抗浮设计论文范文

抗浮设计论文篇1

关键词:结构设计;抗浮设计;抗浮设防水位

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

1 抗浮设计方法

1． 1 抗浮计算公式

在国家新规范GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范，以下简称《基础规范》颁布以前，广东、北京、上海等地方标准对抗浮设计的公式都做了不同的规定，归纳起来它们之间的不同在于安全系数的取值略有不同。新《基础规范》第3．0．2 条6 款规定: 建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算; 第3．0．4 条6 款规定: 当工程需要时应提供用于计算地下水位浮力的设防水位; 第5．4．3 条1 款给出了计算公式:

GK /NW，K≥KW

其中，KW为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1．05; 第5．4．3 条2 款规定: 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。至此，国家规范第一次较为明确的对抗浮计算给出了具体要求，设计人员据此进行抗浮设计。

1． 2 抗浮验算内容

虽然抗浮计算公式比较直观和简单，但是结构设计人员必须具备一定的基本概念，并且应明确哪些类型的工程需要进行抗浮设计，并且知道怎样进行抗浮验算，下文就讨论此问题。

1． 2． 1 整体抗浮验算

当建筑物的自重小于水的浮力时，建筑物处于不稳定状态，需要采取相应的抗浮措施并进行抗浮整体性验算以保持建筑的稳定性。在地下水位较高的地区，城市中的集中绿地或广场之间设置的单建式地下车库; 全埋于地下的水池、泵房等市政工程构筑物; 地下室层数较多而地面上层数较少的建筑，在这些情况下整体抗浮稳定性往往不满足要求。配重法( 通过增加结构的自重来抵御水浮力的作用) 简单、可靠也相对比较经济，可以在建筑物地下室或地下构筑物的底板、顶板用土、砂、石、混凝土( 包括钢渣混凝土重度30 kN/m3 ) 等材料压实回填。建筑物自重与浮力相差不大时，用配重法比较合理，相差较大时会使工程造价提高，这时采用抗拔桩和抗浮锚杆比较合理。抗拔桩多结合工程桩基而采用，单纯使用抗拔桩工程造价也往往比较高。抗浮锚杆由于造价低廉、施工方便、能够与结构的应力与变形相协调等优点在许多工程得到了运用。

1． 2． 2 局部抗浮验算

在工程实践中我们还会遇到由于上部结构荷载分布不均匀而导致的局部抗浮力不足的情况。比如现在常见的高层主楼和裙房或地下室车库基础之间不设沉降缝的工程，由于高层主楼荷载大，该范围的整体抗浮能力比较高，但是在裙房或者地下室车库范围内的抗浮能力就比较弱。有些设计人员只计算上部结构的总重量标准值大于总的水浮力就认为抗浮满足设计要求，没有考虑上部结构荷载分布的不均匀，忽略了局部抗浮验算，有可能会发生底板隆起、开裂甚至地下室及上部结构的局部范围出现破坏。局部抗浮验算不满足时，可采用提高基础刚度、配重法或抗浮桩、抗浮锚杆等措施解决抗浮稳定性问题，也可以通过几种手段联合使用达到较好的抗浮效果。局部区域建筑物自重与浮力相差不大时，通过增加基础刚度和增加配重法比较合理; 局部区域建筑物自重与浮力相差较大时，采用抗浮锚杆比较经济合理;当同时考虑其他因素，基础方案已经采用桩基时，才用抗拔桩也是比较合理的。

1． 2． 3 施工阶段抗浮验算

《建筑工程设计文件编制深度规定》的第4．4．3 条第8 款中，规定了“地下室抗浮( 防水) 设计水位及抗浮措施，施工期间的降水要求及终止降水的条件等”，因此除了进行整体和局部抗浮验算外，设计人员还应该对施工阶段的抗浮稳定性问题进行考虑，必要时应在施工图中对“施工期间的降水要求及终止降水的条件”做出明确要求。一般的来讲，在施工荷载的自重小于水浮力的阶段，通过施工期间的降水就能解决抗浮稳定性问题。需要指出一点: 对于主楼、裙楼及地下车库连成一体的工程，通过后浇带解决温度问题或差异沉降问题时，施工时应对后浇带采取超前止水措施( 详见GB 50108-2008 地下工程防水技术规范第5．2．14条) ，以避免当施工荷载的自重增加到满足施工阶段抗浮要求时由于后浇带的存在而不能停止降水的情况发生。还有，当地下室基坑的地基为不透水的土层、基坑侧壁又支护严密，地表水对基坑实施倒灌，引起地下室结构的抗浮。我国多数城市都发生过下暴雨时的地表水对深基坑的倒灌，这种问题也应引起足够的重视。

除此之外，无论何种措施都应考虑地下水浮力对地下室底板的作用，保证地下室底板构件在地下水作用下具有足够的强度和刚度，并满足构件的抗裂或裂缝宽度的控制要求。

2 抗浮验算中几个参数的探讨

2． 1 抗浮设防水位的确定

抗浮设防水位的确定是一个十分复杂的问题，它涉及到场地地形、区域水文地质等因素。在实际中有些勘察报告提出的地下室的抗浮设防水位并不严谨，鉴于抗浮设防水位是地下室抗浮设计中一个决定性的参数，所以需要设计人员对抗浮设防水位的确定方法有一定的了解。目前业界普遍认同JGJ 72-2004 高层建筑岩土工程勘察规范第8．6．2 条的方法确定抗浮设防水位。

1) 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; 当无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高水位并结合地形地貌、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防水位的影响;

3) 只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年度的最高水位确定。

2． 2 抗浮构件的布置方法

2．2．1 抗浮锚杆布置

抗浮锚杆的布置总结起来有三种布置方式:

1) 集中点状布置，一般布置在柱下;

2) 集中线状布置，布置于地下室底板梁下;

3) 面状均匀布置，在地下室底板下均匀布置。

2．2．2 抗拔桩的布置

由于抗浮桩一般布置于框架柱、底板梁体附近使底板整体受力较好，因此，在布桩设计时，应综合考虑建筑物底板结构、房屋跨度等相关因素，结合单桩抗浮力设计值及结构单跨宽度，经过反复计算来确定抗浮桩的数量和分布。抗拔桩一般宜选用桩径较小、单桩抗拔力相对较小的桩进行密布。抗拔桩的桩长宜尽量控制在单节桩的长度范围内，这样可以减少接桩费用以及避免由于接桩不牢固造成的抗拔力损失。通过对比不同抗拔桩的设计方案，在基于发挥抗拉钢筋的抗拉程度和减少成本、便于施工的角度得出了“抗拔桩的桩径宜取0．4 m ～ 0．6 m，桩长宜取8 m ～ 16 m”的结论。

3 结语

抗浮设计论文篇2

关键词：地下结构；抗浮稳定性；极限状态法；单一安全系数法

中图分类号：TU 93 文献标识码：A

0引言

随着我国经济的快速发展和城市建设进程加快，工程建设的规模越来越大，而城市建设用地越发显得紧张，城市地下空间的开发由广度向深度发展。大体量的地下商业街、地下车库、地下车站、地下管廊等地下结构的基础越来越深，随之而来的就是地下水浮力对地下结构的影响日益突出。当出现暴雨或沿海地区潮汐作用使地下水位大幅上升时，可能引起地下结构抗浮力不足，导致地下结构的失稳或倾斜。这对会工程造成巨大的经济损失。抗浮问题也已经引起工程界的广泛关注，目前现行的建筑结构及地基设计规范已明确要求，应对地下结构进行抗浮稳定性验算。不同的规范也提出了抗浮稳定性计算的表达式，但表达式的形式也不尽相同，且抗浮稳定性验算的计算方法、计算原则也并未明确，工程实践中对规范的理解也因人而已。因此本文通过对现行的建筑结构设计规范和地基基础设计规范等相关规范对比分析，对抗浮稳定性验算的计算方法、荷载（作用）组合及荷载设计值、荷载（作用）分项系数等方面进行分析和探讨，为地下结构工程抗浮设计提供参考。

