高層建筑地下室抗浮設計 常見問題與對策

羅勁

我國現有的發展中，城鎮化建設發展多以高層建筑為主，相應的高層建筑也是最難設計的，其復雜程度主要體現在地下室方面。地下室的設計及其質量是最基本的保障。而在這復雜的設計中，抗浮設計又是其中的難點，是保障其設計合理性的關鍵，所以抗浮設計方案一定要細化，從而提高其科學性。本文就此問題進行了深入的研究，整理分析了相關技術方法后，進而提出了相對應的改進意見，只為進一步提高地下室抗浮設計的科學性。

城市的發展進步，帶來了更多的就業機會，人們因此聚集而來，而高層建筑可以很好地解決人員的居住問題，緩解城市建設用地緊張的問題，因此高層建筑一直是城市主推方向。但是利弊相依，高層建筑結構復雜，在地下室的設計中更是講究諸多，科學的設計是前期必須要考慮的，在此之中，重中之重就是抗浮問題的設計，科學的抗浮設計、關鍵要點及注意事項都要根據建筑工程的具體狀況進行有效的判別，只有這樣，才能更加有效地去提高地下室的整體質量，很好地發揮出地下室的實際效益，從而間接地促進建筑的整體質量提升。

一、地下室抗浮設計概念

地下水位的高低狀況，是地下室里面抗浮設計的主要考慮因素，也是以此來確定高層建筑承受浮力大小設計流程的。具備有效抗浮設計的地下室有利于實現高層建筑自身的平衡設計概念，同時還能平衡地下室的荷載量，使地下室更加穩定，同時反饋到高層建筑的穩定性?？垢≡O計目前來說呈現兩種情況：整體抗浮設計、局部抗浮設計，兩者有不同也有共通，但是無一例外都要重視地下水浮力的問題，這是確保地下室抗浮結構設計的重要影響因素，因此一定要確定其設計方案的科學性。

二、高層建筑地下室抗浮設計注意事項

1.地下水因素

在高層建筑的基建部分，一般會對地下室結構區進行夯實處理，以確保地基土層達到建設要求中的密實性，但是在這期間此區域的水只進入而難排出，這種情況會使地下室區域的水位逐漸增高，從而引起地基上浮的問題出現，更有甚者會導致其抗浮設計完全失效，令高層建筑的地下室結構變形。

2.外部影響因素

建設時，有些特殊的工況情況下抗浮樁、抗浮錨桿等這些都會一定程度地被建設場地周圍環境的物理或者化學因素影響，由此引發質量問題，這些最終都可能會引起抗浮設計的失效，且抗浮樁、抗浮錨桿等這些如果在外力的作用下被破壞，后續的維護也是很麻煩的，且很難復原，這樣會導致地下室的無法使用。

三、高層建筑地下室抗浮設計存在的問題

建筑物受到地下水的沖擊通常稱之為地下室水浮力，這個沖擊與地下水位有直接關聯，當地下水所產生的浮力較大時，有可能會引起建筑物的整體上浮，或者地下室的局部構件被破壞的情況，這種情況都很難去人為修復，所以前期設計一定要有效地避免地下水浮力的沖擊。當高層建筑地下室進行抗浮設計時，有以下幾個問題要特別注意：

1.地下水的浮力存在問題

實踐經驗的缺失，導致對當下部分高層建筑在抗浮設計過程中，對于地下水浮力計算不精確，這樣就導致了地下水浮力的計算結果不準確。與此同時設計人員的技術水平也有一定的不足，這樣就導致在進行地下水浮力計算時存在一定的誤差，甚至根本無法根據地下水的實際情況去確定具體的浮力數值區間，這樣就導致計算結果無法滿足時間要求，從而導致地下室抗浮設計不夠合理。地下水浮力是整個抗浮設計中的核心要素，有效的計算方法，精準的數值是地下室抗浮設計最基本的保障，只有這些先確定下來才能有效地保證抗浮設計的科學性。所以，當前地下水浮力計算中存在的問題不容忽視。

