《建筑工程抗浮技术标准》之设计篇

伊新富

（浙江省城乡规划设计研究院，浙江杭州310030）

1 概 述

《建筑工程抗浮技术标准（JGJ 476—2019）》（下文简称《抗浮标准》）已经于2020年3月1日正式实施。抗浮标准是我国第一部关于抗浮的技术标准，适用于一般地质条件下的新建、在建工程和因抗浮能力不足而需要进行抗浮治理的既有工程。对特殊性岩土层，如新近填土、膨胀土、湿陷性土等，应根据专项研究或结合当地工程实践经验参照使用。

按抗浮标准抗浮治理的建筑工程，其基准抗浮设防目标为：当遭受低于场地抗浮设防水位的浮力作用时，工程结构不受损害，不需修复即可继续使用；当遭受相当于场地抗浮设防水位水平的浮力作用时，结构构件可能发生损害，经一般性修缮仍可继续使用；当遭受高于场地抗浮设防水位水平的罕遇浮力作用时，不产生危及结构正常使用功能的过大变形或破坏；对使用功能需求或有特定要求的既有建筑，经过抗浮治理后，能够满足预期的抗浮稳定性要求。

2 重要的基本概念

2．1 建筑工程

“建筑” 不仅指工业与民用建筑的 “建筑工程” ，也包含着其他领域如市政工程、水电、港口、轨道交通、公路等涉及抗浮问题的建筑物或构筑物。

2．2 抗浮稳定性

抗浮标准中的 “稳定状态” ，从浮力效应的角度，包含将地下结构底板以上视为刚性 “整体” 被抬升的可能性，塔楼与塔楼之间的纯地下室或地下室上设有不同层数裙楼等 “局部” 抬升位移和变形，以及墙、柱之间 “内部” 结构底板隆起变形和开裂。但从理论上讲，墙、柱之间 “内部” 隆起变形和开裂不属于 “稳定状态” 范畴，而是属于结构设计的强度和变形问题，只不过引起效应的作用是浮力，为突出 “抗浮稳定” 问题的不同目标，而笼统将其归并为 “稳定状态” 问题。由于抗浮标准主要针对 “抗浮稳定” ，涉及工程结构及构件的强度、变形内容可根据现行相关标准进行解决。

抗浮标准中 “整体” 和 “局部” 应根据不同的情况进行理解。

2．3 抗浮设防水位

抗浮设防水位并非永久性、真实存在的恒定现象，需要考虑一定的重现周期（安全设防基准期），而抗浮稳定性验算和抗浮设计也需要具有一定的安全储备，因此称之为 “设防水位” 。工程实践上， “设计水位” 与 “设防水位” 有关联也有区别。

由于工程结构设计人员往往习惯于简单的将用于防水、防渗设计的 “防水设计水位” 与用于抗浮稳定分析和抗浮治理设计的 “抗浮设防水位” 等同，而要求勘察阶段提供 “抗浮设防水位” ，实际操作中极易引起误解和争议，甚至形成安全隐患。

2．4 抗浮概念设计

根据抗浮设防水位和工程经验等形成的抗浮设计原则和设计思想，以及选择抗浮措施和确定抗浮治理方案的活动。

2．5 抗浮锚杆和抗浮桩

抗浮标准仍沿用按直径区分锚杆和桩的方法，其中也隐含施工工艺和锚固体材料的差异问题。

抗浮标准第7．5．1．2条规定了锚杆的直径不应小于150 mm。因此，抗浮标准的抗浮锚杆和抗浮桩的区分如下：150 mm≤d≤250 mm为抗浮锚杆；d＞250 mm为抗浮桩。

3 设防水位的确定

1）抗浮标准增加施工期抗浮稳定性的判别要求，主要原因是无论是设计还是施工方，普遍忽视施工期间的地下结构稳定性问题，从而造成众多工程事故。施工期抗浮设防水位取值，将直接影响工程建设成本。

2）施工期和使用期抗浮设防水位不应采用未经分析论证的勘察期间实测的地下水水位。有必要进行专项论证，甚至可提请当地的行政主管部门组织有关专家进行论证，以避免各控制环节争议而延误工程建设的有序进行。

3）水位预测咨询报告宜经过专家评审验收后使用。

4）抗浮设防水位不是勘察期间实测到的场地最高水位，也不完全是历史上观测记录到的历史最高水位，而是工程施工和使用期间可能遇到的最高水位，是根据场地条件和当地经验预测的、未来可能出现的一个水位，因此要考虑多种影响因素。

