建筑工程地下室抗浮設計思考

【摘 要】\"抗浮設計\"是地下室設計的一個重要部分，\"抗浮水位\"受多種因素的制約。通過工程設計實例，介紹了地下室設計過程中的\"抗浮水位\"的計算過程，制定包括主體結構抗浮方案和地下車庫抗浮方案，以達到經濟合理的預期目標。

【關鍵詞】地下室；主體結構；車庫；抗浮；設計

隨著城市發展，新建建筑由于用地限制，其建造的地下室也越來越深，二層、三層地下室越來越普遍，地下室具有很多的優點和缺點，地下室具有能夠擴大人們使用空間的作用是最受人們歡迎的;但是，地下室又存在防水效果差的缺點，在設計上探討了地下室防水設計的目的與要求的基礎上，分析了地下室防水設計的內容與方法。

1 工程概況

某建筑工程6＃樓，地上17層，地下1層，建筑總高度為52.0m，采用框剪結構。該工程有大片的一層地下車庫，采用框架結構。主體采用靜壓預應力方樁基礎加抗水板，地下車庫采用獨立基礎加抗水板。地下車庫與主體分縫，僅基礎相連。該工程0.000相應于絕對高程為13.855。設計水位絕對高程為12.000，相當于-1.855；抗浮水位絕對高程為13.150，相當于-0.705。6＃樓地下室地面標高為-5.400（以下稱為“地面一”），局部地面標高為-6.400（以下稱為“地面二”），地下車庫地面標高為-3.000（以下稱為“地面三”）。

2 地下室抗浮計算

2.1 6＃樓主體結構抗浮方案初定

地下水抗浮設計有整體抗浮和局部抗浮（局部抗浮實際就是抗水板抵抗水浮力時的配筋設計，下文將抗水板的配筋設計稱為局部抗浮）。6＃樓為高層建筑，建筑總重力遠遠大于水浮力，所以可以不考慮整體抗浮，只需要考慮局部抗浮，即需要考慮抗水板的配筋計算。抗水板是抵抗水浮力的構件，水浮力越大，抗水板配筋越大；抗水板上壓重越大，抗水板配筋越小。因此，當時就有兩種方案選擇：方案一是將抗水板板面取到-6.400，即與地面二相平，地面一的地方壓重，以減小抗水板配筋。方案二是為了方便施工，將抗水板和大部分單樁承臺（高度1.0m）底作平，即板底標高為-7.400，板面取到-6.900，地面一、地面二的地方壓重，以減小抗水板配筋。

2.1.1 方案一荷載計算

該工程6＃樓所有承臺、基礎梁、抗水板的面標高均為-6.400（電梯間筒體下承臺面標高為-7.100），抗水板板厚取500mm，板底標高為-6.900，在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400，回填厚度1.0m。

則抗水板所受浮力為：（6.9－1.855）×10＝50.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為：0.5×25＋1.0×20＝12.5＋20＝32.5kN/m2（方向向下，用于地面一），0.5×25＋0.0×20＝12.5＋0＝12.5kN/m2（方向向下，用于地面二）。

2.1.2 方案二荷載計算

該工程6＃樓所有承臺、基礎梁、抗水板的底標高均為-7.400（局部承臺底標高為-8.400和-9.100），抗水板板厚取500mm，板面標高為-6.900，在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400，回填厚度1.5m；在地面二處的抗水板上用毛石混凝土回填至-6.400，回填厚度0.5m。

則抗水板所受浮力為：（7.4－1.855）×10＝55.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為：0.5×25＋1.5×20＝12.5＋30＝42.5kN/m2（方向向下，用于地面一），0.5×25＋0.5×20＝12.5＋10＝22.5kN/m2（方向向下，用于地面二）。

2.1.3 分項系數及荷載設計值

抗水板水浮力按活荷載考慮，分項系數取γQ=1.4，抗浮荷載為恒荷載，對結構有利，則其分項系數取γG=1.0。

則方案一荷載設計值為：50.45×1.4-32.5×1.0＝38.13kN/m2（方向向上，用于地面一），50.45×1.4-12.5×1.0＝58.13kN/m2（方向向上，用于地面二）；則方案二荷載設計值為：55.45×1.4-42.5×1.0＝35.13kN/m2（方向向上，用于地面一），55.45×1.4-22.5×1.0＝55.13kN/m2（方向向上，用于地面二）。

