浅析地下室抗浮设计

【摘 要】随着建设用地的日益减少，地下室的修建也十分普遍。而地下室抗浮设计则是一个普遍存在的技术问题，一旦处理不当将影响建筑的安全性。本文根据现行设计规范对建筑物基础和地下结构抗浮设计的主要规定和基本要求，探讨了地下室抗浮设计，并结合具体工程实例，介绍了地下室抗浮设计过程中抗拔锚杆的设计思路，可供地下室设计参考。

【关键词】地下室；抗浮设计；抗拔锚杆；工程实例

随着我国城市建设的高速发展，对地下空间的开发和利用越来越多。在我国沿海及长江中下游地区，地下水位普遍较高，由地下水浮力引起的地下室上浮、地下结构破坏等事故屡见不鲜。因此，地下室的抗浮是地下空间工程中一个不可忽视的重要课题。

1、现行设计规范对建筑物基础和地下结构抗浮设计的主要规定和基本要求

《建筑地基基础设计规范》（GB5007 -2011）中第5.4.3条规定：建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，一般情况下抗浮稳定安全系数可取1.05。抗浮稳定性不满足设计要求时，可采用增加压重或设置抗浮构件等措施。在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，也可采用增加结构刚度的措施。《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）[2]中第8.6.6条规定：当地下室自重小于地下水浮力作用时，宜设置抗浮锚杆或抗浮桩。对高层建筑附属裙房或主楼以外独立结构的地下室，宜推荐选用抗浮锚杆；对地下水水位或使用荷载变化较大的地下室，宜推荐选用抗浮桩。《软土地区岩土工程勘察规程》（JGJ83-2011）[3]中5.0.9条规定：对地基基础地下结构应评价地下水对结构的上浮作用；5.0.10条规定：评价地下水对结构的上浮作用时，宜通过专项研究确定抗浮设防水位；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设防水位的影响；只虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按近3年～5年的最高水位确定。《高层建筑筏基与箱型基础技术规范》（JGJ6-2011）[4]中4.4.1条规定：当地下水位可能高于基础埋深并存在基础抗浮问题时，应提出与建筑物抗浮有关的建议；5.5.4条规定：当建筑物地下室的一部分或全部在地下水位以下时，应进行抗浮稳定性验算。抗浮稳定安全系数，可根据工程重要性和确定水位时统计数据的完整性取1.0～1.1；6.4.7条规定：当抗拔桩常年位于地下水位以下时，可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010）[5]关于控制裂缝宽度的方法进行设计。如果地下室带有人防工程的属性，并且是甲类防空地下室，应对以下三种工况下的荷载（效应）组合分别计算，并取最不利的结果进行设计：一是基础底板平时使用状态的结构设计荷载工况；二是战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用工况；三是战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用工况。

2、地下室结构抗浮设计

当地下室结构存在水浮力作用的时候，一般都是采用增加结构压重和防止地下室上浮的抗拔措施，在结构压重措施用足，地下室结构仍不满足抗浮稳定性的情况下，抗拔桩和抗浮锚杆往往是合理的选择。抗拔桩主要是利用桩侧阻力来制约与桩顶连成一体的地下室结构上浮，其抗浮能力与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关。抗拔桩的单桩承载力较大，一般布置在框架柱、剪力墙下，其抗拔从属面积比较大，受施工环境条件影响较大，建设成本相对较高。抗拔锚杆是通过锚杆体和注浆体形成的锚固体与土层之间的摩擦作用来传递阻止结构底板上浮的摩擦阻力的，锚杆类型的选择同锚杆锚固段所处的土岩层类型、工程特性、锚杆的承载力、锚杆体的材料、锚固的长度、锚杆的施工工艺等有关。抗拔锚固可以选择借助杆体自由段的弹性伸长施加预应力的预应力锚杆和普通的不施加预应力的锚杆。

抗拔锚杆设计具体步骤如下：

1）计算单根锚杆所需承担的抗浮力

3、工程实例

3.1工程实例一

某工程地下水位接近地表面。地上为高层住宅建筑，地下两层，主楼南北两侧有两层单建人防地下室。由于地下室顶板作为上部建筑嵌固端的要求和建筑抗震7度设防以及Ⅲ类场地等原因，地下室主体结构均采用现浇钢筋混凝土框架结构。由于地下水位较高，为增加抗浮有利因素，在楼盖选择时，主动加大结构自重，即仅设主框架梁，楼盖为双向大跨度的厚板。但在上部无地面建筑的地下室部分，由于存在补偿性，结构自重和少量的覆土仍不满足地下室结构的抗浮要求，经多种方案比较：最终采用了抗拨桩抗浮方案。主楼以外，共布置了291根桩径为600mm的抗拔桩，抗拔桩采用扩底灌注桩，桩长15m，动载作用时，桩承受部分压应力。

3.2工程实例二

某工程距离河边不足一公里，工程周边为已建多层和高层建筑，工程施工环境比较复杂。为了保证周边建筑物的安全稳定，加快地面交通恢复速度，工程采用逆作法施工。根据工程地质勘察报告：抗浮设防水位平均为地表下1.5m，人防工程地下两层，地下室顶板以上覆土1.5m，基底埋深约13.2m。主体采用钢筋混凝土框架结构体系，桩基，持力层为中风化岩石，防水底板厚500，为满足抗浮要求，底板下按水位不同，锚杆最小间距1.2mx1.4m，最大间距1.7mx1.8m，锚杆在底板以下长3.5m，直径150mm，主筋3Φ22（并筋），沿每个柱网均匀布置，锚杆共10526根。

4、结语

总而言之，地下室的抗浮是地下室工程设计过程非常重要的一部分。在当前规范未对地下室抗浮设计进行明确规定的情况下，设计人员应针对工程的实际情况，全面思考、精心设计，以确保地下室工程的结构安全。

参考文献：

[1]胡柳明.某地下室抗浮锚杆设计[J].工程建设，2011年03期

[2]冷利浩.抗浮锚杆在结构设计中计算方法的合理选择[J].四川建筑，2010年02期