地下構筑物抗浮設計方法

張霞

【摘要】地下構筑物的抗浮設計是其結構設計中重要的設計內容，設計中需要考慮很多綜合因素和參數，是一項復雜的工作。本文根據構筑設計經驗，結合相關規范和一些觀點，介紹了地下構筑物抗浮設計中合理確定抗浮水位、選擇抗浮方法及抗浮設計中經常遇到的問題和解決方法等。闡述了在抗浮設計中需要解決和重視的一些方面。

【關鍵詞】地下；構筑物；抗浮；設計

隨著我國經濟水平和城市建設的不斷發展，城市地下構筑物及地下室的建設日益增多，對于地下建、構筑物工程，當存在地下水特別是地下水位較高時，抗浮驗算是結構設計的重要組成部分，如果結構抗浮驗算不能滿足要求，可能引起構筑物出現裂縫、漏水、結構上浮、底板拱起等破壞，補救起來比較麻煩。因此，地下構筑物抗浮驗算是否準確，設計措施是否合理直接影響著工程設計和造價，設計過程中應高度重視。

目前，抗浮設計中采用的抗浮措施主要是從抗浮和降水方面考慮的。所謂抗浮，即采用配重抗浮、抗拔樁、抗拔錨固抗浮防止地下結構上浮開裂；所謂降水，即采用降水和觀察井等措施降低抗浮水位以滿足地下結構抗浮要求。具體采用哪種方法，應根據實際工程具體情況而定，還應結合考慮對工程造價的影響。本文從確定抗浮水位、抗浮設計方法、抗浮設計遇到的問題等方面進行分析探討。

1、合理確定抗浮水位

在地下構筑物的結構抗浮設計中首先要合理確定其抗浮設計水位，其直接影響著項目的安全、造價和質量。進行地下水對構筑物的抗浮穩定驗算時，按照巖土工程地質勘察報告提供的設防水位并根據相關規范的要求計算地下水浮力時，確定一個科學合理的抗浮設防水位對于地下構筑物的抗浮驗算至關重要。

國標《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）1、第3.0.4條規定：當工程需要時，巖土工程勘察報告尚應提供基坑施工降水的有關技術參數及地下水控制方法的建議；用于計算地下水浮力的設防水位。2、 第5.1.5條規定：基礎宜埋置在地下水位以上，當必須埋在地下水位以下時，應采取地基土在施工時不受擾動的措施。

國標《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB50069-2002）第4.3.3條規定：1、構筑物側壁上的水壓力，應按靜水壓力計算；2、水壓力標準值的相應設計水位，應根據勘察部門和水文部門提供的數據采用：可能出現的最高和最低水位，對地表水位為宜按1%頻率統計分析確定；對地下水位應綜合考慮近期內變化及構筑物設計基準期內可能的發展趨勢確定。3、水壓力標準值的相應設計水位，應根據對結構的作用效應確定取最低水位或最高水位。4、地表水或地下水對結構作用的浮托力，其標準值應按最高水位確定。

可見，合理確定抗浮設計水位在滿足地質勘察時水位的抗浮要求外，其抗浮力尚應滿足其近期及設計基準期內水位的變化，需要掌握當地的水文資料及變化趨勢。

2、抗浮設計方法

按照《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB50069-2002）第5.1.2條規定：1、結構設計承載能力極限狀態設計：應包括對結構構件的結構整體失穩（滑移及傾覆、上浮）驗算。

地下構筑物設計應滿足其施工及使用階段的抗浮穩定性。根據《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB50069-2002）第5.2.3條規定，構筑物的抗浮穩定性系數Ks取1.05。

抗浮設計首先應考慮自重抗浮和配重抗浮的方法，即通過結構的自重和配重來平衡地下水的浮力。自重抗浮：自重計算不包括設備重、使用荷載及安裝荷載。構筑自重的增加，會使其體積隨之增加，地下水浮力也相應增加，因此自重抗浮一般在不具備其它抗浮條件或構筑物的自身重度與浮力相差不大時采用。自重抗浮較其它抗浮方式安全可靠。配重抗浮：是在構筑物的頂板上、底板外挑部分回填土或砌體，也可在底板上皮回填毛石混凝土、素混凝土層等填料，通過配重的方式抵抗水浮力的作用。

當采用自重或配重抗浮方法不能滿足抗浮穩定要求時，可采用抗拔樁和錨桿錨固抗浮。抗拔樁：是利用構筑物自重和抗拔樁側摩擦阻力來抗浮設計的，樁的直徑確定后，樁長根據巖土勘察報告圖層情況，樁端應深入巖石土層或相對較硬的土層，樁距可以通過土層摩阻等參數計算確定，其施工方便，耐久性能夠得到保證。錨桿錨固：錨桿通常為巖石地基的錨固抗浮，基巖應堅固完整。錨桿應在底板下均勻地布置，或布置在構筑物底板下壁板軸線的位置。采用錨固抗浮時，構筑物池體中空水或滿水工況下，抗拔樁及錨桿分別處于受拉或受壓的受力狀態。

3、抗浮設計問題探討

（1）地下構筑物除應滿足整體抗浮穩定要求，還應進行局部抗浮穩定驗算。當上部荷載分布不均時，應對荷載較小部分進行局部抗浮穩定驗算，避免發生底板局部隆起、開裂、破壞現象。

（2）在進行抗浮設計，選擇抗浮方法時，結合工程的具體情況，還應考慮工程的造價。當構筑物的自重與地下水浮力相差不大時 ，應優先選用自重抗浮及配重抗浮，增加重度產生造價的比較小 ，工程建成后亦不需要管理成本 。當構筑物的自重與地下水浮力相差較大時，應盡量選用錨固抗浮，可以減少工程造價。

（3）設計時應考慮施工時抗浮降水要求，結構設計說明中應注明施工降水時間、降水水位要求，并應在施工場地周圍布置降水井點，施工時地下水位一般降至施工作業面一下100mm，應帶結構頂板覆土完成后方可停止降水。

結語：

地下構筑物的抗浮設計，需要根據工程的實際情況、工程地質情況、地下水位標高等，采用合理的抗浮設計方案，同時應考慮工程的安全性、耐久性、工程造價。筆者根據工程實際設計經驗，結合規范要求規定，從合理確定地下水位、抗浮設計方法及抗浮設計中遇到的問題等方面進行了詳細的敘述。