地下室抗浮设计方法分析

孙举飞

（福建省建研工程顾问有限公司，福建 福州 350108）

随着城市用地越来越紧张，现代建筑对地下空间的需求也越来越大。地下室的安全性不容忽视。近期因地下室抗浮设计不当或施工不到位引发事故时有发生。最近南昌某房地产商开发楼盘因连日暴雨而使周边地下水位上涨，地下室因抗浮处理不当引起地下室柱大面积破坏，损失严重，在社会上造成很大影响。结构设计人员应重视地下室抗浮安全性。

1 抗浮设防水位

抗浮设防水位是地下室结构抗浮设计中的重要参数。结构设计时，应以岩土工程勘察报告提供的抗浮设防水位为依据。但结构设计人员应能根据场地水文地质条件、场地周边地形环境等判断其是否合理。当各方对抗浮设防水位的确定有不同意见时，宜通过专项论证确定。

抗浮设计时应对复杂、特殊的地质引起重视，如当基底存在岩石裂隙水情况时，应特别重视，因为岩石裂隙水具有很大的不确定性及危害性，甚至勘探期间未见地下水也不能代表其没有抗浮问题。若忽略岩石裂隙水等特殊的地质情况，可能造成严重后果。

2 压重法

压重法为通过增加地下室自重来抵抗水浮力的抗浮设计方法。压重抗浮法应满足G+Gt ≥KsS，其中，G 为结构自重标准值；Gt 为增加的压重标准值；S 为水浮力标准值；Ks 为抗浮稳定安全系数。

增加自重G 的措施有增加结构自重如增加地下室结构板厚度或地下室加设混凝土墙等；增加压重如增加地下室底板或顶板上的覆土厚度；或两者均增加如地下室底板于外墙处挑出结构板，可同时增加底板自重及增加外挑底板上覆土重量。

增加地下室结构板自重时一般增加底板或顶板板厚，不增加地下室中间层楼板厚度。因为中间层楼板一般受荷较小，而顶板需承受较大覆土及使用荷载，底板需承受水浮力荷载，通过加大底板、顶板板厚可提高楼板承载力，减小楼板配筋，而加大中间层楼板板厚反而可能因最小配筋率要求使板配筋加大。

每种增重措施的效果各不相同，应通过综合比较，从安全性、施工可行性、经济性等各方面综合考虑，选择合适工程的措施。

3 抗拔桩、抗拔锚杆法

抗力平衡法即通过抗浮锚固件构件（抗拔构件）提供抗拔力来抵抗水浮力的抗浮设计方法。应满足G+ ∑R ≥KsS，其中∑R 为抗拔构件抗拔承载力标准值总和。

灌注桩单桩抗拔承载力大，预制桩单桩抗拔承载力相对较小，但施工周期快、造价相对灌注桩低。预制管桩特别是PHC 桩的使用越来越普遍，由于PHC 桩的特点，用作抗拔桩时应采取措施保证其安全性。为保证PHC 桩在受拉荷载下接桩的可靠性，抗拔桩宜采用机械快速接头，桩头端板应增加锚固钢筋满足抗拔承载力要求，且必须对接头采取有效的防腐蚀措施。为保证抗拔桩与承台的连接可靠性，抗拔桩桩顶填芯深度应满足L ≥3m，且L ≥Nt /(k1πd f)，其中，L 为混凝土填芯深度；Nt 为单桩抗拔承载力设计值；k1 为经验折减系数，可取0.8；d 为管桩内径；f 为填芯混凝土与管桩内壁的粘结强度设计值。抗拔桩桩顶与承台的连接钢筋应满足As ≥Nt /fy , 其中As 为桩顶填芯混凝土内连接钢筋的总截面面积，钢筋应沿桩周围均匀布置，钢筋伸入管桩内的长度应同填芯混凝土灌注深度，锚入承台内长度应满足《混凝土结构设计规范》对受拉钢筋锚固长度的要求且不应小于40 倍钢筋直径。除设置填芯混凝土内连接钢筋外，当桩顶不截桩时，还应在桩顶的端头板上焊接普通钢筋，并锚入承台内；当桩顶截桩时，应保留桩身预应力钢筋，并将其锚入承台内，锚固长度不应小于50 倍预应力钢筋直径且不应小于500mm。

当抗压桩同时作为抗拔桩使用时，应同时满足抗压桩与抗拔桩的要求。当结构在不抗浮的情况下采用浅基础就能满足地下室及上部结构荷载要求的情况下，采用抗拔桩时，因桩受压作用不大，经济性较差。此时在地质条件允许的情况下，可使用抗拔锚杆法。

