大型地下室抗浮設計若干問題研究

肖 偉

(廈門合立道工程設計集團股份有限公司 福建廈門 361006 )

0 引言

為了提高土地利用率，近年來的設計項目對于地下空間的建設要求越來越高，一方面是平面尺寸越做越大，地下室的平面尺寸長度、寬度可達到200m～400m，常見的商品房小區地下室布置方式為周圍布置一圈高層住宅，中間部位設置單層或兩層純地下室，純地下室上方地面為小區公共綠地或室外活動場所；另一方面，地下室的開挖深度越來越深，在大型商業綜合體或星級酒店或辦公樓等設置3～4層的地下室，深度達到16m～18m。南方地區地下水位的標高都比較高，一般都在室外地面以下0.5m～1.0m，因此地下水水浮力對地下室的整體穩定、底板和外墻的受力作用影響就越來越大，考慮地下室的抗浮問題成為結構設計中的一個重要因素。

由于對地下水的作用考慮不周而產生的工程質量問題時常發生，主要表現在墻體或底板出現裂縫、滲水，甚至整個地下室出現上浮造成墻體和梁出現有害裂縫，一旦出現問題，所要采取的補強、補救措施則需要大量的費用，同時對項目建設工期都造成巨大的影響。出現地下室抗浮設計失效的主要原因有：抗浮錨桿或抗拔樁的承載力滿足不了設計要求；地下水位超出設計預估的水位標高；地下室底板的承載力不足；室外的排水措施失效，不能有效降低地下水位的標高等。

此外，在施工期間，由于設計的使用荷載，如回填土、裝修荷載等可能還沒有施加到位就停止了地下室外的降水措施，一旦地下水位上升，就有可能造成抗浮能力不足，引起地下室上浮，地下室結構構件開裂。

在進行地下室的結構設計時，應該把地下室的抗浮設計放在首要位置，認真分析地質勘察報告提供的地下水位標高，水位變化的幅度范圍，同時熟悉掌握建筑總平面設計的室外場地及道路的標高情況，分析可能發生的最高地下水位，以確定設計所要考慮的水頭高度。基于此，筆者探討大型地下室抗浮設計，施工全過程若干常見問題及其應對措施。

1 地下水位取值

地下水位的取值主要依據工程地質勘察報告,對于全埋式的地下室，在室外地面或道路的標高基本一致的情況下，地下水位取值的方法相對比較簡單,一般情況下取室外地坪標高以下0.500m～1.000m。當室外場地及其道路的標高有差異時，可以根據標高的變化情況，分區域取值，通過線性插入的方式進行抗浮水位高度的計算，如圖1所示。抗浮水位標高的最終取值，需要取得勘查單位的認可。

圖1 室外場地有高差時抗浮水位示意圖

對于坡地建筑，建筑物周邊室外高差較大，地下室設計成半開敞式，或者該建筑臨近場地有較大的高差時，也常采用通過設置排水盲溝的方法來降低抗浮設計水位。盲溝設置的標高一般不低于室外市政管網的標高，以保證室外排水管能夠直接通到市政管網中，并且，在建筑物正常使用期間內通過重力作用即可排水，而非靠水泵長期抽水，除非出現特殊的暴雨天氣需要采用水泵進行抽排水應急。

當地下室底板所處的地層正好是碎塊狀強風化或中風化巖層時，在裂隙發育的風化巖層中有可能存在承壓裂隙水的作用，其壓力大小較難預估，設計中應采取有效的減壓措施以降低對地下室底板的作用力。

2 抗浮措施及驗算

(1)常用的抗浮措施有增加有效壓重、設置抗浮錨桿或抗拔樁等。抗浮錨桿分為土層錨桿和巖石錨桿，按其受力狀態又分為預應力錨索和非預應力錨桿，當前應用較為廣泛的還是非預應力錨桿。抗拔樁分為高強預應力管樁、大直徑沖鉆孔(或旋挖機成孔)灌注樁、長螺旋鉆孔灌注樁等。

(2)錨桿的抗拔承載力以地勘報告提供的參數作為初步計算的依據，并通過現場的基本試驗進行驗證。所有錨桿施工完成后還要進行施工驗收試驗。無論是土層錨桿還是巖石錨桿，其承載力都受到施工工藝控制的影響，承載力的離散性較高。因此，對于錨桿的施工應該有嚴格的要求，錨桿的長度及進入的土層、灌注漿液的配置、注漿壓力、注漿量等都應進行實驗進行驗證。