1规范对抗浮稳定性验算的规定

1.1《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

鉴于地下工程一般为混凝土结构，按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1](以下简称为《混凝土规范》GB50010)第3.3.1条的规定，混凝土结构的承载能力极限状态计算包括了结构的倾覆、滑移、漂浮验算，结构构件承载能力极限状态设计表达式：

(1)

式中：为结构重要性系数，为承载能力极限状态下作用的效应设计值（对持久设计状态和短暂设计状态应按作用的基本组合计算），为结构构件的抗力设计值。

1.2《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012[2] (以下简称为《荷载规范》GB50009)第3.2.2、3.2.3和3.2.4条的规定，采用基本组合对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时，荷载的分项系数应满足有关的建筑结构设计规范的规定。目前随着规范的修订和更新，虽然各结构标准已广泛采用分项系数表达方式，但对永久荷载分项系数的取值，如地下水荷载的分项系数，各地方有差异，目前还不能采用统一的系数。对基本组合中永久荷载效应在结构漂浮稳定性验算时，一般永久荷载效应对结构是有利的，因此《荷载规范》提出了对永久荷载分项系数在其他结构设计规范中没有具体规定时，应按工程经验采用不大于1.0的值。

1.3《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011[3] (以下简称为《地基基础规范》GB50007)第3.0.5条第3款对基础抗浮稳定验算也提出了规定，计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。

同时规范中第第5.4.3条第3款规定：对于简单的浮力作用情况，基础抗浮稳定性应符合下式要求：

(2)

式(2)中：为建筑物自重及压重之和（kN）；为浮力作用值（kN）；为抗浮稳定安全系数，一般取1.05。

1.4上海市规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010

上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）[4]中第12.1.4条规定：地下结构的抗浮验算采用以分项系数表达的极限状态设计法，作用效应采用基本组合，但分项系数均为1.0。

同时该规范中第12.3.2条明确给出了明挖法地下建筑物采用自重或桩基抗浮的地下结构抗浮稳定验算公式，具体公式如下：

(3)

(4)

式(3)、(4)中：为浮力设计值（kN）；为地下建筑物自重标准值及其上作用的永久荷载标准值之和（kN），不包括可变荷载；为自重抗浮分项系数，可取1.05～1.1，当仅采用自重进行抗浮时，不宜小于1.1；为抗拔桩数；为单桩抗拔承载力设计值（kN），应按7.2.9条确定；为浮力作用分项系数，取1.0；为水的重度（kN/m3），可按10 kN/m3采用；为地下建筑物排开水的体积（m3）。

1.5广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）

《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）[5]对地下室抗浮稳定性给出了明确的规定，地下室抗浮稳定性验算应满足下式的要求：

(5)

式(5)中：为地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；为地下水浮力，水浮力不需考虑荷载分项系数，即为标准值。

1.6北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501-2009）

北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501-2009）[6]8.8节抗浮设计中给出了建筑物基础的抗浮验算公式：

(6)

当抗浮不满足表达式(6)时，抗浮构件按表达式(7)进行计算：

(7)

式(6)、(7)中：为地下水浮力标准值；为建筑物自重及压重之和；为永久荷载的影响系数，取0.9～1.0；为抗拔构件提供的抗拔承载力标准值。

1.7《地铁设计规范》GB50157-2003

《地铁设计规范》GB50157-2003[7]第10.5.2条中明确的提出明挖结构根据地质、埋深、施工方法等条件，必要时应进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算。对地下结构水浮力的取值原则以及抗浮力给出了较为明确的规定，水浮力取值：①对于渗透系数较小的粘性地层中的地下结构，可结合当地工程经验，对浮力作适当折减或把地下结构底板以下的粘性土层作为压重考虑；②对于砂性土层中的地下结构，应按全水头确定浮力。

地下结构的抗浮力一般有自重、内部静荷载及上部的有效静荷载，也可考虑侧壁与地层之间的摩擦力。同时对抗浮安全系数的选取也进行说明，目前尚无统一规定，结合即将实施2013版《地铁设计规范》，不计地层侧壁摩阻力时不应小于1.05；当计及地层侧摩阻力时，根据不同地区的地质和水文地质条件，可采用1.10～1.15的抗浮安全系数。

2 不同规范抗浮验算对比分析

通过查阅与地下结构相关设计规范，针对现行不同设计规范对抗浮稳定验算的有关规定进行整理分析。根据《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2008和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001中对极限状态法、单一安全系数法等设计方法和作用（荷载）组合、作用（荷载）设计值的定义和划分，对抗浮稳定验算的设计计算方法、作用（荷载）组合、作用（荷载）设计值和荷载组合分项系数等方面进行了分析对比，具体如下：

（1）《混凝土规范》GB50010规定了混凝土结构漂浮验算时，采用承载能力极限状态下作用的效应设计值采用基本组合，给出了基于承载力极限状态设计法的抗浮验算的广义表达式。

（2）《荷载规范》GB50009提出了基于承载力极限状态设计法的结构漂浮验算时采用基本组合，规定了基本组合下永久荷载、可变荷载的分项系数取值原则及取值范围，但尚未明确水浮力属于永久荷载还是可变荷载。

（3）《地基基础规范》GB50007明确规定了基础抗浮稳定验算时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。同时提出了简单浮力作用下基础抗浮稳定性的计算公式，明确了抗浮稳定安全系数取值，抗浮验算计算公式与地基稳定性的计算公式形式相同，但浮力和自重作用值为基本组合下的荷载设计值，单一安全系数法采用的是抗力和作用标准值，不符合单一安全系数法的界定，因此仅从计算公式形式上划分为类似单一安全系数法。

（4）上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）也明确规定了地下建筑物抗浮验算采用以分项系数表达的极限状态设计法，作用效应采用基本组合，但分项系数均为1.0。同时也提出了明挖法地下建筑物基于极限状态设计法的抗浮稳定性的详细计算公式，浮力和抗浮力作用值为基本组合下的荷载设计值，明确了抗浮力和浮力的荷载组合的分项系数。该规范中的抗浮验算设计规定是现行规范中唯一与《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153、《荷载规范》GB50009等规范一致，采用以分项系数表达的极限状态设计法。

（5）广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）规定了地下室抗浮稳定性计算公式，浮力和抗浮力采用荷载标准值。从抗浮稳定性计算公式形式，可界定为单一安全系数法。

（6）北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501-2009）提出了建筑物地基的抗浮验算计算公式，计算公式中水浮力和抗浮力采用标准值，规定了抗浮力中建筑物自重及压重等永久荷载的影响系数取值范围。抗浮验算计算方法可界定为基于以分项系数表达的极限状态设计法。

（7）《地铁设计规范》GB50157-2003规定了明挖法结构根据地质、埋深、施工方法等条件，必要时应进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算。仅对浮力和抗浮力的取值计算原则进行说明，并未明确浮力、抗浮力的采用标准组合值，还是基本组合值。同时该还给出抗浮安全系数的取值，但未明确采用何种计算方法。由于仅给出抗浮安全系数，结合工程设计人员理解和应用，笔者在此暂推断为单一安全系数法。

通过对各个规范中对抗浮稳定性规定的对比分析和理解，通过各规范中对抗浮稳定验算的设计计算方法、作用（荷载）组合、作用（荷载）设计值和荷载组合分项系数等方面的分析解读，整理结果详见表1。

