地下室結構抗浮設計要點

查旭

摘 要：目前大多數工程都設計有地下室，部分地下室由于抗浮設計的失敗造成地下室整體 上浮、局部底板破壞開裂漏水。本文根據筆者多個地下工程的設計經驗，結合現行規范標準 對地下室結構抗浮設計做了一些總結，與各位同行一起探討學習。

關鍵詞：水浮力；抗浮水位；抗浮設計；抗浮措施

1.抗浮設計的基本原理

水對地下建筑物的浮力作用遵循阿基米德原理，水對建筑物的浮力等于建筑物排開同體 積水的重量。同時水的浮力作用也遵循連通管原理。因此，當地下建筑物與周圍介質間存在 薄層自由水膜時，無論是潛水、上層滯水或承壓水，即可產生強度為γh 的浮力（γ為水的 重度，h 為建筑物基底以上的水頭），當水浮力大于地下建筑物的重量時，建筑物即可浮起。

2.確定科學合理的抗浮設防水位

抗浮設防水位應該取自地下室施工期間至全壽命使用期間可能遇到的最高水位。建筑場 地抗浮設防水位應以區域水文地質條件、場地地下水埋藏條件和地下水長期觀測資料為基 礎，從較大范圍的整個場地來考慮，而不是以某個建筑單獨來考慮。

地下室抗浮設防水位應根據勘察、設計規范中規定的原則確定。通常，當有長期水文觀 測資料時，抗浮設防水位可取歷年最高地下水位；當無長期水文觀測資料時，抗浮設防水位 可根據豐水期最高穩定地下水位和勘察期間實測最高地下水位并結合場地地形地貌、地下水 補給及排泄條件等因素綜合確定；對情況復雜的重要工程，需要論證抗浮設防水位時，應進 行專門調查研究；若地下室基礎和底板埋置于不透水層，周邊回填土為密實的不透水土，且 場地無積水時，可不考慮水浮力的作用。

抗浮水位的確定是一個復雜問題，抗浮水位的高低與地形、地下水類型、土質等多種因 素相關，應綜合分析確定，不能簡單地取用勘察報告提供的勘察時的水位。一般情況下，當 地勘報告沒有明確提供抗浮設防水位時，可參照下列幾種情況確定抗浮設計水位。

（1）當地下室基底位于含水層中，且含水層有承壓水存在時，抗浮設防水位應按照歷史 最高或豐水期最高承壓水頭計算水浮力。當承壓水與潛水或上層滯水有水力聯系時，應按二 者的混合最高水位計算水浮力。

（2）當地下建筑物所處場地地勢低洼，場地有可能發生積水時，應按照可能發生的積水 標高計算水浮力。

（3）一般情況下，出于安全考慮，在場地無積水的情況下，可取室外地面標高為抗浮設 防水位標高。當場地地勢高于周邊地面時，可按照設計使用年限內可能產生的最高地下水位 或豐水期穩定水位計算水浮力。

（4）對處于斜坡上的地下室或其他可能產生明顯水頭差的場地上的地下室進行抗浮設計 時，應考慮地下水滲流對地下室底板產生的非均布荷載的影響。

（5）對于鄰近江、河、湖泊的地下建筑結構，應根據地下土層分布情況考慮江、河、湖 泊的最高水位和水力坡降對抗浮設計水位的影響。

3.抗浮穩定安全系數

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）第 5.4.3 條規定，抗浮設計時，抗浮 穩定安全系數一般情況下可取 1.05。

4.抗浮驗算

對水位穩定的地下水浮力可按永久荷載考慮；對于水位急劇變化的地下水浮力應按可變 荷載考慮。

地下室在穩定地下水位作用下所受的水浮力應按照靜水壓力計算。基底水浮力計算應以 場地抗浮設防水位為起始點，對于砂層和卵石層按靜水壓力計算；對于滲透系數很小（k≤

0.5m/d）的弱透水層，在考慮滲流情況下，靜水壓力可以考慮折減。臨時高水位作用下的水 浮力在粘性土地基中可以根據當地經驗適當折減，在砂土中不折減。在無動水壓力及承壓水 時，計算水浮力的最高水位不宜超過地下室的頂板面標高。在進行抗浮設計驗算時不考慮地 下室外墻側壁的抗浮摩擦力。

