劉 霞

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330000）

地下建筑結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的前提是明確分析浮力和抗浮力。地下建筑結(jié)構(gòu)的浮力等于地下水位以下到地下建筑結(jié)構(gòu)底部的等量水的重量。地下水位通常是水文地質(zhì)數(shù)據(jù)每年提供一次的最高地下水位。如果沒有這樣的水位數(shù)據(jù)，室外地面水位應(yīng)該是最高水位。地下抗浮方案的選擇多種多樣，本文也上海某地下室抗浮設(shè)計(jì)案例分析，講述工程概況，從實(shí)際情況出發(fā)，選擇一個(gè)最優(yōu)方案，適應(yīng)地下室工程的需要。

1 地下室和抗浮的概述

1.1 地下室的簡(jiǎn)述

地下室是指地下室地面低于室外地平面的垂直的高度，高度一般要超過該地下室凈高的二分之一。一般多層建筑物以上需要深厚的基礎(chǔ)和堅(jiān)固的地基。為了利用地基的高度，可以在建筑物的底層下建造地下室，這可以增加建筑面積并節(jié)省建筑施工回填土，經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。在房屋底層下面建一個(gè)地下室，可以提高建設(shè)用地的效率，減輕城市建設(shè)用地的壓力。其經(jīng)濟(jì)效果和使用效果非常明顯。地下室根據(jù)功能分為：共用地下室和通風(fēng)地下室；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)材料，可以分為磚墻結(jié)構(gòu)地下室和混凝土結(jié)構(gòu)地下室，可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)分為全地下室和半地下室。

1.2 抗浮的概述

地下建筑結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的前提是明確分析浮力和抗浮力。地下建筑結(jié)構(gòu)的浮力等于地下水位以下到地下建筑結(jié)構(gòu)底部的等量水的重量。

抗浮樁不同于普通基樁，有其獨(dú)特的性質(zhì)。它們之間的最大區(qū)別是基樁通常是抗壓樁。樁身承受建筑荷載壓力，荷載由樁頂向樁底傳遞。樁身受力隨建筑荷載的變化而變化，抗浮樁為抗拔樁。當(dāng)樁身受拉時(shí)，普通抗浮樁的受力由樁頂向樁底傳遞。樁的受力隨地下水位的變化而變化，但抗拔樁的受力機(jī)理正好相反，抗拔樁是建筑物向上位移的各種樁的總稱，抗拔樁不同于一般的基樁，有其獨(dú)特的性能。

2 地下室抗浮設(shè)計(jì)中的主要問題

2.1 地下室水浮力的計(jì)算

地下室水浮力的計(jì)算是抗浮設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)之一，由于計(jì)算有點(diǎn)難度，可能會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤和偏差。地下室抗浮物體在地下水液體下表面的壓力大于建筑物體上表面的壓力，所以它的合力是F向上-F向下。其原因是地下水液體內(nèi)部各方向都有壓力，所以建筑物物體的上表面受到地下水液體向下的壓力，而建筑物物體的下表面受到液體向上的壓力。因?yàn)樵谕环N液體中，基礎(chǔ)深度越大，壓力就會(huì)越大，所以地下室物體下表面的壓力明顯大于物體上表面的壓力。當(dāng)?shù)叵率铱垢≈?，h2是地下室建筑物體下表面到水面的距離，h1是地下室建筑物體上表面到水面的距離，h是地下室建筑物體上下表面到水面的高度差，f是浮力，f1和f2是分別是液體的上浮力和下浮力，p1和p2是上下壓力，p是液體的密度，g是排出液體的體積。無論地下室建筑物體浮式、浮式、懸掛式還是下沉式，此公式始終適用，使用下標(biāo)時(shí)，F(xiàn)浮=G物=m物g=ρ物gV排=ρ物gV物。

地下室建筑物體壓力差法：F浮=F向上-F向下（上下壓力差，也就是說，從浮力的定義出發(fā)，對(duì)物體進(jìn)行了受力分析。物體在水中承受水上和水下的壓力，相減的是浮力的大小。）。

物體浮沉與密度的關(guān)系：已知F浮=G物=m物×g=p流×V排×g當(dāng)物體浸沒時(shí)，其V物=V排，所以p流×V物×g=p流×V排×g，基于g為固定值，所以當(dāng)二者V相等時(shí)（物體處于浸沒狀態(tài)），可得ρ物體=ρ流體，所以我們會(huì)以流體密度來決定該物體的浮沉。