表1不同规范抗浮稳定验算计算的对比分析

项目

规范 验算公式 作用（荷载）组合 作用（荷载）的设计值 荷载组合分项系数 抗浮验算设计方法

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 基本组合 效应或抗力设计值 基于概率理论，以分项系数表达的极限状态设计法

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 ￣ 基本组合 荷载设计值 永久荷载在其他结构设计规范中没有具体规定时，应按工程经验采用不大于1.0的值。

上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010

基本组合 荷载设计值 自重抗浮分项系数可取1.05～1.1，当仅采用自重进行抗浮时，不宜小于1.1；水浮力作用分项系数取1.0；

北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》DBJ 11-501-2009

￣ 荷载标准值 永久荷载的影响系数，取0.9～1.0 极限状态设计法

国标《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 基本组合 荷载设计值 荷载分项系数均为1.0，抗浮稳定安全系数一般取1.05 类似单一安全系数法

广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003 ￣ 荷载标准值 ￣ 单一安全系数法

《地铁设计规范》GB50157-2003 ￣ ￣ ￣ 抗浮安全系数不计侧壁摩阻力时不小于1.05，考虑侧壁摩阻力时不小于1.15 单一安全系数法

注：表中单元格显示为“￣”，则认为规范未说明。

通过表中所列几种规范的对比，目前结构和地基抗浮稳定性验算的计算方法有两种：概率极限状态设计法和单一安全系数法。概率极限状态设计法是建立在以往大量的统计数据为基础上，是目前工程结构设计常用的设计方法，同时也是《工程结构可靠性设计统一标准》推荐的设计方法。单一安全系数法是根据可靠的工程经验或必要的试验研究得出的，是相对比较传统的一种稳定性计算方法。目前在基坑的稳定性验算中应用广泛。

鉴于目前《混凝土结构设计规范》和《建筑荷载》均是采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法，建议对地下结构的抗浮稳定性验算也从规范上统一采用概率极限状态设计法，避免规范采用不同计算方法，给工程设计人员带来不必要的误导。当然也不是机械的将结构构件设计的方法照搬到结构的抗浮稳定性验算设计中，简单的采用相同的荷载组合和相同的荷载系数，这样表面上是统一了设计方法，但实际上不正确的。地下结构的抗浮稳定性验算从规范上统一采用概率极限状态设计法，还需要工程科研和设计人员付出更多的努力，在工程实践中进行相关的监测，以便收集相关统计数据，为采用概率极限状态设计法奠定基础。

鉴于目前上海市工程建设规范《地基基础设计规范》中已明确提出了地下建筑物抗浮稳定性验算以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计法的计算公式，在其它规范或地方标准中未明确给出地下结构抗浮稳定性验算计算方法和公式时，可采用《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010的计算方法和公式。

3结论和建议

综合上述，地下结构抗浮稳定性验算设计方法宜与现行的建筑结构设计规范中结构构件的设计计算方法统一，采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法。在其它规范或地方标准中未明确给出地下结构抗浮稳定性验算计算方法和公式时，建议可采用《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010的计算方法和公式。水浮力和抗浮力采用基本组合，自重荷载的分项系数取1.05～1.1，水浮力作用分项系数取1.0。为地下结构的抗浮稳定性验算提供了参考，能更加明确的对地下结构工程抗浮进行设计，避免出现抗浮问题。

参考文献

中华人民共和国住房和城乡建设部．中华人民共和国国家标准：GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

中华人民共和国住房和城乡建设部．中华人民共和国国家标准：GB50009-2012建筑结构荷载规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012．

中华人民共和国住房和城乡建设部．中华人民共和国国家标准：GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．

上海现代建筑设计（集团）有限公司．上海市工程建设规范：DGJ08-11-2010地基基础设计规范[S]．上海，2010．

广州市建筑科学研究院．广东省标准：DBJ 15-31-2003建筑地基基础设计规范[S]．广州，2003．

北京市勘察设计研究院、北京市建筑设计研究院．北京市地方标准：DBJ 11-501-2009北京地区建筑地基基础勘察设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2009．

抗浮设计论文篇3

关键词:抗浮锚杆；设计

中图分类号：U455.7+1文献标识码： A 文章编号：

一、工程概述

某建筑工程3栋，楼层数28层，设两层地下室，鉴于场地地处沟谷内，周边地下水位较高且向该低洼处渗流补给，抗浮设防水位统一取27．0m，地下水水头差为9．7m，则地下水浮力为97kPa。根据结构自重不同，将场地需采取抗浮措施的区域分为I、Ⅱ两个区，为便于抗浮设计，根据中风化岩体埋深又分为若干个小区，见图l所示。其中场地西北部消防车回车场为I区，结构自重为39kPa，地下水净浮力为58kPa；其余区域为Ⅱ区，结构自重为53．45kPa，地下水净浮力为43．55kPa。因此，需考虑抗浮措施。

图1 地下室抗浮锚杆设计分区图

二、抗浮技术措施的选取及设计

（一）抗浮技术措施选取

抗浮技术措施一般采用降排截水、压重、抗浮桩、抗浮锚杆(索)以及联合措施。该工程抗浮技术措施的选取经历了曲折过程，曾经先后论证了设置排水盲沟+压重方案、人工挖孔桩方案、抗浮锚杆方案，以及人工挖孔桩与抗浮锚杆联合方案。

排水盲沟+压重方案：在地下室周边及底部设置排水盲沟，将地下水向西南角低洼处的市政雨水井中自溢，使地下水位稳定地控制在高程24．0m，然后在纯地下室的顶板上(即广场区)覆土来抗浮。排水盲沟方案在星河丹堤E区F区等项目中有成功采用。但考虑到本工程若采用覆土又需加深地下室埋深，造价将增高，因此该方案被放弃。

人工挖孔桩方案：该地块内的3栋高层建筑物采用人工挖孔桩基础，因此抗浮措施也可采用人工挖孔桩方案。挖孔桩作为抗拔桩，入岩需有一定深度才能保证提供足够的抗拔力，但鉴于本场地基岩埋深起伏大挖孔桩施工需采取爆破措施，经爆破松动的桩周岩体难以提供较高的摩阻力，而且地下水量较大，因此该方案被放弃。

人工挖孔桩+抗浮锚杆联合方案：基本设想是在场地西北部基岩埋深大的区域采用挖孔桩抗浮，其余区域采用抗浮锚杆抗浮。这种联合方案的作用效果很难理论上分析清楚，因此这个方案也被放弃。

经过多次专家论证，最终采取较成熟的抗浮锚杆方案。

（二）抗浮锚杆设计

(1)土层锚杆的加固机理

土层锚杆是一种新型的受拉构件，它把来自外部的荷载，通过拉杆的拉结作用传递到锚固体，再由锚固体将荷载分散到周围稳定土体中去。它一端与结构物或挡土桩联结，另一端锚固在地基的土层中，以承受结构的抗拔水浮力。当它垂直于地面方向，通过锚固体对其周围土的摩擦力，将锚杆所受的抗拔力传递到周围稳定土体中去，便起到土层锚杆的抗浮作用。

(2)抗浮锚杆设计与计算

场地内中风化岩体埋深(从地下室底板底起算)，除场地西北角外一般小于12．0m，特别是场地东南角中风化岩体已出露，因此采用岩石抗浮锚杆，要求锚杆均进入中～微风化岩体中，以利于变形协调。按地区经验，锚固体直径不小于150mm，锚杆抗拔力特征值不小于 400kN，配筋为3根HRB400型直径28mm钢筋点焊成束。纯地下室柱网间距一般为7．9mX7．9m，各柱网内锚杆问距2．0m X 2．0m，两柱间地梁下布设2根锚杆。I区面积11 l1m2，布设222根锚杆；Ⅱ区面积5397m2，布设904根锚杆。