5）特殊条件场地抗浮设防水位宜为抗浮标准第5．3．2条和第5．3．3条确定水位与下列高程的最大值：

①地势低洼、有淹没可能性的场地，为设计室外地坪以上0．50 m高程；

②地势平坦、岩土透水性等级为弱透水及以上且疏排水不畅的场地，为设计室外地坪高程；

③不同竖向设计标高分区地下水可向下一级标高分区自行排泄时，为下一级标高区高程。

4 主要的设计改动

1）建筑工程地下结构底板底面所受的浮力主要包括稳定的水头产生的静水压力、地下水坡降产生的渗流压力和扣减上覆不透水层土体重力后的承压水压力。

从工程安全考虑，第6．1．1条中的 “最不利工况组合” 暂且按各部分最大值同时出现的组合工况考虑，并忽略其方向性和分布差异性，即仅按竖向、均匀分布考虑。

2）抗浮标准唯一的强制性条文，第3．0．4条对抗浮要求提出了稳定性、承载力、变形及有效性和耐久年限等综合要求。第3．0．1条则划分了抗浮工程设计等级，对不同等级有不同的抗浮稳定安全系数（第 3．0．3条）。第 6．3．7条，结构在进行抗浮稳定验算时，抗浮力计算考虑不同荷载类型、不同工况、不同抗浮等级的工程，抗浮验算取不同的组合系数，并且要区分荷载对抗浮设计有利和不利情况（表 1）。

表1 抗浮力组合系数

3）筏板基础即使各区域可能有所差异，但总体上具有一定的整体刚度，无论在竖向向下、向上的荷载作用，均具有相互传递或转移的性能，与上部结构的协同作用对结构荷载较小区域的浮力有一定的分担作用。但由于结构形式、结构自身刚度、连接方式、连接时机等千差万别，无法涵盖各种情形。因此，为工程安全计，在进行抗浮稳定性计算时均未考虑其有利作用，而视为独立的结构单元进行计算。

4）由于压重法、结构抗浮法等方法有时可能影响设计使用功能（限制室内空间、改变结构构件的受力状态、增加施工工序、加大结构费用等），因此，宜经建设单位同意方可采用，以避免不能满足设计功能和增加造价及工期等问题。

5）抗浮治理方案除满足抗浮标准的表6．5．1中方法及其组合抗浮措施外，还应包含下列防治措施：

①地下结构外周边地表应设置混凝土等弱透水材料的封闭带，范围宜扩至基坑肥槽边缘以外不小于1．0 m；

②场地应设置与渗水井、排水盲沟及泄水沟等形成有组织排水系统的截水沟、排水沟；

③基坑肥槽回填应采用分层夯实的黏性土、灰土或浇筑预拌流态固化土、素混凝土等弱透水材料；

④基底不得设置透水性较强材料的垫层，超挖土方宜采用混凝土等弱透水材料回填；

⑤给水排水管道的接口、沟、涵等应采取防渗漏措施。

6）抗浮工程设计除通常设计需要的资料外，还要提供经确认的抗浮设防水位及处理地基情况和所在地区工程抗浮经验以及施工技术资料。处理地基除承载力和变形特性与天然地基有区别外，在渗透性、重度等方面亦有别于天然地基，对地下水浮力有一定的影响，因此必须加以掌握。

7）抗浮工程设计要特别注意低水位工况上部结构荷载作用下的抗浮构件与基础的受力和变形验算，主要是考虑抗浮构件可能承担上部结构竖向荷载作用对其产生的不利影响，确保抗浮和抗压的不同方向受力状态的性能均能得到保障。

8）抗浮板法。

①抗浮标准第7．2．3条明确要求：厚度不应小于350 mm。

②抗浮板不分担上部结构荷载时，与其连接的基础周边宜设置聚苯板或焦渣等软垫层，厚度不宜小于基础边缘计算沉降量，宽度宜为基础边线中点计算沉降量的20倍且不宜小于500 mm。

9）锚杆法。

①锚杆孔洞直径较小，采用波纹管后，波纹管与孔壁间隙很小，注浆很难密实，易产生气孔及无保护层现象，容易造成金属波纹管锈蚀；目前锚杆工程中金属波纹管应用很少，尚缺乏足够经验，故不应采用。

②抗浮锚杆按上部结构—基础—地基—抗浮锚杆共同作用理念进行设计，考虑荷载平衡、刚度调平最为经济和有效。

③锚杆间距不应小于锚固体直径的8倍且不小于1．5 m。

④锚固体长度大于8 m时，应将锚固段在深度方向上错开设置。

⑤抗浮标准第7．5．8条对裂缝提出了严格的要求，甲、乙级工程，对锚固浆体的拉应力限制异常严格，普通锚杆因未施加预应力，所以完全无法实现相应要求。经验表明，非预应力锚杆的施工质量控制较难保证，故抗浮标准对其的使用限制趋于严格。

10）抗浮标准7．1．8条规定，抗浮结构及构件结构设计时，重要性系数应按抗浮设计等级为甲级、乙级和丙级相应取1．10、1．05和 1．00。

这里的重要性系数是否要和工程安全等级对应的重要性系数连乘呢？因为对应的条件不同，两个安全系数没必要连乘，只要在各自条件下使用即可。

5 结 语

1）抗浮标准的重要基本概念必须准确理解和把握，才能在工程中正确使用。

2）设防水位的确定是抗浮的关键要素之一，必须准确应用，必要时进行专家评审和论证，马虎不得。

3）抗浮标准主要的设计改动，直接影响抗浮设计的结果，造成抗浮成本的增加。

4）抗浮设计方法要注意资料的完整性和准确性，并进行各种工况的验算，要注意耐久性的要求和设计方法各自的特点和要求，以保证抗浮设计的安全适应，技术先进，经济合理，保护环境。