2.2 地下室抗浮設(shè)計(jì)中地下水位的測(cè)量和調(diào)查

對(duì)地下室的水位調(diào)查要早于水浮力的計(jì)算，是不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，地下水位（underground water level）是指地下水面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高程。通常以絕對(duì)標(biāo)高計(jì)算。潛水面的高程稱“潛水位”；承壓水面的高程稱“承壓水位”。根據(jù)鉆探觀測(cè)時(shí)間，可分為初始水位、穩(wěn)定水位、高水位、低水位和預(yù)凍水位。對(duì)地下室水位測(cè)量和調(diào)查時(shí)受季節(jié)、對(duì)地下水的性質(zhì)是孔隙水、裂隙水、巖溶水的分辨，這些因素都可能造成測(cè)量和調(diào)查錯(cuò)誤，造成地下室抗浮設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和偏差，所以在地下水測(cè)量時(shí)一定要專業(yè)，并進(jìn)行多次測(cè)量，保證對(duì)地下水位測(cè)量正確。

3 地下室抗浮設(shè)計(jì)常用的方案

地下室防浮是一個(gè)復(fù)雜的問題，場(chǎng)地的土層不同，場(chǎng)地的地下水復(fù)雜多變。難以確定地下室的抗浮水平，但抗浮是地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。首先，地下室抗浮方案的設(shè)計(jì)要遵循國(guó)家相關(guān)建筑施工制度。如何做出安全合理的設(shè)計(jì)方案，勘察設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021）及《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ 72—2004）的抗浮的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行勘察分析，確保地下室防浮安全。

3.1 結(jié)構(gòu)自重（配重）抗浮法

利用結(jié)構(gòu)本身的重量，其重量包括地下室地板的重量，地下室結(jié)構(gòu)梁柱的重量，上部結(jié)構(gòu)的重量，以及地下室頂部（或上部的重量）的重量。地板）。結(jié)構(gòu)自重的計(jì)算應(yīng)采用材料的標(biāo)準(zhǔn)值。結(jié)構(gòu)自重的標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸和材料單元體積的自重來確定。對(duì)于自重變化較大的材料和部件，應(yīng)將自重標(biāo)準(zhǔn)值作為下限。增加地下室地板的厚度并增加地下室的地下室或地板的覆蓋物會(huì)增加結(jié)構(gòu)的重量。這些方法也可以稱為增加結(jié)構(gòu)重量的抗浮方法。增加重量也可以被認(rèn)為是一種自重和防浮動(dòng)。特殊情況。該方法適用于結(jié)構(gòu)重量與地下水浮力差別不大的情況。

3.2 設(shè)置抗拔樁法

抗拔樁主要依靠樁體與土層之間的摩擦力來承受上拉力以抵抗軸向拉力。 對(duì)于原有的樁基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)，豎向承重樁可同時(shí)設(shè)計(jì)為抗拔樁。 這種設(shè)計(jì)方法可以使工程樁滿足結(jié)構(gòu)各種承重工況的需要。 好處是最大化的。 如果有必要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，它也可以設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單的抗拔樁。

3.3 增設(shè)抗拔錨桿法

抗拔錨桿法是一種特別附著的防拉錨固構(gòu)件，其僅承受拉力以抵消地下水產(chǎn)生的浮力到基底結(jié)構(gòu)。防拉錨適用于堅(jiān)硬的巖石土層。螺栓裝置可以布置在梁下方或板下方。錨桿錨固段不應(yīng)小于3 m，且不應(yīng)大于45D和6.5 m。螺栓的間距可以根據(jù)錨固錨固件的防浮動(dòng)要求和地層的穩(wěn)定性來確定。除了滿足螺栓的要求外，螺栓間距需要大于1.5米，并且使用的間距更大。在一小時(shí)內(nèi)，錨固部分應(yīng)交錯(cuò)。防浮錨桿沿地下室基底和梁下設(shè)置，可以抵消地下水對(duì)梁板的浮力作用，可以減少梁板的加固，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3.4 釋放水浮力法

