浅析建筑基础抗浮设计

摘要：本文阐述了建筑基础抗浮设计的主要内容。首先根据勘察报告确定基础的抗浮设计水位，然后进行基础抗浮受力计算，确定抗浮构件的数量，最后进行抗浮构件的合理布置。

关键词：抗浮设计水位、抗浮稳定性验算、抗浮构件布置

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

随着城市建设的高速发展，很多高层建筑的基础埋深超过10m，甚至超过20m，地下水的赋存和渗流形态对基础工程的影响日渐突出，正确确定建筑的抗浮设计水位并进行科学的基础抗浮设计成为一个牵涉巨额造价及施工难度和周期的十分关键的问题。

1.基础抗浮设计水位的确定

基础抗浮设计中，容易混淆“防水设计水位”和“抗浮设计水位”这两个概念。防水设计水位，一般用于地下室的建筑外防水设计及确定地下室外墙及基础的混凝土抗渗等级，涉及的只是地下室防水设计标准问题，与结构构件的其它设计无关；而抗浮设计水位，适用于结构的整体稳定性验算、地下室结构构件设计，是与结构设计最密切的指标，也是影响地下结构经济性的重要指标。

对于建筑基础的抗浮设计水位，勘察、设计人员应遵照《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）及《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ 72-2004）的相关规定进行勘察和分析。根据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ 72-2004）第8.6.2条，场地地下水抗浮设计水位的综合确定宜符合下列规定：

1）当有长期水位观测资料时，场地抗浮设计水位可用实测最高水位，无长期水位观察资料时，应按勘察期间实测最高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）场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水位并考虑其对抗浮设计水位的影响；

3）只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设计水位可按一个水文年的最高水位确定。

2.基础抗浮受力计算

建筑基础抗浮设计的内容有抗浮稳定性验算、抗浮承载力计算和抗浮变形验算，当建筑基础存在浮力作用时必须进行上述三项内容的计算，以满足相关规程规范的要求。基础（除桩基础外）抗浮承载力计算和抗浮变形验算可按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的相关内容进行，在此不再赘述。下面着重讲述抗浮稳定性验算的相关内容。

对于简单的浮力作用情况，建筑基础的抗浮稳定性应符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.4.3条的要求：

（2.1）

式中： ―建筑物自重及压重之和标准值（kN）；

―浮力作用标准值（kN）；

―抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05；

当抗浮稳定性不满足公式2.1要求时，或者采用压重法不可行时可以设置抗浮构件等措施来抵抗水浮力。对于大面积地下室上建有多栋高层和多层建筑时，建筑自重分布不均匀，应分区、分块进行基础的抗浮稳定性验算，高层建筑范围内的基础利用自重一般都能满足公式（2.1）的要求，不必采取其它措施；多层建筑范围内的基础则不同，仅利用自重一般不能满足公式（2.1）的要求，需采取增加压重或设置抗浮构件（抗拔桩和抗浮锚杆）等措施。

当设置抗浮构件时，应按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.4.5条计算抗浮构件的承载力和估算某区块内的抗浮构件总数n：

（2.2）

（2.3）

式中： ―按荷载效应标准组合计算的抗浮构件承受的拔力（kN）；

―抗浮构件的抗拔极限承载力标准值（kN）；

―抗浮构件自重（kN），地下水位以下取浮重度，对于扩底抗浮构件应按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.4.6-1确定桩、土柱体周长，计算桩、土自重；

3.基础抗浮构件的布置方式

水的浮力是均匀作用在基础底板上的，除基础底板自重及其上的压重外，基础底板抵抗水浮力的作用是不均匀分布的，可能集中作用在柱底和抗浮构件上，或者线性作用在上基础梁上。据此基础底板在自重和水浮力作用下可以分成两个区域，基础梁影响区域和纯底板抵抗区域。当某区段基础抗浮验算满足公式（2.1）时，根据上部结构类型可分别采用独基加防水板基础、条基加防水板基础或筏板基础，当不满足公式（2.1）时，则必须采用抗浮构件来平衡水浮力，这时抗浮构件可按下面两种布置：

第一种布置，按公式（2.3）计算所需抗浮构件总数n，然后均匀布置在基础梁下。第二种布置，按公式（2.3）计算所需抗浮构件总数n，然后均匀布置在纯底板抵抗区域，如图4.1所示。其中第二种布置方式，水浮力的传力路径更直接，应优先采用第二种布置。

抗浮构件的第二种布置计算可分解为以下二个步骤：

1）基础梁影响区域宽度：由基础梁传递的结构自重线荷载除以的水浮力强度得到。其中基础梁传递的结构自重线荷载，是根据基础梁线刚度分配柱子承担的结构自重得到。

2）纯底板抵抗区域中每根抗浮构件的所分摊面积的边长：，其中L

和B为某区块内柱的纵横向间距，n为按公式（2.3）计算所需的抗浮构件总数。

4.结语

设计人员在进行基础抗浮设计时，必须掌握抗浮设计的基本概念，特别要对建筑基础的分区块抗浮设计的稳定性验算和抗浮构件的承载力计算有较为深刻的认识，这样才能合理的布置抗浮构件，正确地进行基础抗浮设计。

参考文献：

[1] GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》.北京：中国建筑工业出版社,2011

[2] JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》.北京：中国建筑工业出版社,2008

[3] GB50021-2001《岩土工程勘察规范》.北京：中国建筑工业出版社,2009

[4] JGJ72-20041《高层建筑岩土工程勘察规程》.北京：中国建筑工业出版社,2004

[5]《建筑地基基础设计方法及实例分析》朱炳寅等编著.北京：中国建筑工业出版社,2012

[6]《工程地质手册》（第四版）.北京：中国建筑工业出版社,2012