地下室抗浮设计及抗浮措施探讨

地下室抗浮设计及抗浮措施探讨

汪林

身份证号码： 51100719810825****

摘要:地下室抗浮事故容易导致地下室顶板、底板和梁柱等地下室结构构件开裂破坏，影响结构安全、工期和成本，甚至影响住宅的正常使用。地下室抗浮工程设计与施工与水文地质条件、工程地质条件、周边环境、工程特点等息息相关，抗浮方案的选择应兼顾经济性和安全性。本文从地下室抗浮设防水位的确定和抗浮措施的选择等方面提出建议。

关键词:地下室；抗浮设计；抗浮措施

1 岩土工程勘察

场地岩土工程勘察成果对满足地下室抗浮工程设计与施工的要求，主要内容有：地下水赋存条件、类型、补给方式、排泄方式、地下水与地表水的水力联系；气候资料；水文地质资料；岩土层的渗透系数建议值；抗浮设防水位的建议值；场地土壤及地下水对建筑材料的腐蚀性。

揭开含水层后，在水位稳定时量测每个钻孔的稳定地下水位，且不少于1/3的钻孔需量测初见水位（初见水位量测孔未处地下水前不得使用水钻），水位量测误差不超过2cm。水位稳定间隔时间：碎石土和砂土大于半小时，粉土应大于8小时，粘性土应大于1天。当场地存在多层地下水时，应对地下水位进行分层量测，查明彼此补给关系，量测某层含水层水位前，应采取止水措施将其他含水层隔离。

根据工程的实际需要进行原位试验。例如，当抗浮设计拟采用释放水浮力法，应通过抽水试验、室内渗透试验或压水试验确定岩土层的渗透系数，必要时采取分层抽水。同时，收集竣工资料或则采用管线探测方法，查明场地周围的排水管网的分布情况和排水条件。通过指示剂法、放射性同位素测试或则连通试验探明地下水流通情况、岩溶水的埋藏情况。

2抗浮设防水位

拟建场地抗浮设防水位包括使用期和施工期的抗浮设防水位。当场地水文地质条件简单、地形变化小且地层分布均匀时，抗浮设防水位可统一确定。当斜坡场地的地下水位线随地势变化、大规模地下结构跨越多个地貌单元、存在多层地下水且基础的埋深差异很大时，需考虑地下结构对地下水渗流雍高的影响，抗浮设防水位根据场地最终竖向设计按照结构单元分区确定。由于毗邻建设工程施工可能影响地下水的补给和排泄，确定施工期抗浮设防水位应充分考虑，选用场地勘察时实测的最高水位，应结合近3~5年最高地下水位、预测的雨期地下水位升高值中最不利水位。

使用期的抗浮设防水位应根据勘察期间的实测地下水位结合地区经验综合确定。当具有勘察期间地下水位量测资料、长期水位观测资料、地下水位变幅资料时，可根据勘察期间量测的稳定水位加地下水位变幅和相同设计使用年期观测到的最高水位中的最高值来确定使用期抗浮设防水位。当没有或则缺乏长期水位观测资料时，可采用勘察期间量测的稳定水位加地下水位变幅、调查所得与相同设计使用年期同时限内历史最高水位中的最高值。当场地具有多层地下水且相互独立时，以各层地下水的混合最高水位为基准水位，并综合分析地下水类型、地下水补给和排泄方式、地层结构和地貌单元等因素，增加各层地下水水位最大变化幅度。当地表水系与地下水相互联系，地下水位仅受地表水系水位升降的影响不发生淹没时，应采用地表水系与地下结构设计使用年限一致的最高水位^[1]；邻水区域，应结合室外地下排水管网等情况，并应考虑与设计使用年限一致的最大波浪雍高的影响。地势低洼或位于坡脚附近的场地局部区域且有发生淹没可能性时，应取地下室顶板覆土顶面和室外地坪标高的最高者为抗浮设防水位。当地下结构处于不透水地层且场地排水不畅时，可取肥槽的自由水面标高。

对抗浮设防水位存在疑问的，当采用常规手段无法确定抗浮设防水位时，应进行以地下水渗流分析法为主的专项评估。对已建场地及周边地形进行实测，根据周边水体水文资料、已建场地及规划场地地形资料、当地气象资料，确定地下室周边及上部覆土层场地的雨水下渗量，通过室内试验或则原位测试得出主要地层的渗透系数，并建立三维有限元模型，根据有限元计算结果及地区经验，提供场地抗浮设防水位建议值。

