淺談地下室抗浮設計中的措施選擇

邱慧芳

（中國建筑上海設計研究院有限公司 上海 200000）

0 引言

隨著經濟發展，城市不斷擴張；隨著人民生活水平的不斷提高，對居住環境和休閑娛樂環境的要求也越來越高；城市化的不斷推進，城市土地更是寸土寸金，無論是高度還是深度都越來越極致。因此城市地下空間正在發揮越來越大的價值，地下室抗浮設計已經成為工程師必須面臨的設計問題之一。近年來，因為對地下水浮力的估計不足或施工措施采用不當而引起的地下室抗浮問題屢有出現，因此合理估計抗浮水位，根據實際情況合理準確的進行抗浮設計具有重要意義。

1 地下室抗浮的基本概念

在地下室的抗浮驗算中，首先應該根據地勘報告確定合理的抗浮設計水位，如果估計過高，則極易造成工程設計上的浪費，估計過低，則會嚴重影響建筑物的使用安全。因此在實際工程中，勘察與設計雙方應該加強溝通，對變化的地下水位進行全面的考慮，尤其降水較多的雨季更應注意，臨近河道的建筑還要考慮河道豐水期河水上漲引發的抗浮水位變化，以及本區域的土層性質等等因素，應該引起設計與勘察人員的足夠重視。

針對地下室抗浮設計，國家規范和地方規范均提出了不同的要求，應根據工程所在地及具體情況執行相應的規定。其中，地基基礎規范規定建筑物自重和壓重標準值需滿足1.05倍浮力作用標準值，才能保證結構不發生整體上浮，一般多高層建筑基本滿足，而低層建筑和純地下部分則可能不滿足，需要根據計算結果采取相應措施。局部抗浮主要是防水板在水浮力作用下發生較大裂縫或者變形，向上的位移過大而影響結構使用功能或安全。此時可以采取增加結構剛度的措施。

2 地下室抗浮的幾種情況

人們通常認為自重動輒上萬噸的地下室不可能浮起來，但現實卻是每年都存在因為抗浮而引發的工程問題，因此需要引起我們足夠的重視。一般情況下，抗浮總體上分三種情況：

（1）施工過程中的抗浮：此時主要是已建成建筑物本身的自重來抵抗向上的水浮力。當結構主體已經完工，但是結構覆土和基坑回填尚未完成時，此時主體結構遭遇較大降水時，因為壓重僅為結構自重，缺少覆土，缺少回填土對結構外墻的有效摩擦阻力，極易引發抗浮安全問題，導致地下結構上浮或傾斜。與此類似的情況還有，已完成部分的自重不能完全抵消地下水的浮力時就撤出了降水措施導致地下建（構）筑物的上浮或偏斜。例如，南京某小區一單建式地下室，地下一層，框架結構，在施工過程中，恰逢雨季，雖然地下室頂板已全部施工完畢，但頂板覆土未完成，加上施工過程中施工單位對地下水影響的嚴重性認識不足，未按設計要求施工而導致地下室上浮，部分柱跨的鋼筋混凝土柱產生剪切壓彎破壞現象。

（2）建成后的抗浮：其主要考慮建筑物的自重（恒荷載）、有效覆土、使用荷載等作為向下的力能否平衡向上的水浮力，即整體抗浮的問題。此種情況一般在設計時考慮的比較充分，受力也相對明確。關鍵在于設計中要根據地勘報告和當地工程實際情況來確定合理的設計抗浮水位，同時設計中應全面考慮使用過程中的各種情況，留有一定的抗浮設計余量，滿足規范要求。

（3）局部的抗浮：其主要考慮地下室防水板的抗力能否大于浮力產生的效應，即局部抗浮的問題。在水浮力較大處，不能只驗算強度而不進行變形裂縫核算，尤其要注意核算防水板的位移裂縫，局部抗浮不足會造成底板裂縫，漏水嚴重，進而造成破壞，此種情況主要是通過設計計算階段計算構件配筋來解決。

3 抗浮設計中的主要措施

城市高層建筑附設的大型地下車庫、地下商場等都普遍存在抗浮問題，地下室抗浮設計必須滿足整體抗浮和局部抗浮，為防止地下室抗浮我們通常采取以下幾種做法：

3.1 增加壓重

增加壓重，顧名思義就是利用建筑物自重來平衡水浮力，一般當自重與水浮力相差較小時多采用，此時可以增加基礎底板厚度、通過采用強度等級較低的混凝土來增加配重、將地下室底板向外延伸形成翼板或者增加覆土厚度來保證壓重滿足要求等方法；可以根據場地規模、建筑埋深、工程量等方面酌情選擇合理措施。若自重與水浮力相差較大，此種方法則使結構建筑物顯得笨重粗糙，顯著增加工程造價，不宜采用。

