浅谈地下室抗浮设计

【摘 要】本文根据审查工程中地下室抗浮设计出现的一些问题，总结出了在地下室抗浮设计时应该注意的几个问题，对今后的设计工作具有一定的指导意义。

【关键词】地下室；抗浮设计；问题

随着社会经济、城市建设的发展，人们对地下空间的需求不断增长，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大。近几年来，有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故，如出现裂缝、漏水、地下室底板局部拱起甚至地下室上浮及结构破坏等，处理起来非常棘手且效果不好。在多个地下室因水浮力作用而引发的工程事故中，主要是由于设计人员对地下水的作用认识不足，抗浮设计的基本概念不清晰造成的。本文根据审查工程中地下室抗浮设计出现的一些问题，总结以下几方面在设计时需加以注意。

1、确定科学合理的抗浮设防水位

规范规定建筑物在施工及使用阶段均应符合抗浮稳定性要求。在建筑物施工阶段，应根据施工期间的抗浮设防水位和抗力荷载进行抗浮验算，必要时采取可靠的降、排水措施满足抗浮稳定要求；在建筑物使用阶段，应根据设计基准期抗浮设防水位进行抗浮验算。验算地下水对结构物的作用时，原则上应按勘察报告提供的设防水位计算水浮力。确定一个科学合理的抗浮设防水位对于地下室的结构设计是很重要的。抗浮水位、防水水位和设防水位这三个术语的意义不同，抗浮水位是指抗浮设计时控制浮力的水位，防水水位是地下水防水设计时控制设计的水位，对同一个场地而言，有些情况下水位是相同的，但有些情况可能不相同。设防水位的含义应该更具有严格的内涵，抗浮水位与抗浮设防水位严格程度不同，抗浮设防水位应该包含有多少年一遇的水位，或者超越概率，如果没有历史资料可以作概率分析，这个水位没有多少年一遇的内涵，则只能通称为抗浮水位而不能说是抗浮设防水位。由于分析设防水位的超越概率需要长期观测的地下水历史资料，对于没有建立长期观测地下水位站网的城市和地区，仅凭勘察时观测的地下水位作为设防水位是不确切的。

2、抗浮计算

局部抗浮，一般按照1.05F（浮力）—0.9G（自重+覆重）

3、抗浮设计

抗浮设计首先应考虑采用增加自重或覆土的办法，即自重平衡法来平衡地下水浮力。无论采用增加结构自重，还是增设覆重，都是要按照经济合理的原则进行处理的，是有限度的。通常在防水底板上增设回填土、灰土垫层、毛石混凝土、素混凝土层等，有的采用铁屑混凝土（不建议采用）；另外在地下室顶板增设覆土，局部也可采用地下室底板外挑，比较经济有效。

如果采用自重或覆土加覆重办法，抗浮计算仍不满足时，可采用抗拔桩和锚杆处理。采用抗浮桩或抗浮锚杆等措施，应在基坑开挖前确定抗浮设计方案。以便于基坑槽、抗浮桩施工及本工程基坑降水与边坡支护、基础施工等后续工艺的衔接。抗浮桩或锚杆设计所需各岩土层相关参数可按岩土工程勘察报告提供值采用。采用配重加锚杆相结合的方案，锚杆的孔径150mm，200mm较为常用，具体设计可由抗拔试验数据确定。

4、抗浮设计的问题及处理

（1）对于地下水位较低的情况，通常仅按构造要求，设构造防水底板，板厚不小于250mm，构造配筋即可满足要求。但是，实际工程中，有的工程地下水位较高（在底板之上），也采用构造做法就不妥了，此时虽然整体抗浮满足要求，但局部抗浮混凝土底板裂缝可能不满足，独立柱基与防水底板变形不协调，结果是因配筋过小导致防水底板开裂失效。

（2）地下水位较高时，应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算。地下室车道、地下水池的抗浮验算常常容易漏掉。

（3）地下室外墙（土压力及水压力）与防水底板（水压力、上部荷载）不仅要满足受力要求，还应进行裂缝宽度的计算，裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通。

（4）需要明确地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度，有的设计取值偏小。应注意防水底板与墙柱基础，以及防水底板与主楼基础的连接，受力钢筋的锚固与搭接要求。

（5）高层地下室采用独立柱基或条基加抗水底板时，在抗水板下设褥垫，以保证实际受力与设计计算模型相同。高层建筑地下室设计时，当底板下的土质较好时，地下室底板自重、地下室隔墙和水池等荷载考虑由底板下的土层直接承受，应要求不扰动土层、对遇到软弱土时的处理方法，超开挖或者标高变化处的回填土的施工应提出明确的要求，回填土未加处理将引起底板开裂。

（6）当采用抗浮桩时，桩基不能既作抗拔桩，又同时作为承压桩来设计，因为桩只有变形才发挥作用，相反方向的变形会导致桩基失效而不安全。

（7）抗浮设计时，后浇带应有措施保证抗水板不出现薄弱点及漏点。

（8）抗拔桩设计时，桩身配筋量不能仅按强度要求进行计算，往往缺少裂缝宽度验算。按裂缝宽度控制计算结果的配筋量远大于按强度要求计算的配筋量。采用预制桩作为抗拔桩时，往往只注意桩身的抗拉强度要求，桩基与承台间连接钢筋的强度要求接桩段的裂缝宽度要求常常被忽视。

（9）抗拔桩计算问题：抗拔桩配筋计算时荷载分项系数取1.0有误（审查中发现，抗浮计算时水浮力和压重分项系数均取1.0计算，当水浮力大于压重时，抗拔桩桩身配筋按（水浮力一压重，钢筋强度计算，严重错误）。地下室底板的强度计算时（水位较高，总竖向荷载往上）（桩基时不同），板、覆土的自重的荷载分项系数取1.2有误，根据《建筑结构荷载规范）GB50009—2012第3.2.54条荷载分项系数应取1.0。抗浮计算时，板、覆土的自重的荷载分项系数应取0.9进行折减。

（10）有些设计人员往往忽视施工对地下室抗浮的重要性，在结构设计说明中必须明确降排水要求，包括停止降水的时间（不留降水盲点，雨季必要时应另有要求和措施），主楼及地下室施工完成的进度，必须具备的条件，如基础底板及顶板上覆重完成等；另外还要明确荷重要求，垫层的密度、压实系数等要求。

5、结束语

地下水位较高时，应特别注意有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算及抗浮设计，根据水压力大小及基础和上部结构型式，进行优化设计，采取经济合理的设计方案，保证结构安全。