①整体稳定性验算

整体稳定性验算按下式计算：

(1)

式中w——结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和(kN)；

N——锚杆数量

n——锚杆数量；

Nth——单锚抗拔力标准值(kN)；

F——地下水浮力。

对于I区，结构自重总和W为43329kN，地下水浮力F为107767kN，抗浮锚杆提供的总抗拔力为71040kN，则整体稳定性系数为1．06，满足要求。

对于Ⅱ区，结构自重总和W为288469．65kN，地下水浮力F为523509kN，抗浮锚杆提供的总抗拔力为289280kN，则整体稳定性系数为1．10，满足要求。

②裂缝控制验算

关于抗浮锚杆裂缝控制的验算，国标或行标中暂未明确要求。在地方规范中有提及：广东省标准中要求，对锚固杆件应有可靠的防腐措施；对抗拔桩应验算桩身裂缝宽度，其最大裂缝宽度不应超过0．2mm；上海市标准中规定，土锚锚固体根据所处地下介质腐蚀情况，可分别按轴心受拉构件验算其强度及裂缝开展宽度，在一般情况下，永久性锚杆锚固体轴心受拉最大裂缝宽度不超过0．2mm。

因此，按上海市标准计算锚固体最大裂缝宽度为0．1 1mm，满足规定要求。另外，若按“混凝土结构设计规范”，最大裂缝宽度计算值为0．26mm，两者的区别在于计算公式及参数取值略有不同。

③设计原则及设计参数

根据水质分析、土的易溶盐分析报告，场地地层对永久性锚杆无腐蚀性，采用Ⅱ级简单防腐措施。锚杆为全长粘结型砂浆锚杆，灌注 M30水泥砂浆；锚侧土层(含砂粘性土、砾质粘性土、全风化及强风化花岗岩)综合摩阻力特征值大于25kN／m，中～微风化岩体综合摩阻力特征值大于90kN／m，微风化岩体综合摩阻力特征值大于l 50kN／m。锚杆非锚固段长度取2．5m，考虑到基岩裂隙发育且锚侧岩土层厚度变化大，锚杆须锚人中～微风化岩体中。

根据结构设计要求，抗浮锚杆在设计荷载作用下位移量应小于l5mm。锚筋伸入底板中35d(d为锚筋直径)取1．0m。在锚头与底板接合处，待砂浆体凝固后凿一深l50mm槽，填充S 的防水砂浆。

④抗浮锚杆长度分区

场地西北部I1区，含砂粘性土残留厚度0．21～0．26m，砾质粘性土厚4．6～5．3m，全风化岩体厚1．5～2．5 m，强风化岩体厚 1．8～2．2m，中风化岩体厚0．0～0．4m。中风化岩体埋深8．16～10．21m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于3．0m，锚杆长度为12．0m。

场地西北部I2区，含砂粘性土和含粘性 土砾砂的厚度0．87～1．5m，砾质粘性土厚2．0～7．4m，全风化岩体厚2．8～6．7m，强风化岩体厚4．1～8．0m(其中zk18钻孔为钻穿强风化岩体)，中风化岩体埋深大于l5．8m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于1．5m，锚杆长度20．0m．

场地东南部Ⅱ1区，全风化岩体以上岩土层均已挖除，强风化岩体残留厚度仅0．0～3．96m，平均厚度为1．37m}中风化岩体厚度0．0～1．9m，平均厚度为0．82m。中风化岩体埋深0．0～3．96m，其中在zk28、zk29、zk32、zk34等钻孔附近，已出露中风化岩体。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于3．0m，锚杆长度为8．0m。

抗浮设计论文篇4

关键词：地下室上浮；问题原因；预防措施；补救方法

中图分类号： U45文献标识码：A

一、前言

正常基础与地基之间是压力，当地下水汇聚到基坑中，使得基坑内有水此时就会存在浮力（F=γhA）问题，当上部荷载P＜F（浮力）时就会发生地下室上浮现象。在使用或者施工过程期间，如果地下水汇聚到基坑中，使得基坑内有水，此时就存在浮力问题。同时各种土壤（粘土、沙土或高风化的岩石）只要有空隙形成联通，缝中的水形成水迳，水越积越多就会有水压力进而产生浮力，就很有可能因为浮力过大而导致地下室上浮。

二、危害性

从大量的例子中我得出了地下室上浮的三种形式；同时也从中概括总结了地下室上浮的损害。

1、局部抗浮失效，结构每个单元的重力都大于水浮力，多发生在地下室底板承载力不足处。质量分布均匀，层高较高，层数较多板较薄配筋较少。

2、局部整体抗浮失效，结构部分区域重力大于水浮力，部分区域小于水浮力，部分区域发生的上浮现象。

3、整体抗浮失效，结构任意单元的重力都小于水浮力，地下室水浮力使结构整体向上位移的现象。

不论那种抗浮问题，在这我简单的将其危害总结为四点

1、使用问题，柱子的倾斜过大、板起拱过大；裂缝产生严重漏水影响使用；隔墙等构筑物被挤裂挤碎等。

2、结构问题，梁柱等主要受力构件受到较为严重的破坏使其承载力降低；顶板有时候也会因为变形过大而出现结构性的裂缝等。

3、耐久性问题，裂缝导致混凝土碳化加快；钢筋的锈蚀也加快；这些都直接影响到地下室的适用寿命。

4、经济问题，只要出现了地下室上浮问题就需要补救。此时，鉴定加固的费用、延后投入使用或影响使用所带来的损失等就随之而来。

综上所述，找到导致地下室上浮问题的原因和补救措施就十分必要了。

三、原因分析

导致地下室出现上浮问题的原因是非常多的，在阅读的大量文献后本人进行了总结，目的是找出其中比较重要的和比较常见的原因供设计、施工、组织、监理等技术人员参考。

1、地下室地下空间发展不是很久。2、基础的持力层的复杂性。3、软件即电算设计的可靠性问题。4、锚杆、锚桩加固规范不统一等问题。5、环境等外在条件不可预见性。6、详勘报告的误导。7、设计上的问题。8、施工不当。监理要求不够及时严格。

综上所述，导致地下室上浮的原因多种多样，根据所搜集的实例资料、研究文献等，下表3.1是各种因素在总的所有因素中所占的比重。

表3.1各因素百分比

四、防治措施

防止产生地下室水浮力的措施可从大的方向概括为两大类：一种为抗力平衡方法；一种为浮力消除方法。抗力平衡法就是问了增大方向向下的力，顾名思义就是想方设法的通过增大上部结构物或者构筑物的重量来压住水浮力，亦或是通过下拉法（包括锚杆及抗拔桩等的下拉作用）来提供抗浮力。而消除浮力法是为了减小对地下室向上的力的作用，其主要就是做好排水减小水浮力。

（一）防止措施主要从以下五部分着手：

1、勘察。勘察单位一定要履行好自己的职责，对于自己所负责工程地区的地质条件在勘察过程中不但要把握好土层地质的特点，特别要勘明地下水的详细情况，弄清是否有暗流流径。同时地下水位的给顶关乎抗浮水位的选取，要确保严格按照现行规范给出地下水位高度。

2、设计。设计人员要综合考虑结构自身和地质勘察报告中场地地质及水文地质条件来决定基础类型。必须是有经验的设计人员来执行设计，才能准确的取定抗浮水位安全系数。

3、施工。大多施工单位或者负责人缺少对施工阶段本地自然条件与施工因素的思考，防水、排水措施设置不够完善；同时要有应急措施，防止突然气候、强降水的来临，做到有备无患；在一个要明确施工中停止降水的时间和阶段，严禁提早停止排水和降水。