2.1.4 6＃樓主體結構抗浮方案最終決定

經過上述計算對比，方案二比方案一的抗水板板面低0.5m，考慮在上面多填充荷載以抵抗部分水浮力來減小抗水板的配筋。但經過計算，抗水板的荷載設計值相差不大，所以得出結論：降低抗水板板面標高，在其上填充荷載以抵抗水浮力的效果是不明顯的。所以采用方案一，使抗水板盡量淺埋，且能減少土方的挖方量。

至于抗水板的配筋計算，則可以通過上述的荷載設計值查結構靜力計算手冊來確定梁板的內力和配筋，也可以用結構設計軟件（例如PMCAD）來建一層模型來計算梁板配筋。

2.2 地下車庫抗浮方案

對于地下車庫，由于只有一層，建筑總重較小，有可能不足以抵抗水浮力，所以需要整體抗浮計算和局部抗浮計算。地下車庫基礎采用獨立基礎，基礎埋深取1.5m，基底標高為-4.500，抗水板250mm厚，板底與基底想平，上面碎石砂回填至設計地面-3.000回填厚度1.25m。

2.2.1 地下車庫局部抗浮設計

場地設計水位為-1.855，則抗水板所受浮力為（4.5－1.855）×10＝26.45kN/m2（方向向上）；抗水板的抗浮荷載為0.25×25＋1.25×20＝6.25＋25＝31.25kN/m2（方向向下）；荷載設計值為26.45×1.4－31.25×1.0＝5.78kN/m2（方向向上）。由于抗水板荷載較小，經過計算配筋均為構造配筋（此處計算省略）。

2.2.2 地下車庫整體抗浮設計

該工程地下車庫建筑平面布置均勻，所以結構荷載均勻。因此只需要地下車庫平均每平方米總重力不小于水浮力即可滿足整體抗浮要求。粗略計算如下：地下室頂板180mm（重0.18×25＝4.5kN/m2），上面覆土600mm（重0.6×13＝7.8kN/m2），抗水板250mm厚（重0.25×25＝6.25kN/m2），抗水板上覆1.25m厚的碎石砂（重1.25×20＝25kN/m2），則總的抗浮荷載為4.5＋7.8＋6.25＋25＝43.55kN/m2（方向向下）。場地抗浮水位為-0.705，則抗水板所受浮力為（4.5－0.705）×10＝37.95kN/m2（方向向上）。

水浮力37.95kN/m2小于抗浮荷載43.55kN/m2，所以地下車庫整體抗浮滿足要求。

2.2.3 地下車庫整體抗浮設計擴展

當抗水板整體抗浮不滿足要求時，常規做法有壓重和抗拔兩種。壓重就是在抗水板板面或地下室頂板覆土壓重以抵抗水浮力；抗拔就是在基礎設計抗拔樁或者錨桿來抵抗水浮力。抗拔樁宜直接設計在柱下，枯水期地下水水位較低時作為框架柱的基礎，此時樁身受壓；豐水期地下水水位較高時作為抵抗水浮力的抗拔樁，此時樁身受拉。錨桿一般和獨立基礎相結合來設計，其僅僅起到抵抗水浮力的作用，一般設計在獨立基礎底部。但是，為了優化抗水板的配筋設計，可以將錨桿設計在抗水板上，大概在板跨1/3和2/3處，以減小抗水板的配筋。

3 結語

3.1 結構整體抗浮需要用抗浮水位，局部抗浮即抗水板的配筋計算需要用設計水位。

3.2 結構整體抗浮需要用荷載效應的標準組合，即采用荷載標準值；抗浮荷載為不考慮活荷載，對結構有利。分項系數取γG=1.0，即抗浮荷載采用恒載標準值；安全系數取K＝1.0。局部抗浮即抗水板的配筋計算需要用荷載效應的基本組合，水浮力按活荷載考慮，分項系數取γQ=1.4。

3.3 降低抗水板板面標高，在其上填充荷載以抵抗水浮力的做法，由于荷載分享系數的不同，其效果是不明顯的。

3.4 在設計完成后，需要說明施工到第幾層后方可以停止降水。該計算與整體抗浮一樣，即已施工的結構重量大于水浮力后就可以停止降水，以減少因降水而產生的造價。

綜上所述，建筑結構抗浮設計分為整體抗浮和局部抗浮，當工程師在進行設計時，需要按照工程的特點，選擇合理的計算條件，來充分考慮地下水對建筑的影響。

參考文獻

[1]甄慶華，利用計算軟件進行建筑物抗浮設計的應用分析[J]廣東土木與建筑，2011.04