水浮力釋放方法是在基板下方提供靜水壓力釋放層，使得基板下方的加壓水通過透水系統(tǒng)（過濾層，導(dǎo)水層）收集到集水系統(tǒng)（過濾水網(wǎng)）中。 在釋放層，并被轉(zhuǎn)移到水系統(tǒng)被排放到專用水箱或收集井后，它釋放一些水壓。 釋水壓力法對(duì)相關(guān)排水設(shè)備的穩(wěn)定性要求較高，后期的長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)成本較高，可以在保證技術(shù)可行性，安全性和可靠性的基礎(chǔ)上采用。

3.5 延伸地下室周邊底板法

延伸底板的方法是將底座結(jié)構(gòu)的底板向外延伸以形成懸臂底板，懸臂底板支撐覆蓋土壤以抵抗地下水的浮力。該方法最適合在地下室附近使用，對(duì)于不滿足局部抗浮的情況是一個(gè)很好的選擇。

4 案例分析

4.1 工程概況

該工程位于上海市徐匯某住宅小區(qū)，二期8棟普通住宅，為了方便居民停車和增加經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)劃在住宅場(chǎng)地中部設(shè)地下室1層。住宅地下室項(xiàng)板面標(biāo)高為-1.600，地下室底板面標(biāo)高為-6.700，地下室頂板覆土為1.3 m。地下室底板落在第3-2層的黏土層，地基承載力特征值為fa=280 kPa，局部落在第6層中風(fēng)化石英砂巖層上，fa=4 000 kPa。

根據(jù)調(diào)查和勘察數(shù)據(jù)顯示，該站點(diǎn)有少量地表水開發(fā)。主要表現(xiàn)為場(chǎng)地中部部低洼地區(qū)有少量地表水，主要受大氣降水和生活污水排放的影響。建筑施工地下水分為上層積水和基巖裂隙水。上層積水主要存在于第一層混合土壤中，水量小，沒有統(tǒng)一的自由水位，主要受大氣降水和地表水滲透補(bǔ)給；基巖風(fēng)化裂隙水發(fā)生在下伏基巖裂隙中，只有少量裂隙空間積累地下水，缺乏富水性和連通性，不利于地下水的補(bǔ)給和富集，是一個(gè)弱含水層。

4.2 抗浮方案和注意事項(xiàng)

該項(xiàng)目的基礎(chǔ)承重層不透水，上層積水和基巖裂隙水較少。 本文上面中列出的第一個(gè)和第五個(gè)方案，即結(jié)構(gòu)自重（重量）阻力浮動(dòng)方法和在地下室周圍延伸地下室的方法，降低了艙室底部的水位，并減少了水對(duì)抗浮進(jìn)行防浮設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)和施工中還應(yīng)注意下列事項(xiàng)。

（1） 建筑設(shè)計(jì)綜合考慮建筑排水和結(jié)構(gòu)抗浮要求。排水溝和收集井的間距，深度和數(shù)量是合適的，特別是在外墻內(nèi)側(cè)附近設(shè)置排水溝，以優(yōu)化排水系統(tǒng)。排水溝和外墻排水孔，孔間距約2m，孔內(nèi)安裝有水過濾裝置，使進(jìn)入基質(zhì)的地表水通過排水孔排出，排水系統(tǒng)排水。避免在基材上形成水。浮力。

（2） 為避免上層至地下室的大量積水，在使用過程中經(jīng)常使用排水，挖掘地下室周圍的混合填料，重新填充和分層黏性土。并壓縮。

（3） 施工期間采取降水措施，將地下水位控制在地下室以下500 mm處，并排除地表水。在根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成地下室屋頂上的混凝土保護(hù)層和地板上的混凝土墊層之前，不應(yīng)停止降水。

5 結(jié)語

在城市建設(shè)越來越完善的今天，城市建筑用地越來越少，地下室的設(shè)計(jì)尤為重要，在地下室設(shè)計(jì)中，地下室的抗浮設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的一環(huán)。反浮動(dòng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)結(jié)合建筑物的上部結(jié)構(gòu)，地質(zhì)條件和周圍環(huán)境，同時(shí)考慮建筑，經(jīng)濟(jì)，安全和地下水位變化等因素。 每種方法可以單獨(dú)使用或與幾種方法組合使用。一種方法可以作為整體使用，或者可以在本地使用另一種方法，具體設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)師綜合考慮。