3 抗浮计算

地下室在使用期和施工期存在地下水浮力作用时，应进行抗浮设计分析。地下室所承受的浮力荷载应根据底板底标高和地勘报告提供的抗浮设防水位之差计算。抗浮自重计算应根据承台、底板、墙柱、挡墙、覆土及各层楼板等实际材料容重取值。抗浮设计采用的材料重度根据设计部位和计算的不同而不同，梁板墙柱等混凝土结构、建筑面层、隔墙、无水状态下的室外上覆材料等应采用天然重度，有水状态下的室外上覆材料等应采用饱和重度，桩、承台、底板下柱墩等应采用浮重度。

抗浮自重、园林绿化、地下室覆土等荷载在抗浮稳定验算时应按照使用阶段或则施工阶段分别验算，并区最小值，同时考虑荷载不均匀分布对抗浮的不利影响，例如人工湖区域抗浮计算时应考虑无水工况。地下室整体抗浮稳定性验算时，不得考虑土与侧壁的摩阻力。抗浮计算模型应按照实际结构布置输入，水浮力和抗浮自重等应分区域按实际情况输入。因模型中存在塔楼、水浮力、覆土荷载等分布不均匀情况，不应仅仅采用基础模型计算结果中的抗浮稳定性以判断地下室抗浮是否满足，应分区域判定并结合荷载累积结果手工复核。除了对地下室主体结构区域、楼板开洞区域、上部结构层数较少区域等进行整体抗浮稳定性验算，还应对基础底板进行局部抗浮验算。若局部抗浮验算不满足要求而整体抗浮验算通过时，可在满足变形和强度要求前提下，以稳定部分作为支座对地下室进行整体受力分析，确保水浮力能在抗浮单元中传递。当地下室抗拔桩或抗拔锚杆集中布置时，为满足锚固整体稳定性，应验算群锚效应。地下室底板验算应考虑有、无地下水工况下的最不利影响。水浮力作用下，对地下室底板和侧壁的裂缝宽度、抗拔桩裂缝宽度、挠度限值等验算时，应取丰水季节常水位。当地下室使用条件或环境条件改变引起浮力增加变化时，应评估既有地下室抗浮稳定性是否满足要求，不满足要求则应进行抗浮加固。

4 抗浮措施

地下室抗浮措施有增加配重、释放水浮力法、设置抗拔桩或抗拔锚杆等，通过综合经济技术比选后确定。抗浮设计应分区域根据实际设防水位和抗浮自重等分别进行验算，针对不同区域的不同抗浮需求，采取不同的抗浮方案。如地下室地基承载力不满足要求，宜选择与处理地基设计兼顾的抗浮设计措施。施工阶段的抗浮稳定可以采用临时降、排水措施，必要时还应考虑施工阶段出现突发情况时的抗浮措施。地下室抗浮结构的防腐、防水、耐久性应满足同地质环境中永久结构的设计要求。

4.1增加配重

当地下水浮力和抗浮自重相差不大时，优选选择增加地下室底板配重、顶板或底板板厚等增加抗浮自重的方式抗浮，配重材料可选择经济性较好的当地材料。对于大地下室周边或则小型地下室，可向外扩大地下室底板范围，依靠外扩结构覆土重量满足抗浮要求。

4.2 设置抗拔桩或抗拔锚杆

对于筏板基础、独立基础的地下室，基岩埋深较浅时优先采用抗拔锚杆进行抗浮；土层较厚时优先选用抗拔桩进行抗浮，土层上软下硬时优先选用抗拔承载力较大的长桩，其余土层优选抗拔承载力较小的短桩。对于桩基础的地下室，优先利用抗压桩兼做抗拔桩来满足抗浮要求，不足则补充抗拔桩、抗拔锚杆或采取其他抗浮措施。抗拔桩宜选用直径较小的桩，康巴黎设计时应考虑桩身自重，桩和承台取浮重度。抗拔桩布置应先计算抗浮自重，抗浮稳定性不满足时按抗浮自重与浮力之差补足抗拔桩；抗拔桩优先设置于地下室底板之下减少底板配筋，应充分利用其抗拔力，数量较少时，可集中布置于柱下。

4.3 释放水浮力法

释放水浮力法是在合适的地层和环境条件下，通过隔水或则排水来降低底板水压力，以达到抗浮目的。排水减压法适用于坡地具有地下水自排条件、允许设置盲沟、导水层、排泄沟等永久性降排水设施的抗浮工程。隔水减压法适用于弱透水层，设置隔水帷幕或具有隔水功能的围护结构的抗浮工程，并在基础底板下方设置导水或透水系统将水汇集到集水系统排出。释放水浮力法应评估长期降水对周边道路、建筑物、管线等设施的影响。当地下排水出口高程低于洪水位时，应采取防倒灌措施。释放水压力法对相关排水设备的稳定性要求较高，后期运营维护成本较高，应保证技术可行、安全可靠、成本节省才能采用。同时，要求长期监测降排水效果，实时掌握排水设施的运行状态。