4、监理。监理人员要履行好自己的职责，对于不按照正常工序的施工现象一定要叫停，要求其整改完善。

5、后期管理。后期管理可以设置溢水孔来防止突然降水和地下水的积聚；同时要定期检查地下室排水措施的使用情况，确保其处于可用状态。

（二）治理措施

1、抗浮锚杆方法。抗浮锚杆在地下室底板受到严重破坏时，此时的地板已经无法与锚杆进行最有效的连接，抗浮锚杆的作用不能得到完全发挥，此时不宜使用此法。

2、抗拔桩下拉法设计。抗浮桩尽量嵌入坚硬而埋藏较浅的岩石中，由于施工限制抗拔桩一般入岩不深，要进行桩底端处理，不能入岩的只能依靠摩阻力抗拔，此时需要增加桩的长度。要特别注意抗拔桩只能由人工挖孔或机械成孔的灌注桩。

3、摩擦抗浮法。土壤与地下结构物之间存在摩擦力，这种力量可以抵抗地下室的上浮。而该力的大小依土壤的侧压力及各土层的摩擦情况而定，但是这种侧压力的大小很难准确确定，所以它的可靠度不高，如需采用需要提高其可靠系数。若地下水不时的变动，这种方法的适用性就会受到很大程度的限制。

4、延伸基板法。延伸基板法是将地下室结构的基板向外延伸而形成翼板，由翼板承托覆土以抵抗上浮力。这种方法是相当有可以增大上部结构负重，但为了要延伸基板而形成翼板，开挖范围将因而加宽，土方和使用面积也会相应的加大，所以一般只适用于场地不受限制的规模较小的结构的抗浮，否则是不宜采用的。

5、补缝处理。先降水，代裂缝稳定后修补结构裂缝，渗水处裂缝处理应先做样板，确认治理效果较好时再继续施工。

6、排水处理。当地下室发生上浮问题后一般都要及时的进行临时处理。在地下室底板上钻孔使水流出以减小水压力；在地下室四周开挖若干集水井，持续降水。这种排水处理方法是典型的浮力消除法，可以起到立竿见影的效果，减小其进一步恶化的可能性，其抽水费用不高，且是最治本的方法。

7、加大荷载法：在地下室的内部或者地下室顶面加上土体或者其他材料荷载，来增大上部荷载的抗浮力左右。当无空间加载或者影响其他功能时就不宜使用了，因此此方法局限性较大，很多时候可能会影响结构的功能使用。

当在选择治理加固措施时，要综合考虑施工工艺，技术特点，适用范围和造价成本因地制宜的选择加固措施。

参考文献：

[1] 《建筑地基处理技术规范》--（JGJ79-2012）：

[2] 《建筑地基基础设计规范》--（GB50007-2011）：

[3] 张旷成，丘建金．关于抗浮设防水位及浮力计算问题的分析讨论[J]．岩土工程技术。2007，21(1)：15-20：

[4]马波．北京沙河地区地面沉降及抗浮设防水位的探讨[J]．岩土工程技术，2007．21(4)：202-203：

抗浮设计论文篇5

关键词：地下建筑 抗浮设计抗浮措施

在近年设计中，笔者不只一次地遇到地下建筑的抗浮设计。根据笔者的经验与国家现行规范相结合，通过浮力的产生、相关规范的取值、验算实例、结构抵抗水浮力不足时产生的危害及增加抗浮力措施几个方面进行阐述。

1.浮力产生的原因

地下建筑的部分或者全部位于地下水位以下，由于其排开地下水，使地下建筑底板下的水位与地下水最高水位存在水头差，进而建筑受到向上的浮力。建筑受到的浮力的大小与其排开地下水受到的重力成正比。例如：长宽高分别为80米x25米x7米的地下建筑，地下水的水头差为3.0米，浮力的大小为80x25x3x9.8=5.88x104kN。

2.地下水最高水位的确定

地下水最高水位的大小对浮力的计算起关键作用，根据《高层建筑岩土勘察规程》（JGJ72-2004）8．6．2 条规定：场地地下水抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：

2.1 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；2.2 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；2.3 只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。

据此及设计经验，可认为一般的地下水的确定原则：

2.2.1 有历史最高水位记录时，浮力的计算，可取历史最高水位；

2.2.2若无历史为水位记录可取一个水文年的最高水位记录做为设计依据；

2.2.3 场地有承压水且承压水与潜水有水力联系时，按两者的最高水位确定。

3.抗浮设计中的参数选取

在不同的规范中，抗浮设计计算的参数不尽想同，如《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中规定：“3.2.2 对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计：

γ0Sd ≤Rd

式中：γ0──结构重要性系数，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用;

Sd ── 荷载组合的效应设计值;

Rd ── 结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。

3.1 基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用:

1 款中2）当永久荷载效应对结构有利时，不应大于1.0。

对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应满足有关的建筑结构设计规范的规定。”

《建筑基地基础设计规范》（GB50007-2011）第3.0.5条第3款“计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载力能力极限状态下作用的基本组合，但其分享系数均为1.0。”第3.0.6条第4款“对于由永久作用控制的组合，也可采用简化规则，基本组合的效应设计值（Sd）可按下式确定：Sd=1.35Sk，式中Sk-标准组合作用效应设计值。”

《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002)中第5.2.3条中指出“构筑物在基本组合作用下的设计稳定性抗力系数Ks不应小于表5.2.3的规定。验算时，抵抗力应只计入永久作用，可变作用和侧壁上的摩擦力不应计入；抵抗力和滑动、倾覆力应均采用标准值。”查该规范表5.2.3上浮计算时Ks=1.05.

地下室抗浮验算：

（1）整体抗浮验算：

按地质报告：抗浮设防水位-2.8m。地下室层高4.5m，顶厚度为0.2m，底板覆土0.5m，底板厚度为0.5m，底板上有0.5m后的C15砼，垫层厚度为0.1m。水的容重γw=9.8kN/m3,土的容重γ=18.0kN/m3，结构重要性系数γ0=1.0

确定水浮力：

整体抗浮计算水位埋深H=4.5+0.5+0.5+0.5+0.1-2.8=3.3m

水浮力基本组合设计值Sd=1.2γw H=1.2x9.8x3.3=38.81kN/m2

计算地下室自重：

地下室顶板覆土自重：G1=18x0.50=9/m2

地下室顶板自重：G2=25x0.20=5kN/m2

地下室底板自重：G3=25x0.50=12.5kN/m2

地下室底板覆砼自重：G4=25x0.5=12.5kN/m2

地下室底板自重：G5=25x0.5=12.5kN/m2

地下室垫层自重：G6=25x0.1=2.5kN/m2

结构总自重G’=G1+G2+G3+G4+G5+G6=9+5+12.5+12.5+12.5+2.5=45kN/m2

结构抗力基本组合值Rd=0.9x45=40.5kN/m2

结论：γ0Sd

（2） 局部抗浮验算：

局部最不利的轴网面积：A=48m2，垫层底面抗浮计算水位埋深H=3.3m。

水的浮力基本组合设计值Sd=V=1.2γw ，HA=1.2x9.8x3.3x48=1862.88kN

结构总自重设计值Rd=0.9xG’A=40.5x48=1944kN

结论：γ0Sd

抗浮验算中未考虑地下室外墙等对结构的有力影响。

4、结构抵抗水浮不足时产生的危害及抗浮力措施

地下水浮力超出地下建筑物自身重量时，地下建筑在浮力的作用下会产生向上运动，在其四周墙体的约束下，地下建筑可能会发生两种形式的破坏：一种是局部构件的破坏，例如基础底板出现反拱隆起的现象，外侧竖向构件受到土体的约束下变形不一致，出现相对位移，进而导致构件开裂；另一种破坏的形式是建筑的整体上浮。在建筑物各个平面部位上浮值不同的情况下，建筑物出现倾斜。抗浮能力不足时，可采取一些具体的措施来增加结构抗力，如增加底板或底板上的覆砼自重，设置抗拔桩等，在此不一一赘述。