(3)采用預應力管樁進行抗拔時，一般采用單節樁，如果需要兩節樁，則必須采用機械連接。

(4)地下室的抗浮驗算分為整體抗浮驗算和局部抗浮驗算[1]。整體抗浮驗算是指地下室及其上部結構的恒荷載總值能否抵抗地下水浮力的作用，如果不能保證整體結構的穩定，則應設置抗浮措施并計算所需抗浮措施的數量即錨桿或抗拔樁的總體數量；局部驗算主要是指地下室底板在地下水浮力作用下的強度驗算和裂縫寬度驗算。為使地下室底板的受力較為均勻，降低樓板配筋，一般可將錨桿布置在樓板跨中的中間區域；而抗拔樁一般是兼做抗壓樁，樁數取抗壓、抗拔2種工況下較多樁數進行布置樁基。當所需的抗拔樁數量較多時，也可以把部分抗拔樁布置在板塊中間區域。當地下水位控制在底板底標高以下時，則不需要考慮水浮力的作用。

3 構造措施

按照所采用的抗浮措施的不同，應當做好相應的構造措施。

3.1 抗浮錨桿

抗浮錨桿的構造應包含錨桿體與底板的連接構造、錨桿與巖層的構造、錨桿與土體的構造。錨桿的材料一般分為普通鋼筋、精軋螺紋鋼筋、高強預應力錨索，錨桿頂部與地下室底板的連接方式應滿足防滲防水要求。對于不同類型的錨桿應提出相應的漿液配合比、注漿壓力、注漿量的要求。高強預應力錨索頂部錨具處應特別注意防水構造措施，避免在錨具部位滲漏水。

3.2 抗拔樁構造

當抗拔樁采用高強預應力管樁，樁長度大于單節樁(一般最長為15m)時，樁的連接必須采用機械連接，連接接頭的強度必須大于樁身的抗拉強度。如采用灌注樁，則應驗算樁身的裂縫寬度。

4 施工驗收

抗拔錨桿的施工工藝較為復雜，每一個環節都影響錨桿的最終抗拔承載力，因此施工過程應當嚴格監督管理，對于每一根錨桿長度、注漿壓力、注漿量都應當進行詳細記錄，確認施工過程是否達到設計要求。抗拔措施施工完成后，抗拔承載力都應進行試驗驗收，試驗檢測數量應滿足相關規范要求[2]。

5 使用觀測

在主體結構施工過程中，荷載是逐步施加的，在地下室抗浮計算中多考慮的荷載，沒有施加到位前必須對地下水位高度進行觀測，并按計算要求控制水位，尤其在工程項目進展過程中有臨時中斷施工的情況下，更加需要對地下水位的高度進行控制。

6 事故處理

一旦地下室抗浮措施失效，將造成地下室結構構件的破壞，如整體地下室上浮，底板開裂，墻體及梁開裂。

處理事故的程序：首先，應當檢查地下室的標高觀察點，掌握地下室上浮位移變化曲線；其次，復核抗浮措施及上部荷載狀況，與設計工況的差別；第三，了解地下水位的變化情況，與設計抗浮水位的差別，及時降低超高的地下水位；第四，對地下室結構構件的裂縫情況進行全面的檢查，做好相關記錄，分析造成地下室抗浮失效的原因，評估原有抗浮措施的利用價值以及地下室結構的安全性；第五，依據分析結果以及現場情況提出確實可行的補強加固方案；第六，對加固后的結構進行檢測、驗收。

7 結語

抗浮設計在地下室的結構設計中應當擺在首要考慮的內容；抗浮設計水位應依據地質勘察報告、場地情況合理取值；采取的抗浮措施應當有效可行，施工過程必須進行嚴格監督管理，確保施工工藝及控制指標滿足設計要求；地下室及上部主體結構施工過程中必須對地下水位進行觀測，確保上部結構荷載能夠滿足地下室抗浮的要求，地下水位的控制應當有應急措施，一旦遇到特殊天氣情況能夠及時降水。