地下室在施工和使用階段都必須滿足抗浮穩定性要求。在施工階段應根據施工期間的抗 浮設防水位和抗力荷載進行抗浮驗算，必要時可以采取施工降排水措施來滿足抗浮穩定性要 求。在使用階段應根據設計基準期內的抗浮設防水位進行抗浮驗算。抗浮驗算除了整體抗浮 穩定驗算以外，還應對局部自重較小的區域進行局部抗浮穩定驗算，特別是對上部結構缺層 或大范圍樓板開洞的部位。在水浮力作用下，基礎底板應具有足夠的強度和剛度，應進行水 浮力作用下的抗彎、抗剪和抗沖切承載力驗算。

（1）抗浮穩定性驗算

①整體抗浮穩定性驗算應采用《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）第 5.4.3 條 規定公式計算。

②整體抗浮穩定性不滿足設計要求時，可以采用增加壓重或設置抗浮構件（抗拔樁或抗 浮錨桿）等措施。當采用抗拔樁或抗浮錨桿時，整體抗浮穩定性驗算應符合下式要求：

其中 Gk 為建筑物自重標準及壓重標準之和，N w，k為浮力作用標準值，Ra為單樁抗拔承載力特征值，Kw為抗浮穩定安全系數。

（2）底板結構構件抗浮驗算

地下室底板設計應考慮兩種最不利的荷載組合，一種是只考慮板自重和板上豎向荷載作 用，不考慮地下水浮力和板底土反力的作用；另一種是同時考慮地下水浮力、板底土反力、 板自重及板上豎向荷載的組合。底板抗浮驗算主要是驗算地下室底梁、板的抗浮承載力和撓 度、裂縫。

5.抗浮措施

為防止地下工程的浮起破壞，目前，工程上通常采用配重法、設置抗浮樁或抗浮錨桿來解決地下工程的抗浮問題。

①增加附加壓重

當整體抗浮穩定性不滿足要求時，可以采用增加頂板覆土厚度或增加底板面層厚度來加 大壓重以平衡水浮力。

②設置抗拔樁或抗浮錨桿

抗拔樁或抗浮錨桿的抗拔承載力應采用抗拔載荷試驗確定。抗拔樁可采用混凝土預制樁 和灌注樁，應慎用預應力混凝土管樁，主要是管樁的主筋墩頭與端板連接處容易拉脫，同時 管樁的接頭焊縫耐久性也難以保證。抗拔樁還應進行樁身受拉承載力和裂縫寬度驗算。應盡 量將抗拔樁布置在獨立基礎下、基礎梁下或柱底筏板下。當筏板抗彎剛度較大時也可將抗拔 樁均勻布置在地下室底板下，此時雖然按樁頂承擔均勻的拉力來設計，但當底板受到極大的 浮力上拱時，使得靠近柱的基樁分擔的浮力較小，而遠離柱的基樁分擔的浮力偏大，底板剛 度愈小，這種不均勻分布的趨勢則更為劇烈，抗浮設計時應特別注意這一基本受力性狀。

③增加結構剛度

當整體抗浮穩定性滿足要求而局部抗浮穩定性不滿足要求時，可以采用加大結構局部 梁、板的剛度來抵抗水浮力。

6.結語

總之，地下室結構的抗浮設計是一個綜合性很強且十分復雜的問題。現代高層建筑地下 工程龐大，工程建設投資巨大，其中抗浮成本占據了較大比例。因此不管是從安全角度還是 經濟角度來看，地下室結構抗浮設計都是非常重要的。抗浮設計的關鍵是要弄清抗浮設計的 原理，確定科學合理的抗浮設計水位，認真細致的做好抗浮驗算，采取安全可靠的抗浮措施。 本文根據目前的新版設計規范結合多個工程實踐經驗就地下室結構抗浮設計做了一個技術 性的總結，由于本人知識水平有限，懇請各位同仁批評指正。

參考文獻：

[1]建筑地基基礎設計規范 GB50007—2011

[2]建筑地基基礎技術規范 DB42/242—2014