5.结束语

本文笔者结合国家现行规范，提出了对地下建筑的抗浮设计的一些理解。供大家参考，如有不足之处，望读者指正批评。大家共同进步。

参考规范

1建筑结构荷载规范 GB50009-2012 中国建筑工业出版社

2给水排水工程构筑物结构设计规范 GB50069-2002 中国建筑工业出版社

3建筑基地基础设计规范GB50007-2011中国建筑工业出版

4高层建筑岩土工程勘察规程 JGJ 72-2004 中国建筑工业出版社

5高层建筑岩土勘察规程 JGJ72-2004 中国建筑工业出版社

抗浮设计论文篇6

【关键词】 地下室，结构设计，常见问题

1 引言

由于土地资源的紧缺，在现代城市建设中，建筑和交通向地下转移的趋势越来越明显，所以，对于地下室在功能和结构上的研究和设计也显得越来越重要。同时，随着城市建筑的高度不断增长，地下室的结构也相应地向多层和深度发展，这对于地下室的设计、施工和防震、防水等各方面提出了更高的要求，成为建筑行业普遍关注的重要内容和热点。

一般说来，地下室是相对于大底盘的高层建筑的地下部分而言的，由于地下室的建设和施工是在地下作业，环境较为特殊，涉及到的施工类型多、工序复杂，是一项具有高度系统性的工程，涉及到结构设计、工程施工、选择材料等等各个方面的因素，在质量上出现问题的可能性很大。现把在地下室结构设计中容易出现的问题分别介绍如下。

2 地下室的埋置深度

高层建筑设置地下室对建筑物结构的益处很多。首先可以利用土的侧压力减小结构的滑移和倾覆，有利于上部结构的整体稳定性；其次可以减小土的重量，减少地基的附加压力和沉降；再由于基础具有一定的埋置深度，还可以减小地震作用对上部建筑的影响。地下室在具有足够的刚度、承载力和整体性的条件下，可作为基础结构的一部分。高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性的要求。位于岩石地基上的高层建筑，其埋深应满足抗滑的要求。建议同一结构单元应全部设置地下室，并应当有相同的埋深。基础的埋置深度为建筑物室外地面至基础底面的距离，可按以下要求进行估算：

（1） 一般天然地基，不宜小于建筑物的高度的1/ 15 ，并大于3 m；

（2） 岩石地基可不考虑埋深的要求，但应验算倾覆和滑移；

（3） 桩基础不宜小于建筑物高度的1/ 18。

3 地下室合理层高的取值

当一座建筑的方案和结构设计确定下来后，一般就不应再做大幅度的改动和调整，只有楼层高度还是可以适当进行调整。对于地下室来说，其层高对整体的影响非常重要，这些影响主要体现在土方的开挖、降水方面的要求、基坑的支护、施工完成的工期、地下室的抗浮水位要求等等不同的方面。在设计中，设计人员往往会把层高设计得较低。因为层高是从结构层的最低点的基础上，考虑设备的净空要求和建筑本身的净空要求加以确定的，所以，在设计过程中，采用提高其顶板的结构最低点，常常被看成是减小其净高的有效方法之一。

具体地说，这种处理是：顶板和楼板一般采用宽扁型的梁、无梁的楼盖或者使用预应力式的空心楼板。例如，在某工程中，当地下室的跨度最大值是9.6米时，人防等级就为核6级，如果使用普通的梁板，梁高的要求是1.2米；如果使用宽扁形式的梁结构，梁的高要只有0.8米；而在改为预应力的空心楼板后，只要有暗梁就行，这时梁高和板厚只有0.5米。由此可见，地下室的净高受顶板结构形式的影响是非常大的。

另外，如果能在设计中合理设置柱网，对地下建筑进行恰当、合理的调整，也可以明显减小地下室的净高。现在的地下结构，一般是用来作为停车场，所以，建议在设计时要根据结构柱网的形式，对车位以及行车道进行调整。这同时也对减小地下室在造价和成本方面也有很大的效果。这一点却往往被设计人员所忽略。

4 地下室抗浮设计

4.1 抗浮水位的确定

地下室抗浮水位是一个十分复杂的问题，地质场地土层差异性，场地土内地下水复杂多变性，给地下室抗浮水位的确定带来了较大困难，然而抗浮水位又是地下室抗浮设计中一个决定性的参数。

如何做到既安全又合理的确定其抗浮水位？勘察、设计人员应遵照《岩

土工程勘察规范》及《高层建筑岩土工程勘察规程》的相关规定进行勘察和分析。其中，根据《高层建筑岩土工程勘察规程》第8.6.2 条，场地地下水抗浮设防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，场地抗浮设防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防水位的影响；

3） 只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。此外，设计人员对于下列一些特殊情况还应进行必要的分析和论证：一是地下水赋存条件复杂、变化幅度大、区域性补给和排泄条件可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证；二是对于斜坡地段的地下室或可能产生明显水头差的场地上的地下室进行抗浮设计时，应考虑地下水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室结构的影响，不要笼统的采用勘察报告所提供的远高于室外地坪的地下室抗浮水位来进行设计。水是往低处流的，若建筑物一侧或多侧是敞开的，水浮力不可能高出室外地坪；三是在有水头压差的江、河岸边，且存在滤水层，应按设计基准期的最高洪水位来确定其抗浮水位；四是对于雨水丰富的南方地区，尤其应注意因地面标高发生变化后对原勘察报告抗浮水位的修正，防止产生地表水聚集效应对地下室的破坏。

4.2 解决地下室抗浮问题的方法

4.2.1 地下室整体抗浮

为防止地下室整体上浮我们通常采用两类做法，一是利用建筑的自重（包括结构及建筑装修、上部覆土等，不含楼面活荷载）平衡地下室水的总浮力，当不能平衡时，再就是采用锚桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力。无论是增加自重还是增设锚杆的做法，都必须进行整体抗浮验算，保证抗浮力（自重+抗拉力）大于水的总浮力。

4.2.2 地下室局部抗浮

地下室局部抗浮主要是对梁板墙柱结构构件的在水浮力作用下的强度验算、变形验算和裂缝验算。对不满足区域应该采取增加板厚，增大配筋或增设抗浮锚杆等措施。

5 地下室外墙问题

对于地下室外墙，一般计算时将底部作为固定支座（就是说，把底板看成是外墙的固定端），各个方向的侧壁底部的弯矩和相邻底板的弯矩基本相同，同时要求底板的抗弯应力不能小于侧壁上的抗弯应力，尽量使厚度与配筋的量相匹配一致，这在地下车道的设计中最为突出，因为车道的侧壁都是悬臂构件，一般要求其底板抗弯能力要大于侧壁的底部。

对于在地面层上开洞的部位，比如楼梯间等，其外墙的顶部没有楼板的支撑，无论是在计算模型中，还是在配筋构造时都应该和实际的条件相符合。当车道非常接近地下室的外墙时，车道的底板实际处于外墙的中部，在车道底板上会存在水平集中力的作用，就要特别注意外墙的承受能力。这也是在外墙设计经常被忽略的内容。