抗拔锚杆应有可靠的锚固土层，锚固段不应设置在未经处理的有机质土层、液限大于50% 的土层或相对密实度小于0.3 的土层中。锚杆可根据锚固段土质、锚杆承载力、长度选择不同的锚杆类型。抗拔锚杆可选用全长粘结拉力型锚杆、拉力型预应力锚杆、拉力型分散型预应力锚杆、压力型预应力锚杆、压力型分散型预应力锚杆或扩大段（端）锚杆、囊式锚杆等。

锚杆设计应明确锚杆总长及锚固长度，锚杆抗拔承载力，成孔直径，锚杆注浆材料，锚杆钢筋配置等。应对筋体与锚固体的锚固承载力验算、群锚效应稳定性验算及锚固体裂缝计算。锚杆施工前应选择典型岩层进行抗拔力基本试验，以确定岩土层摩阻力及锚杆抗拔承载力。

抗浮锚杆的布置形式可采用集中布置于柱下或分散布置（均匀布置或梅花形布置）于防水板。抗浮锚杆集中布置于柱下时可更好得使锚杆承载力合力点与柱下水浮力合力点重合。抗浮锚杆分散布置在防水板内时，水浮力传递给锚杆更直接，但防水板应有足够的刚度，且防水板配筋要留有一定的富裕度防止锚杆可能的失效。

4 浮力消除法

当平时地下水位较低，但抗浮设防水位较高，即地下室平时处于无地下水或较低地下水位状况，但可能在某些时刻出现较高地下水位。此时用前述压重法及抗力平衡法时，工程费用高，但只在极少数时刻起抗浮作用，因此可考虑采用浮力消除法，措施合理既能保证抗浮效果，又能节省工程费用，特别是地下室层数越多，基底越深的情况下经济效益越大。浮力消除法可通过排水限压法、隔水控压法或泄水降压法将地下室抗浮设防水位降低至不再需要采取其他抗浮措施的高程。

排水限压法即为通过疏排的方式控制地下水水位。地下水具备自行排泄条件的工程，如建于山坡上的地下室，可采用地下室底板下盲沟、排泄孔等自流排水限压，此时宜利用地下室室内集水坑设置排水通道作为附加安全储备。地下水不具备自行排泄条件的工程，除设置盲沟外，还应设置集水井或降水井，以使盲沟内汇集的地下水得以流入井内，并通过井内设备抽排走。基底孔压疏导调节系统即为一种排水限压法的措施。

基底孔压疏导调节系统是为了控制地下室结构抗浮设防水位的稳定性，疏导地下室底板面以上的地下水，消除地下水对室内地面的孔隙水压力，用以达到疏导目标而设计的一道地下水疏导系统。通过采用基底孔压疏导调节系统作为控制地下室抗浮水位标高的疏导调节系统，在地下室底板下接室内集水暗沟，通过集水暗沟与集水坑相连接，通过上述系统有效的把地下室抗浮水位控制在地下室结构底板以下一定深度处，为室内底板抗浮提供有效保障。疏导系统主要由HDPE 诱导排水板（包裹土工布）、碳纳米高分子复合材料JY-05/PBAT 主排水板（包裹土工布）和土工膜覆盖组成，排水板地下室底板范围内采用纵横交叉布置，排水系统接至地下室室内集、排水涵洞排水系统。

地下室底板位于砂土、卵石等透水层时，不适宜采用疏排水抗浮法。地下室底板宜位于弱透水层，如淤泥、淤泥质土、粘性土等。采用疏排水系统时，应注意采取以下措施保证疏排水系统的安全性：地下室外墙外围回填土宜采用渗透性低的粘性土等，将地表水予以隔断；排水出口应采取防倒灌措施；地下室底板应考虑一定的水头压力作为安全储备；应定期检查及清理疏水系统的集水涵洞、排水竖井、外接排水管，并对疏水目标水位进行巡察、监测。

浮力消除法应用得当的话，可带来显著的技术、经济效果，一旦处理不当也容易造成严重后果。浮力消除法的使用最好有当地成熟的经验为借鉴。

5 结语

地下室除满足整体抗浮要求外，还应满足局部抗浮要求。除应重视地下室结构抗浮安全外，也应重视底板在水浮力作用下承载力、变形要求。无论是地下室整体抗浮不满足而造成上浮，还是因底板抗浮承载力不足造成底板隆起，均会对地下室结构安全造成严重影响，且事后补救的代价都极大。