2.地下水的水位存在問題

地下水浮力的計算中，地下水所存在的液位面是影響地下水所產生浮力的重要因素，因此在進行前期設計時，水位的調查是必不可失的一環，但是實際實行中，地質勘探問題的存在，導致了關于地下水測定水位難度的增大，這對于抗浮設計有很大的負面影響。地下室的抗浮設計，水位必須精準，只有這樣才能很好地滿足抗浮設計的要求，水文地質勘測可以有效地輔助水位測定，但是勘測中也有一些問題需要解決，這些都導致了地下室抗浮設計的不科學。

四、高層建筑地下室抗浮設計的要點

1.地下水位取值

地下水位的整體調查工作是整個高層建筑地下室抗浮設計中必不可少的一環，前期的勘察資料呈現的明確的地下水位具體數值，再根據一系列的系統公式推算，這樣可以有效地提高抗浮設計的科學性。當地下水位高于地下室基礎底板的時候，需要根據當時工程所在區域的地形結構、地下水類型，地下水變化等一系列的情況來對基礎底板進行荷載量驗算，以此來保證基礎底板的有效作用。此外，地下水的類型和補給關系、排泄關系等一系列的因素都會對地下水位的分析產生一定程度的影響，只有綜合考量之后再對抗浮結構設計的可行性進行討論定版才能保證結構的抗浮效果最好。地下水中水位的取值問題，會對抗浮設計產生十分直觀的影響，所以在取值過程中多方位的考量是必要的：地下水水位的變化、歷史數據中的極限值、工程下方的地下水走勢等都是影響地下水水位變化的因素，都需要考慮在內，綜合考量之后抗浮設計結構可承受當前地下水位極限數值，這樣就能有效地提高高層建筑地下室抗浮結構質量。

2.整體抗浮與局部抗浮

在現有市場的高層建筑地下室抗浮設計中，整體抗浮和局部抗浮都需關注，在考慮整體以后再去對局部進行分析是兩者先后順序的體現。如果需要驗證整體抗浮結構時，就要優先保證其設計對于地下水產生浮力的抵抗性，以此來確定整體的安全性及有效性；而局部抗浮設計則是在整體滿足要求以后，對于局部特別要求所需的設計，一般局部抗浮設計時都是因為此處浮力比之整體較大，所以需要特別要求，在其設計時以不影響整體為原則。由此可知整體抗浮和局部抗浮有一定的交叉和重疊，但是又有優先級要求，這些是設計時容易忽略的問題，因此在設計中需要重點關注。

五、高層建筑抗浮措施的合理選用

1.壓重抗浮

抗浮設計中有抗浮安全度這個說法，其不足主要是因為結構自重加恒載重量不足以對抗地下水浮力對于結構的沖擊，在此問題上最直接的辦法就是增加結構自重或者是增加結構載重，如：增加地下室頂板上方的覆土厚度，既可以解決水管網的隱蔽問題，還能有效提高抗浮能力。

如果抗浮結構設計的局部抗浮設計不能滿足要求且采用的處理措施不奏效時，可以考慮采用重混凝土（鐵屑混凝土或用重金屬礦石作骨料的混凝土）抗浮，這樣可以有效地緩解抗浮壓力。

2.工程樁抗浮

常用的抗浮措施中有效地利用高層建筑其本身的工程樁是主流抗浮措施之一，因為其樁基一般為現澆大直徑樁，其整體性很好，可以很好地利用與土層的摩擦力，尤其是嵌巖樁。在此之外，樁內還可以配置足夠的連續抗拔鋼筋，以此來滿足樁身本體的強度，降低其變形量還有滿足裂縫寬度限值要求。因此，在設計大直徑的灌注樁時候，對于其抗拔力一定要用來驗算抵抗浮力，這樣可以有效地節省成本。就目前而言，高層建筑基礎上常用的高強預應力管樁也能用于抗浮，但在使用時還是有注意事項：

一般的管樁表面都相對光滑，而且樁尖部位不能進入較硬的巖石層，這樣的話就會出現一定的局限性，例如：當樁本身相對較長且周圍的土層有較大摩擦力的時候，這樣的單樁就可以提供有效的抗拔力，同時抗拔力與樁體本身的強度也有關系。當每個單樁長＞11m 時，管樁如果不達要求還需要接長的話，這時候的連接方式一般都會選用將2 根樁的端頭板焊接起來，同時為了保證單樁本體的抗拔能力，對于接頭的焊縫質量、焊接完成程度還有再次施打的時間間隔都應滿足有關設計與施工規范要求，如不滿足，則再次擊打時很容易令接頭受損；單樁樁頭和樁承臺的連接方式是重中之重，就現如今此行業的市場而言，大部分工程都會采用將樁頭與鋼筋一并截斷，最后再在樁內吊鋼模放插筋澆灌約1.5m 高混凝土的做法，這樣的做法雖然可以很好地讓其連接處的強度樁頭和樁身相平衡，但是混凝土塞與樁壁的粘接強度設計值卻有很大程度的降低，這是不容忽視的細節。當然將樁內縱筋剝出后直接錨入承臺中也可以很好地提高樁與承臺間的連接強度。