6 地下室顶板的设计

顶板的厚度不仅对于承受垂直荷载很重要，对于承受侧向荷载也非常重要。其平面内的变形将影响楼层地震作用在各抗侧力构件之间的分配。另外应避免或减少在顶板开洞，当避免不了时，应减小洞口面积，并对洞口周边从构造上加强，以防止刚度突变或强度降低的不利影响。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，应采用梁板体系，楼板厚度不宜小于180 mm ，不宜有较大洞口，混凝土强度等级不宜地于C30 ，应采用双层双向配筋，每层每个方向的配筋率不宜小于0. 25 %。当地下室的顶板不作为上部结构嵌固端时，楼板厚度不宜小于160 mm。

参考文献

[1] 文华.论述地下室结构设计存在的问题[J].建材与装饰，2008，（06）：10-12

[2] 龚昌基.地下室结构设计若干问题的探讨[J].福建建筑，2012（3）：90-91

[3] 彭思毅.地下室在结构设计中的分析与计算[J]. 陕西建筑与建材，2004（1）：11

抗浮设计论文篇7

【关键词】泄水抗浮；地下室；盲沟；抗浮设计；抗浮水位

1 前言

近年来，由于土地资源的日趋紧张，地下空间开发利用进入快速发展期，使抗浮问题非常突出，有时抗浮设计会成为地下室结构设计的控制因素。抗浮设计涉及水位和钢筋结构等问题，是地下结构施工的关键，应予以高度重视。

2 传统抗浮技术及失效原因

2.1 传统抗浮技术

其一是配重法，配重法指的是在在地下室结构中进行回填处理，增加结构整体的重量。配重法是最常见的抗浮措施，也是比较有效的抗浮措施。

但是配重法不能适应所有的施工环境，一般进行抗浮桩设计和抗浮锚杆设计。

2.2 失效原因分析

2.2.1 地下水的影响

由于地下建筑结构周围的地基得到了很好的夯实，地面土层坚硬平整，周围的水只进不出，使得地下水为不断升高，在地下工程施工的过程中，容易出现部分基础处于下伏层的现象，进一步加剧了抗浮结果的瓦解。

2.2.2 气候因素的影响

在特殊的施工环境内，一些抗浮桩、锚杆容易受到物理和化学等因素的影响渐渐松动，导致整个建筑工程的抗浮效果减弱，最终在外力等因素下失效。

3 泄水抗浮技术

地下室水浮力是由地下水对建筑物产生的浮力，地下室水浮力的大小与地下水位（抗浮水位）有关。当地下水水浮力达到一定数值时，可能引起建筑物整体上浮或者建筑物地下室局部结构构件的破坏，而且一旦发生破坏，修复比较困难，所以，有效降低地下室抗浮水位是地下室抗浮设计最为有效的方法。泄水抗浮，是利用盲沟排水主动降低地下室抗浮水位，从而释放部分（或全部）地下室水浮力的抗浮技术措施。

盲沟排水分为完全依靠地下水静止水压力主动排水方式，和依靠地下水静止水压力集水与机械排水方式相结合的主动为主、被动为辅的排水方式。完全主动排水方式适用于场地高差较大的地下室，工艺简单、经济，维护方便，应用前途较广。

4 典型工程案例

4.1 工程概况

本工程地块由12栋单体以及三层地下室组成。主要功能为产业用房、配套、公共配套设施及车库。工程采用天然地基，以中风化、微风化花岗岩作为持力层。

基坑开挖深度为3.30～12.60m，采用土钉墙和复合土钉墙支护型式，三管旋喷桩作为封闭式止水帷幕，深度为进入中风化岩面，明排降水方案。

根据建设单位委托，设计采用泄水抗浮方案，即通过设置盲沟、积水井收集地下水，然后通过地势高差自动排入市政排水管网，使本工程区域地下水位降到+19.50m，从而解决抗浮问题。

4.2 工程和水文地质条件

（1）场地原始地貌为剥蚀残丘。勘察报告揭示，场地内地层主要为第四系新近期填土层、第四系坡积层、第四系残积层，下伏基岩为燕山期粗粒花岗岩。

（2）场地上部为填土层中的上层滞水；中部为第四系地层中的孔隙潜水，主要赋存于第四系砾质粉质粘土及含砾砂粘土层中，为弱含水弱透水层，下部为赋存于基岩强风化带、中风化带和微风化带中的基岩裂隙水，其含水性及透水性主要受基岩裂隙发育程度控制，总体上属弱含水弱透水层。

地下水补给主要靠大气降水垂直渗入及场地周围地下水渗流的侧向补给，地下水随大气降水变化而变化。勘察期间测量各钻孔稳定水位深度为7.00～10.80m，相应标高为15.87～20.85m。

4.3 泄水抗浮应用条件

4.3.1 地形特点

本项目整个地块为东北高西南低的走势，最低自然地面标高为+19.5m，高低差约9m。建筑物周边（局部）环境如下图所示：

4.3.2 有利的地质条件

根据地质勘探报告：本场地的地下水位标高为+15.87～+20.85m，而在基坑开挖过程中揭露，在+19.0m标高时有少量地下水出现，表明常有的地下水水位不高于+19.0m；

弱透水层和基坑止水帷幕组成了“封闭的止水帷幕”，外部进入此区域的水量较少，基本上形成了一个单独的地下水环境，降低本项目的地下水位，对周边环境的影响应该会很小，具体影响程度需要进一步通过理论计算分析。

4.3.3 现场情况

周边场地大多为岩石层上的硬地化或建筑物，有地面排雨水系统，渗入地下的水量不大，岩石层为“弱透水层”，渗透的水完全可经设置在地下室周边的盲管沟排走。

我们可以在地下室外的约+19.50m标高设置盲管沟，把平时和暴雨时渗透过来的水排走。西南侧市政道路最低处的标高是+19.5m，其下的雨水管底标高为+18.5m，盲管沟的水完全可以自行排走。另外，考虑到工程完成后，地下室外的部分自然地面会做硬地化，硬地化面上的水会流进本工程设置的雨水排水系统，不会进入土壤，只有绿化部分的水会有渗透下去，此部分水量不大，可经盲管沟排走，地下水位不会高于+19.50m。

4.4 排水方案

4.4.1 涌水量计算

根据最不利条件下降水沉降分析，按100年一遇暴雨强度计算，基坑涌水量为332m3/d，安全系数取2.0，本基坑涌水量设计值为664m3/d。

4.4.2 盲沟设置

经计算，沿基坑底部三侧同时布置一圈盲沟，设计坡度0.5%，盲沟采用3根300mm组合。盲沟填料为土工布包裹人工碎石，底板底设1根管径300mm盲沟。为防止泥土堵塞碎石垫层和盲沟，在碎石垫层底部铺设一层土工布作为反滤层。地下室周边盲沟结构如图2所示，底板底盲沟结构如图3所示。

在不设置动力排水条件下，盲沟依靠地下水静止水压力集水和排水，在场地西北侧集中后引入DN500室外排水管。

地下室回填，基坑停止降水时，地下水上涌，当地下水达到盲沟标高处时，水通过盲沟上的孔洞进入盲沟，汇集至集水井，然后通过DN500室外排水管，直接将地下水排入市政雨水系统。

4.4.3 降水沉降分析

根据以上计算结果分析，如果采用的抗浮设计水位为+19.50m时，周围岩土体因长期抽水导致的沉降最大值为17.8mm，差异沉降值为1.4mm，满足相关规范规程要求。

4.5 后期维护注意事项

（1）水中有机物和杂质的存在也可能导致反滤层堵塞，针对这类风险，可建立定期或不定期高压射流回冲机制，通过集水井入水管压水回冲，清洗反滤层孔隙，从而保证基底排水减压抗浮系统正常运行。

（2）本项目排水出户管接驳市政排水设施如发生变动，或区域水文地质环境有大的变动，请及时联系设计单位复核。

（3）如本排水系统出现故障，在必要情况下，可在集水井、检查井、水文观测井内设置水泵，将井内地下水排出。

4.6 经济技术比较

采用泄水抗浮方案后，初步估算节省投资500万元左右，且施工技术均为常规技术，完全不影响关键线路的施工进度。

5 结论

1、本项目整个地块为东北高西南低，弱透水层和基坑止水帷幕组成了“封闭的止水帷幕”，采用泄水抗浮方案具有可行性，可以为其它类似工程提供可借鉴的经验。

2、泄水抗浮技术，较传统抗浮技术，经济效益显著、节能环保。

参考文献：

[1]汪四新，屈娜.某坡地建筑地下室抗浮问题绿色技术处理方法[J].建筑技术，2012（10）.