5 施工质量控制

地下室基坑侧壁与外墙之间肥槽应采用级配砂石、灰土或粘性土分层夯实（压实度不小于94%），不得回填膨胀土、耕土、淤泥和有机土。肥槽顶部室外地坪以下1~2m范围内应采用粘性土、水泥土、灰土等防渗性较好的材料封闭，封闭宽度向肥槽外扩1m，不得影响绿化功能。不得在未达到设计文件要求的停止降排水条件时提前结束施工降水，避免地下室顶板未及时覆土而上浮。地下室顶板覆土前不得封闭底板后浇带、肥槽和降水井，防止暴雨天气导致地下室上浮。若需要提前封闭，应采取压重或降水等措施，确保水位满足设计要求。地下室施工时应注意保护抗浮设施不受损害。

6 抗浮加固

地下室室抗浮加固方案有释放水浮力法、增重法、注浆加固法、锚固法（抗拔桩或锚杆）或组合加固法，应根据破坏模式和原因、施工条件、施工安全和可实施性等进行选择。对初定加固方案应从施工难度、安全性、施工造价、施工工期、预期效果、材料运输条件、机具条件和对环境影响等方面进行技术经济必选。地下室发生上浮事故时，应立即采取开孔泄压等应急处理措施，在查明结构现状之后选择有效的抗浮加固措施。当遇到抗浮结构出现明显的变形和裂缝，使用功能或条件有重大变化而导致不满足抗浮要求，抗浮工程安全性受到质量事故影响时，均应对地下室进行抗浮加固。地下室发生变形速率过快、变形过大时，应加强监测并采取相应措施：对变形较大的区域进行降水、排水、阻水；封闭地下室周边地面裂缝，采取防、排水措施；条件允许时增加荷重，对既有结构进行临时预防加固；在有代表性的位置增设地下水观测井，量测水位；及时委托有资质的检测单位鉴定既有结构，对构件的状态和稳定性进行评价。提出加固建议。地下室抗浮加固完成后，应当依据检测鉴定结果，对受损构件采取增大截面、粘碳纤维布、粘角钢、封闭裂缝、置换等方式进行加固处理。

7 工程案例

7.1工程概况

场地原始地貌为沟谷地带和丘陵坡地，经人工开挖推填平整，场地呈阶梯状。水位随原始地形变化较大，地下水径流条件好，总体随地势从高向底径流。勘察测得终孔稳定地下水位埋深2.7~15m，标高介于260.69~292.80m。根据相关水文资料推定，场地地下水变幅约在3~4m。在勘察期间无地下水动态长期观测资料的情况下，结合地区经验并综合考虑场地水文地质环境，提出各楼栋地下室抗浮设防水位标高为正负零以下2m。

7.2抗浮方案

该项目抗浮水头7~8m，自重无法满足抗浮要求，需大量设置抗拔桩（或锚杆）进行抗浮。考虑到该项目为山地建筑，且土质疏排水性能良好，经技术经济综合比选确定采用释放水浮力法抗浮方案，并对地下室底板做构造性加强。释放水浮力法采用压实填土后满铺300厚碎石层，静力压实，作为底板下疏排水通道。构造性加强措施包括纯地下室范围的冲孔桩按重力荷载配置钢筋，在不增加桩钢筋的情况下适当考虑抗拔承载力。

图1 地下室释放水浮力法示意图

7.3使用效果

项目完工后使用状况良好，证明采用释放水浮力法的可行性，且比抗拔桩（或锚杆）方案节省大量成本，取得了较大的经济效益。

8 结论和建议

应按照勘察报告中提供的抗浮设防水位验算水浮力，并考虑抗浮水位标高可能发生变化，合理设置底标高。在选用增加配重法、释放水浮力法、设置抗拔桩（抗浮锚杆）等抗浮措施时，应进行技术经济综合比选，抗浮措施的合理性直接影响结构安全性和经济性。

参考文献

[1]杨保生. 建筑物抗浮处理的研究[D].青岛理工大学,2018.

[2]周明荣,周芬娟,邹波雯. 地下室抗浮设计措施[J]. 建筑技术,2015,46(06):565-567.