地下室抗浮設計方法的幾點建議

文/張艷鋒 湘潭建筑設計院 湖南湘潭 411100

在地下建筑開發建設過程中，地下水對建筑物的影響是地下建筑工程遇到的特殊問題，地下水浮力是其中一個重要的影響因素。在進行地下室抗浮設計時，會遇到如何確定抗浮水位、采取何種抗浮措施等問題，各種抗浮方法都有其適用的條件和優勢，采取適合的抗浮技術措施對地下室建設有很大的影響。

1、抗浮錨桿在地下室地板抗浮設計的應用

作為底下建設物的一個重要的問題，如何進行抗浮是必須要考慮的，常見的抗浮方法中都其存在的一些缺點和不足，都不能進行完全有效的解決強化抗浮問題，目前使用最為廣泛的抗浮錨桿就是為了客服傳統技術的缺點，對其進行優化處理后的結果。在使用抗浮錨桿中，解決了地下水由于浮力造成的開裂、結構上浮等問題之外，還能有效的解決傳統方法費用高、使用操作復雜的難題。在抗拔能力和受力均勻方面也能對施工進行很大程度的提高。

2、抗浮穩定性

地下水對建筑造成的浮力是由地下水壓力形成的，由于土體的性質影響，要比純水條件下復雜得多，很多情況下與結構形式以及地下室埋置深度范圍內的土層分布關系密切，需要做進一步分析。從力學上看，浮力就是結構所有體外表面所受水壓力的矢量和，抗浮設防水位本質是地下結構所有體外表面所受水壓力的矢量和對應的水頭高度。地下建筑的抗浮穩定應滿足：（結構自重及其上作用的永久荷載標準值得總和+抗浮措施提供的作用力標準值）＞地下水對建筑物的浮托力標準值。為了衡量地下建筑的抗浮能力，定義“特征水位”，用符號“（Ha）”表示，特征水位（Ha）是地下建筑僅靠自重能平衡地下水浮力的最高水位，即抗浮穩定的臨界水位。特征水位是反應地下室建筑在未采取額外抗浮措施時的整體抗浮穩定能力的重要指標。

3、特征水位的應用特征

水位反應的是地下建筑僅依靠自重的抗浮穩定性，如果在方案階段求出地下建筑的特征水位立刻就能為決策者從抗浮的經濟性上評估方案提供技術數據。當地下建筑不同層數和不同結構形式時利用特征水位對地下建筑抗浮能力進行判別的案例，橫坐標為地下建筑結構形式，縱坐標為高程。當特征水位高于抗浮水位時，表明地下建筑自重滿足抗浮穩定要求，無需采取其他抗浮措施；當特征水位高于抗浮水位時，表明地下建筑自重滿足抗浮穩定要求，無需采取其他抗浮措施；特征水位低于抗浮水位的縱坐標數值就是需要抗浮能力的大小；抗浮水頭高度（HW）=抗浮水位-特征水位。

4、抗浮措施

《建筑地基基礎設計規范》規定：地下室存在水浮力作用時應進行抗浮穩定性驗算，當抗浮穩定性不滿足設計要求時，地下室需要采取抗浮措施來滿足抗浮穩定性要求。

4.1 增加壓重

主要是為了增加地下室重量，達到加重建筑本身的重量和地下室的水浮力平衡，達到抗浮的目的，主要措施包括：頂板荷載，底板荷載，底板外伸等等。如果地下室頂板覆蓋土壤，則可以達到“一石二鳥”之用，既提高了建筑物綠化問題，還可以增加建筑重量，提升建筑物抗浮能力。增加底板(廢鐵混凝土等材料)的重量，則可以提高底板結構抗浮能力，同時減少了底板局部有效壓力，有利于減小底板的結構尺寸和加固效果.

4.2 抗拔樁

主要利用樁的抗拔力用于平衡地下室的水浮力，從而達到抗浮的目的。樁型可用于各種類型，鉆孔樁和預應力管樁通常用作抗拔樁。預應力管樁廣泛應用于地質條件較差的地區，適用于樁受力為樁側摩擦力為主的各種建筑。

預應力管樁的成本比混凝土灌注樁的成本低，成樁的速度快，工廠化程度高，具有較大的強度和明顯的經濟效益。但預應力管樁用作抗拔樁，其局限性也很明顯，首先因為預應力管樁的工廠加工生產，為方便生產和運輸，單樁一般不是很長，需要進行現場焊接，焊接工作量大，樁身焊接處質量很難保證；其次，樁體焊接處鋼制法蘭長期浸泡在地下水中，容易受到腐蝕。

5、地下室底板抗浮錨桿的計算

5.1 計算之前相關設定

在對地下室抗浮錨桿的計算中首先要進行的是準確的計算出每一根錨桿實際承受的力和承受之后的變形情況，這樣才能更好的對其實際情況進行模擬，才能對實際的抗浮錨桿進行設計。計算之前的設定是至關重要的，要對錨桿的受力（F）和變形（X）之前的關系進行設定，這里我們按照F=KX進行計算，這里的K為使用錨桿的剛度。另外，還要對錨桿的放置地點和外壁的情況進行約束。最后，在進行施工之前還要根據實際的情況對相關的數據進行修改和處理。

5.2 錨桿剛度K取值研究

在進行實際的計算和分析中其實就是對K值進行分析和研究，就是通過實際的測量和觀察，通過精確的計算來對K值進行確定。這里的K值計算我們是根據前面公式的變形得出K=F/X，也可以根據實際的彈性模量E和錨桿的截面積A對公式進行處理變形為K=EA/L，其中L表示錨桿的長度。根據以往工程的成功案例和通常的計算情況，K的取值一般為100-200kN/mm。

6、結果比較分析

6.1 計算模型的建立

對實際的計算方法進行卻行之后要對計算的模型進行建立，根據實際測量的結果和現場分析的數據對每一個錨桿的實際位置進行大致的計算，進行模擬的演變，然后根據實際的位置進行對參數和變量的假設。在進行模型的建立過程中我們經常使用的是SAFE和MIDAS兩種處理方法，一般而言，SAFE是根據點來進行模型的設計，可以在使用的系統中直接導入相關的點，可以根據實際的需要增加或者減少點；MIDAS則是直接給節點進行約束，直接進行固定節點的增加和固定節點的減少，對節點的位置和距離是固定不變的。

6.2 位移結果比較

對實際的測量數據和實際的進行比較后，需要對以上SAFE和MIDAS兩種處理方法進行比較，首先是對其位移等值線進行比較，通過實際的數據觀察和比較分析，我們能夠發現兩種情況下的位移等值線大致一致，最大位移相差也在3mm以內。

結語：

地下室整體抗浮與局部抗浮短缺造成地下室工程事故時常發生，地下室的抗浮設計應根據工程實際情況得不同，選取合理的抗浮設防水位，并根據工程特點、地質情況、場地條件等因素，按照經濟合理、技術先進、安全可靠和方便施工的原則綜合考慮，選擇一個最佳的抗浮措施來滿足抗浮穩定性要求。