淺談地下室結構的抗浮設計

■易文迪 ■南昌同濟規劃建筑設計有限公司，江西 南昌 330077

隨著我國城市化的大力推進，國家土地資源越來越稀缺，建筑行業和交通行業越來越重視向空中和地下的發展。越來越多的高層建筑住宅因其結構和功能的需要設置了地下室。地下室的抗浮設計對地下室整體造價有重要影響。對于有地下室的高層建筑來說，主樓部分一般都不會產生整體抗浮問題。但是對于純地下室的部分和裙房部分而言，由于自身壓重較小，整體抗浮可能不足，如果設計人員疏忽，在地下室設計中未進行整體和局部的抗浮分析，由于抗浮不夠，容易導致施工過程中的局部破壞，甚至可能導致地下室在洪水期整個上浮。

筆者根據自身的設計經驗，對地下室抗浮設計中應注意的幾個關鍵問題進行分析和討論，供同行參考。

1 地下室抗浮設計水位

《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)第3．0．2條第6款規定“建筑地下室或地下構筑物存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算”。并在條文說明中指出:抗浮設計水位是很重要的設計參數，影響因素眾多，不僅與氣候、水文地質等自然因素有關，有時還涉及地下水的開采、上下游水量調配、跨流域調水和大量地下工程建設等復雜因素。對情況復雜的重要工程，要在勘察期間預測建筑物使用期間水位可能發生的變化和最高水位有時相當困難。故現行國家標準《巖土勘察規范》GB50021規定，對情況復雜的重要工程，需論證使用期間水位變化，提出抗浮設防水位時，應進行專門研究［2］

2 地下室結構的抗浮設計

2．1 整體抗浮

根據文獻［2］中的第5．4．3條規定，地下結構物的抗浮設計對地下室抗浮設計的總原則是應滿足式(2-1)要求:

當不滿足(2-1)式的要求，應進行地下室抗浮設計。

常見的整體抗浮設計方法通常采用增加結構物自重或采用抗拔樁、抗拔描桿等，使結構的抗浮力與地下水引起的浮力相平衡，從而達到抗浮的目的。本方法施工工藝成熟，一直被廣泛運用。

2．2 局部抗浮

局部抗浮驗算指地下室底板在浮力作用下的內力分析，按逐個柱的受荷面積來進行，此時地下水浮力扣除底板自重后相當于地基凈反力。局部抗浮驗算包括地基凈反力作用下的梁板截面配筋計算和底板裂縫驗算。并主要針對那些上部結構層數少，結構自重小的部位，特別是地下室在高層塔樓邊界范圍外的部位。

3 地下室抗浮設計工程實例

某住宅小區由多棟高層剪力墻結構組成，地下設一層地下室。地下車庫占地面積約為2．2萬平方米，頂板覆土約1．5米。

3．1 地下室整體抗浮驗算

(1)地下室水浮力計算:勘察單位提供的抗浮設計水位為-黃海高程144．120m，則:地下水位標高:-2．780m。地下室底板面標高:-6．100m，底板厚度:300mm。水浮力:P=(6．100-2．780+0．3)x10=36．20KN/m2。

(1)地下室底板單位面積恒載計算:①底板自重:G1=0．3x25+0．1x20=9．50KN/m2;②基礎梁折算板厚重量(取軸網為 8．10mx8．10m及相鄰板塊計算，已扣除基礎梁與底板重疊部分):G2=(0．8-0．3)x0．40x(8．10-2．00)x25x2/(8．1x8．1)=0．930KN/m2;③承臺折算板厚重量(取軸網為8．10mx8．10m及相鄰板塊計算，已扣除承臺與梁、板重疊部分):G3=2．0x2．0x(0．90-0．3)x25/(8．10x8．10)=0．914KN/m2;④地下室底板單位面積總恒載:G0=G1+G2+G3=9．50+0．930+0．914=11．344KN/m2。

(3)地下室頂板單位面積恒載計算:①頂板自重:0．25x25+0．1x20=8．25KN/m2;②頂板梁折算板厚(取軸網為8．10mx8．10m 及相鄰板塊計算，已扣除梁與板重疊部分):

(8．1-0．5)x0．3x(0．8-0．25)x25x2+(8．1-0．6)x0．5x(1．0-0．25)x25x2=62．70+121．887=203．325KN;折算為單位面積重量:203．325/(8．10x8．10)=3．10KN/m2;③頂板覆土自重:1．50x18．0=27．00KN/m2;④地下室框架柱折算板厚重量(取軸網為8．10mx8．10m及相鄰板塊計算):

0．6x0．6x(4．3-0．25)x25/(8．10x8．10)=0．556KN/m2;地下室頂板單位面積總恒載:G1=8．25+3．10+27．00+0．556=38．906KN/m2。

(4)地下室抗浮荷載比較:總抗浮承載力為:Q=G0+G1=11．344+38．906=50．250KN/m2;Q/P=50．250/36．20=1．39 ＞ 1．05;故地下室整體抗浮滿足要求。

3．2 地下室局部抗浮計算

(1)樁抗拔承載力計算:依據《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-2008)第5．4．5條及第5．4．6條，本工程樁具有一定的抗拔承載力，由樁側摩阻力(未計樁自重)提供。本工程純地下室部分樁徑為400mm，持力層為粗砂，入巖10倍樁徑。本工程《鉆孔灌注樁(嵌巖)樁基承載力估算表》已算出樁側土總極限側阻力標準值Qsk為1761KN，取抗拔系數=0．5(該值為《巖土工程勘察報告》建議值)，則可計算出單根樁由摩阻力提供的抗拔承載力標準值為:Tuk=λμ∑qsikli=0．5x1761=880．5KN;樁身抗拔承載力取樁內縱筋抗拉承載力之和(單根樁配筋為6C14):

N=n﹒ fyAs=6x360x3．14x142/4=387727N=332．34KN ＜ Tuk/2;故樁抗拔承載力由樁身縱筋抗拉承載力控制。在已算出在不設置抗拔樁的情況下，地下室整體抗浮已滿足要求，考慮地下水在極端天氣情況下的變化，將該抗拔承載力作為地下室整體抗浮承載力的安全儲備。

(2)地下室底板配筋計算時荷載取值。依據倒樓蓋計算方法，地下室底板抗浮荷載標準值:Q=P-G1=36．20-9．5=26．700KN/m2。本計算所取軸網尺寸為本工程中尺寸較大板塊計算，因此，本地下室底板配筋計算時抗浮荷載標準值為26．700KN/m2。

4 結束語

地下環境具有不穩定性，有很多不確定的因素，在地下室抗浮設計中必須對場地條件、周圍環境和土層情況要仔細分析，抗浮設計水位取值和抗浮計算必須準確，可運用的抗浮方式很多，但必須根據各個工程的具體情況加以靈活應用，才能達到經濟可靠的目的。

［1］吳建虹．高層建筑地下室抗浮設計的幾個問題［J］．廣東土木與建筑，2002，8(8)．

［2］GB 5007-2011《建筑地基基礎設計規范》［S］．