[2]刘畅，庞小朝，熊健.泄水抗浮方案在福田综合交通枢纽南北配套设施中的应用[A].第21届全国结构工程学术会议论文集[C].2012.

[3]郭春燕，黄永存，于峰.盲沟排水在地下室抗浮设计中的应用[J].建筑技术研究，2013（4）.

[4]刘波，刘钟，张慧东等.建筑排水减压抗浮新技术在新加坡环球影城中的设计应用[J].工业建筑，2014（8）.

[5]赵新，王俊永，毛呈龙等.泄水减压法在地下室抗浮设计中的应用[J].浙江建筑，2014（2）.

[6]建筑基坑支护技术规程.中华人民共和国行业标准[S]. JGJ 120- 2012.

作者简介：

抗浮设计论文篇8

关键字：地铁车站；抗浮；抗拔桩；

中图分类号：U231 文献标识码： A

近年来，由于我国城市化建设的加快，综合国力的不断增强，城市轨道轨道在缓解城市交通压力、保护环境等方便的优势更显突出。加之国家政策的扶持，使得城市轨道交通建设的规模逐年扩大。地铁车站多为浅埋，暗挖或明挖，综合造价、工期、工筹等因素，地铁车站多采用明挖法施工。城市当中地下水位一般较高且波动较大，使得做为百年工程的地铁车站的抗浮设计在地铁设计中占据重要位置。

地铁车站抗浮设计的原因及抗浮水位的确定

当浮力超过车站自重、覆土重和土层的摩阻力时，车站就会失稳上浮，并且产生对结构底板应力增大等对车站结构不利的情况，给车站安全带来极大威胁，因此需要进行车站的抗浮设计。

抗浮设防水位需要各地动态长期观测，再针对特定工程场地的水文地质条件，结合地区经验确定，国家标准及规范均无法制定出全国通用的普适标准。国家标准对此仅做了一般性地要求，规定以是否有长期水位观测资料并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。目前，地铁结构设计多采用地勘报告中的抗浮水位数值。

抗浮措施

施工阶段抗浮措施

地下车站施工阶段抗浮措施一般采用基坑外或基坑内降水，使地下水位保持在开挖面下1m，直至结构施工完毕，顶板覆土完成后再停止降水。

使用阶段抗浮措施

配重法

这是最常规的一种配重方法，配重法在地下车站中的应用方式主要有：1）利用顶板上覆土配重；2）车站底板外挑，通过外挑增加的覆土配重；3）增加结构尺寸，一般采取增加底板厚度的方式配重。地铁结构一般设计在市政道路下方，地下车站结构顶板顶面至路面的距离为定值，利用其配重潜力有限；若采用车站底板外挑的方式配重，会增加基坑开挖的规模，一般在站址场地条件较好时采用，且其配重能力有限；若采用增加底板厚度的方式配重，会造成基坑开挖深度的加深，且底板厚度不宜增加太多，增加太多不经济、增加过少抗浮效果不明显。

抗拔桩法

这种方法主要是利用桩身自重和桩身的侧摩阻力来提供抗拔力。抗拔桩一般根据地下车站结构布置，设置在柱底及纵梁处，同时还要受到桩间距的限制，一般情况下抗拔桩的数量不会太多，桩长较长，造价较高，在地层条件较好时，可根据现场场地情况采用扩大端头形式。此方法同时存在抗拔桩与地下车站底板的交接处的防水质量难以保证，因此仅在抗浮压顶梁无法施做且必须进行抗浮设计时采用。

压顶梁法

此种方法是在结构顶板上方沿围护结构（钻孔灌注桩或地下连续墙）后浇设置一圈压顶梁，利用围护结构的自重及其与土层侧摩阻力来达到抗浮目的，该方法是地铁车站抗浮设计中经济适用且最常用的抗浮方法。

当车站采用在围护结构预埋钢筋，并与主体顶板后浇的压顶梁时，压顶梁对车站抗浮的贡献作用不能按围护结构的自重及侧摩阻力计算，而应取压顶梁的抗剪承载力，因为压顶梁的抗剪承载力一般要比围护结构的自重及侧摩阻力要小。

抗浮锚杆法

此种方法是利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力。抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆，相对抗拔桩其单根锚杆的抗浮能力较小。在锚杆布置时，一般沿柱或其周边，或在底板平面内均匀布置。如沿底板均匀布置，因在地板上附加应力较小且均匀，可以减少底板厚度，降低工程造价。但是锚杆的耐久性问题较难解决，抗浮锚杆法在民建中应用较多，在地铁车站的抗浮设计中缺少设计经验。

地铁车站抗浮设计

车站概况

本车站长172m，标准段宽25.1m，主体结构高度20.4m，车站底板埋深约22.6m，顶板覆土约2.2m，车站为地下三层站。本工程的基坑支护方案采用钢管桩+预应力锚索（杆）的支护形式。

地质概况

地层由上至下依次为：人工填土、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。车站主体结构底板持力层主要位于微风化花岗岩层。

根据场地岩土工程地质勘察报告，抗浮设防水位：7.0m（地面下2.0m）。

各地层主要屋里力学参数见表1。

标1各地层主要物理力学参数

抗浮验算

本站采用抗拔桩、车站底板外挑等抗浮措施来抗浮。

抗浮设防水位位于车站顶板之上，经计算车站水浮力为F浮=5127.60kN/m，

顶板覆土配重、底板外挑配重、结构自重合计F自=3885.7 kN/m

F自/F浮=0.76

设直径1.4m，桩长6.5m的抗拔桩抗浮，采用沿线路方向桩距为8.0m的抗拔桩，根据结构柱的布设，8.0m桩间距范围内设置两根抗拔桩。

根据建筑桩基技术规范5.4.5条计算：

Nk

Tuk =∑λiqsikuili

上式中：

Tuk群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力准永久值；

GP基桩自重；

ui桩身周长，根据建筑桩基技术规范按表5.4.6-1取值，u=πD，D为扩底直径；

λi抗拔系数，根据建筑桩基技术规范按表5.4.6-2取值， λi=0.7；

第18层土的抗压极限侧阻力标准值，取qsik=800Kpa。

微风化花岗岩单根抗拔桩极限承载力标准值：

Tuk =∑λiqsikuili =0.7×800×π×1.4×6.5=16001.44.64kN

微风化花岗岩每延米抗拔桩极限承载力标准值：Tuk=16001.44/8.0=2000.18kN/m

抗拔桩自重GP=18.75 kN/m

Nk

抗浮验算：（3885.7 +1019.35×2）/5127.60=1.156≥1.15，满足抗浮要求。

结语

地铁抗浮设计及验算是地铁结构设计的重要组成部分，需要给予足够的重视，并应结合各地实际工程的情况选择经济适用的抗浮措施。

参考文献：

[1]冷晓宇.地铁车站抗浮设计研究 [J]. 广东建材, 2012,7.