可根据板跨度与8m跨的比值的平方得出一个类似简支梁的弯矩比，该弯矩比与8m跨板厚的乘积可做为该跨度的预估板厚。表达式：H2=（L/8）2x H1（H2-大跨度防水板厚；L-大跨度两个方向平均跨度；H1-板跨为8m跨防水板厚度）。
2）.水头的取值。
按照规范的要求，水浮力一般是当成活荷载来看待，当我们计算配筋时水浮力应是抗浮设防水位的水头乘以一个荷载分项系数DW（一般取1.4），但是很多情况下，当抗浮设防水位的水头乘以1.4后，其水位标高已经高出地面，此时建议把抗浮配筋的水位标高取室外地坪标高，即水头取满水计算。当然个别濒江濒湖地区，在市政条件比较恶劣的情况下，仍可按1.4的荷载分项系数取值
3）.抗水板的配筋。
抗水板的配筋，主要以裂缝控制为主。《地下工程防水技术规范》GB50108-2008第4.1.7条要求地下室混凝土防水底板裂缝宽度小于0.2mm。可是我国规范关于这种大底板裂缝计算的并没有一个明确的计算方式及相关数值公式。鉴于我们现行的计算概念和通用软件处理方式都是只考虑材料工作在弹性阶段，因此在满足强度的情况下，配筋率处于一个比较合适的水平（0.2~0.35%），那么裂缝并不会难以接受，根据《全国民用建筑工程设计技术措施-混凝土结构》，无法计算时，一般可放宽至0.4mm。并做好柔性防水。若要计算裂缝，可提取有限元计算中连续若干（一般网格总长度不超过2m）网格的板平均弯矩（一般取荷载工况可取：1.0恒+1.0水）。，各网格的平均弯矩加权平均后得出一个综合平均弯矩值，根据此弯矩代入《混凝土结构设计规范》-GB50010-2010第7.1条中的公式进行计算配筋。若有人防工况的情况下，可先用软件计算出考虑人防和水浮力情况下的抗水板配筋值（一般均为强度控制），再算出不考虑人防情况下，由水浮力主导，裂缝控制下的配筋值，取大值。
至此，文章从整体抗浮到底板配筋，按照逻辑因果的关系及相应设计顺序阐述了地下室底板作为抗水板时的一个设计过程。这个方式适用于大多数的工程及现行结构软件的一个操作流程。此文的目的是梳理一个比较系统的逻辑过程，并对水位的取值，防水板的裂缝等问题，给设计人员更多的参考和依据。设计人员可借鉴此文，并根据工程实际，进行有理有据，合理经济的抗浮及防水板设计。
论文作者:吴仲平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/15
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