3.2 增加拉力

增加拉力則主要是設置抗拔樁或抗拔錨桿等，強制拉住建筑物防止其上浮；目前設置抗拔樁是工程設計中應用最為廣泛的抗浮方案，尤其對于面積較大帶上部結構的公共建筑，因為上部有大面積開洞或者影院中庭等結構，導致部分基礎底板不僅承受向下的壓力，還承受較大向上的水浮力，但究竟壓力控制還是浮力控制卻根據上部結構位置并不統一，此時抗壓抗拔樁就顯示出優勢，不僅具有較強的抗壓強度，還能兼顧抗拔使用。

設置抗浮錨桿能夠將結構整體布局進行合理布置，能夠防止裂縫現象的出現，并且能夠防止底板產生變形情況。與其他抗浮措施相比，此方法具有工期短、造價低、節省材料等優點。但施工過程中由于整體上部結構荷載及變形情況較為復雜，錨桿及上部結構相互作用，實際水浮力進行均勻布置時所用方案過于簡單，特別針對大面積地下室且高層塔樓位置較偏的情況，將錨桿進行均勻布置時方法的假設情況與實際設計情況相差較大，所以不能將實際變形情況及受力情況進行準確反映，所以錨桿能否進行較為合理、經濟的設置，需要根據工程情況及工程造價全面考量。

3.3 拉壓并舉

拉壓并舉則是在增加配重的基礎下仍不滿足抗浮要求而設置抗拔樁或錨桿的措施。此時一般水浮力非常大，限制于工程實際情況，單一方法無法滿足抗浮要求，一般工程中應用較少。

3.4 降水抗浮

降水抗浮指在結構四周及基底預先修建降水盲溝，建筑物投入使用后，地下水由降水盲溝不斷流入集水井中被水泵排走的措施。通過降水盲溝的使用，地下水位始終低于能使建筑物浮起來的警戒水位，確保結構不上浮。此種方法雖然施工方便，但在建筑物面積較大時，盲溝數量，埋置深度及日常管理和使用過程中均會產生一定的困難，且本措施在透水率較高的土層中則會因為抽水費用增加成本，因此一般僅應用于施工進行中或者水池等相關建筑物中，不會應用于地下室等建筑物，整體使用范圍不夠廣泛。

3.5 局部抗浮

在抗浮設計中，設計人員需特別注意結構的傳力途徑，在利用上部結構自重抗浮時，當上部結構自重滿足抗浮要求時，不能簡單認為此時抗浮設計滿足要求，要分析上部自重的傳力途徑，當局部范圍內因水浮力導致底板隆起，甚至造成地下室局部破壞，此時可以采用增強結構強度及剛度的方法來滿足抗浮要求，同時還可以不造成嚴重的浪費。

4 工程實例

以筆者參與的深圳市龍崗區某中學為例，文體中心內部設有籃球場、網球場以及藝術教室，還設有學生餐廳和游泳館，文體中心屋面設有800厚覆土，兼做運動場地，地下一層地下室，基礎底板板厚取500mm厚。根據地勘報告，地下室水頭約為4.9m，浮力約為49kPa。在餐廳區域，因為是標準柱跨，地上3層，上有運動場覆土，計算顯示完全滿足規范的抗浮要求，不需要設置抗浮措施。

在網球場和藝術教室區域，因為地上部分柱子根據房間功能需要取消，地下室部分根據建筑使用功能要求，基礎底板需要要降低0.7m，雖然地上仍為3層，但是傳遞路徑發生改變，且水頭增加，導致此區域地下室自重標準值不滿足抗浮要求，經計算，結構自重約為55.6kPa，此時水浮力約為56kPa，與自重相差不大，底板厚度增加300mm，即滿足抗浮安全系數的規范要求。

在籃球場區域，因為籃球場上部空間要求，在2層做開洞處理，面積約為29.6m×61m，地下室底板未降板，結構自重約為46.8kPa，水頭約為49kPa，此時水浮力雖大于結構自重，但相差范圍仍在可接受范圍之內，經計算，底板厚度增加500mm即可滿足抗浮安全系數的規范要求。以上區域如果設置抗拔樁或錨桿或其他抗浮措施，不僅會增加施工難度，還會增加工程造價，顯然不合理。

但是在游泳館區域，因為游泳池位于地下一層角部區域，相鄰柱跨約為18.5m，且此區域底板頂標高相對地庫底板頂標高降低2.2m，浮力增加約22kPa，結構自重約為58kPa，此時水浮力與結構自重相差過于巨大，通過增加結構配重已經不能滿足水浮力的基本要求，考慮設置抗拔錨桿或抗拔樁，因為周圍中小學單體采用抗拔樁，筆者將兩種方案同甲方及工程協商，最終考慮到施工情況及經濟效益和施工進度等因素，結合當地情況選擇游泳池區域同中小學單體一致，采用抗拔樁來解決抗浮問題。

5 小結

以上是對地下室抗浮設計及抗浮措施的簡單討論，地下環境不穩定，抗浮設計中也存在諸多不確定因素，每一種方法措施都不是單一的，需要根據當地的規范規程及工程特點，地質情況，場地條件綜合考慮經濟、技術、安全、施工合理性來進行綜合考慮選擇，選擇最佳有效的抗浮方案，做到具體詳實，專業有據，設計準確安全。