地下室抗浮设计方法的几点建议

【摘要】自我国改革开放以来，随着经济的快速发展，城市化进程加快，城市地下空间资源的开发和利用引来了越来越多的关注。许多居民区、办公区域都建立了地下车库，和各种各样的人民防空工程，以及独立的地下商场等。

【关键词】地下室；抗浮设防水位；抗浮措施

在地下建筑开发建设过程中，地下水对建筑物的影响是地下建筑工程遇到的特殊问题，地下水浮力是其中一个重要的影响因素。在进行地下室抗浮设计时，会遇到如何确定抗浮水位、采取何种抗浮措施等问题，各种抗浮方法都有其适用的条件和优势，采取适合的抗浮技术措施对地下室建设有很大的影响。

1、抗浮锚杆在地下室地板抗浮设计的应用

作为底下建设物的一个重要的问题，如何进行抗浮是必须要考虑的，常见的抗浮方法中都其存在的一些缺点和不足，都不能进行完全有效的解决强化抗浮问题，目前使用最为广泛的抗浮锚杆就是为了客服传统技术的缺点，对其进行优化处理后的结果。在使用抗浮锚杆中，解决了地下水由于浮力造成的开裂、结构上浮等问题之外，还能有效的解决传统方法费用高、使用操作复杂的难题。在抗拔能力和受力均匀方面也能对施工进行很大程度的提高。

2、抗浮稳定性

地下水对建筑造成的浮力是由地下水压力形成的，由于土体的性质影响，要比纯水条件下复杂得多，很多情况下与结构形式以及地下室埋置深度范围内的土层分布关系密切，需要做进一步分析。从力学上看，浮力就是结构所有体外表面所受水压力的矢量和，抗浮设防水位本质是地下结构所有体外表面所受水压力的矢量和对应的水头高度。地下建筑的抗浮稳定应满足：（结构自重及其上作用的永久荷载标准值得总和+抗浮措施提供的作用力标准值）>地下水对建筑物的浮托力标准值。为了衡量地下建筑的抗浮能力，定义“特征水位”，用符号“（Ha）”表示，特征水位（Ha）是地下建筑仅靠自重能平衡地下水浮力的最高水位，即抗浮稳定的临界水位。特征水位是反应地下室建筑在未采取额外抗浮措施时的整体抗浮稳定能力的重要指标。

3、特征水位的应用特征

水位反应的是地下建筑仅依靠自重的抗浮稳定性，如果在方案阶段求出地下建筑的特征水位立刻就能为决策者从抗浮的经济性上评估方案提供技术数据。当地下建筑不同层数和不同结构形式时利用特征水位对地下建筑抗浮能力进行判别的案例，横坐标为地下建筑结构形式，纵坐标为高程。当特征水位高于抗浮水位时，表明地下建筑自重满足抗浮稳定要求，无需采取其他抗浮措施；当特征水位高于抗浮水位时，表明地下建筑自重满足抗浮稳定要求，无需采取其他抗浮措施；特征水位低于抗浮水位的纵坐标数值就是需要抗浮能力的大小；抗浮水头高度（HW）=抗浮水位-特征水位。

4、抗浮措施

《建筑地基基础设计规范》规定：地下室存在水浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，当抗浮稳定性不满足设计要求时，地下室需要采取抗浮措施来满足抗浮稳定性要求。

4.1增加压重

主要是为了增加地下室重量，达到加重建筑本身的重量和地下室的水浮力平衡，达到抗浮的目的，主要措施包括：顶板荷载，底板荷载，底板外伸等等。如果地下室顶板覆盖土壤，则可以达到“一石二鸟”之用，既提高了建筑物绿化问题，还可以增加建筑重量，提升建筑物抗浮能力。增加底板（废铁混凝土等材料）的重量，则可以提高底板结构抗浮能力，同时减少了底板局部有效压力，有利于减小底板的结构尺寸和加固效果.

4.2抗拔桩

主要利用桩的抗拔力用于平衡地下室的水浮力，从而达到抗浮的目的。桩型可用于各种类型，钻孔桩和预应力管桩通常用作抗拔桩。预应力管桩广泛应用于地质条件较差的地区，适用于桩受力为桩侧摩擦力为主的各种建筑。

预应力管桩的成本比混凝土灌注桩的成本低，成桩的速度快，工厂化程度高，具有较大的强度和明显的经济效益。但预应力管桩用作抗拔桩，其局限性也很明显，首先因为预应力管桩的工厂加工生产，为方便生产和运输，单桩一般不是很长，需要进行现场焊接，焊接工作量大，桩身焊接处质量很难保证；其次，桩体焊接处钢制法兰长期浸泡在地下水中，容易受到腐蚀。

5、地下室底板抗浮锚杆的计算

5.1 计算之前相关设定

在对地下室抗浮锚杆的计算中首先要进行的是准确的计算出每一根锚杆实际承受的力和承受之后的变形情况，这样才能更好的对其实际情况进行模拟，才能对实际的抗浮锚杆进行设计。计算之前的设定是至关重要的，要对锚杆的受力（F）和变形（X）之前的关系进行设定，这里我们按照F=KX进行计算，这里的K为使用锚杆的刚度。另外，还要对锚杆的放置地点和外壁的情况进行约束。最后，在进行施工之前还要根据实际的情况对相关的数据进行修改和处理。

5.2 锚杆刚度K取值研究

在进行实际的计算和分析中其实就是对K值进行分析和研究，就是通过实际的测量和观察，通过精确的计算来对K值进行确定。这里的K值计算我们是根据前面公式的变形得出K=F/X，也可以根据实际的弹性模量E和锚杆的截面积A对公式进行处理变形为K=EA/L，其中L表示锚杆的长度。根据以往工程的成功案例和通常的计算情况，K的取值一般为100-200kN/mm。

6、结果比较分析

6.1 计算模型的建立

对实际的计算方法进行却行之后要对计算的模型进行建立，根据实际测量的结果和现场分析的数据对每一个锚杆的实际位置进行大致的计算，进行模拟的演变，然后根据实际的位置进行对参数和变量的假设。在进行模型的建立过程中我们经常使用的是SAFE和MIDAS两种处理方法，一般而言，SAFE是根据点来进行模型的设计，可以在使用的系统中直接导入相关的点，可以根据实际的需要增加或者减少点；MIDAS则是直接给节点进行约束，直接进行固定节点的增加和固定节点的减少，对节点的位置和距离是固定不变的。

6.2 位移结果比较

对实际的测量数据和实际的进行比较后，需要对以上SAFE和MIDAS两种处理方法进行比较，首先是对其位移等值线进行比较，通过实际的数据观察和比较分析，我们能够发现两种情况下的位移等值线大致一致，最大位移相差也在3mm以内。

结语：

地下室整体抗浮与局部抗浮短缺造成地下室工程事故时常发生，地下室的抗浮设计应根据工程实际情况得不同，选取合理的抗浮设防水位，并根据工程特点、地质情况、场地条件等因素，按照經济合理、技术先进、安全可靠和方便施工的原则综合考虑，选择一个最佳的抗浮措施来满足抗浮稳定性要求。

作者简介：

张艳锋，湘潭建筑设计院，湖南湘潭。