3.錨桿抗浮

有些高層建筑是無法采用之前敘述的幾種抗浮方法的，例如：使用天然地基（箱型或厚筏）的高層建筑就有這種可能。這個時候錨桿或樹根樁等拉錨措施抗浮就可以適當地解決當前問題，此類方法適用于的要求比較苛刻，必須在基巖或者良好錨固土層埋深較淺、錨桿長度較短等情況，當地下水水頭壓力過大，松散砂層太厚的時候就會對錨桿施工產生一種嚴重的阻礙。特別要注意的有一種情況，如果地下室底板下方的軟弱土層過厚或者其錨桿的自由段特別長的時候，是不適合抗浮方案設計的。此外，我們還要考慮地下水位的問題，隨著季節的變換，地下水位隨之變換，如果錨桿前期設計沒有考慮到由于水位變換產生的拉力變化的話，就會導致錨桿大幅度變形，會不利于結構的穩定性，這個時候預應力錨桿的作用可以很好地解決此類問題，設計時考慮最高水位拉力負荷，如果水位上升，錨桿不會變形，如若水位降低，錨桿的剩余預應力會附在工程樁上，增加工程樁的設計荷重。

4.排水法抗浮

國內有很多工程已經引進了排水抗浮法這一抗浮設計，但是此類方法多用于建筑場地的標高相對較高或者擁有一個較低水平面排水系統的建筑工程。此方案名為排水法抗浮，顧名思義，主要工作原理是通過采排水盲溝的作用，把地下室周圍一圈的地下水盡可能地都通過自流方式排到較低的疏水系統中，以此來從源頭杜絕地下水升高的問題，地下水水位不上升，也就杜絕了其產生的浮力影響，這種方式相對而言省力且節省成本，但是僅限于特殊場地的應用，因此，并不能普遍使用。在排水抗浮法中，有一種相對效果比較好的方法：標準靜水壓力釋放系統，此類方法在國內外的工程實例中都取得了良好的效果，實操中也沒有明顯的漏洞，其主要是把地下水位降低到地下室底板之下的某個標高，這樣可以很好地分擔地下室底板所承受的浮力，效果特別好的情況下甚至會讓地下室底板完全不受力，這樣不僅很好地防止了地下室上浮，還可以很好地減少地下室地板的厚度，主要工作原理如下：

第一，設計采用一種把地下水和地下室底板隔開的方案，即永久止水帷幕，此方案直接從室外地面一直向下延伸到其相對的隔水層；第二，為了減少水力的沖擊，把地下室底板下方鋪設一層高質量的礫石反濾層，這樣可以很好地阻隔透過下部隔水層向上滲入的水中所帶的泥砂，保證外側只有清水流入，且沿著反濾層橫向流動很好地降低對于地下室底板的沖擊；第三，反濾層周圍埋設多孔聚乙烯排水管網可以很好地形成完整實用的排水系統，可以把反濾層內部的水直接引流到專門的集水井中去；第四，要安裝一些清潔箱在排水管附近，可以有效地清潔泥砂，保證通道的順暢；第五，要根據情況使用低容量的水泵抽取集水井中的水。

上述方法相對而言在國內運用的時間還短，并不是十分的成熟，相應的經濟指標和長期的使用效果都沒有詳細的統計呈現，所以在具體的施工中，可以當作備選用。

六、結語

抗浮設計在高層建筑地下室的設計中，呈現得并不是十分復雜。但是其在嚴謹程度上卻是要求很高的：場地的條件、周圍環境甚至于土層等都要仔細分析，并且荷載的取值和計算都必須相當的精準。只有這樣根據工程自身的環境條件及相關要求設計出的抗浮方案，才能更好地達到經濟實用的目的。