建筑地下結構抗浮設計

楊士友

（貴州地質工程勘察設計研究院，貴陽550081）

1 引言

隨著近年來建筑業對建筑地下結構抗浮性能重視程度的逐漸增高，建筑的抗浮性能也成為衡量建筑整體質量的一個重要指標，在建筑地下結構抗浮分析的過程中，由于很多因素都會使抗浮設防水位受到影響，從而增加工程事故出現的概率。此時，為確保抗浮工作充分發揮作用，及時采取相應的措施十分關鍵，實踐證明，其能夠在保證建筑使用壽命的同時，實現資源合理利用的目的，幫助結構專業人員綜合解決各類問題。

2 抗浮設計相關規定與標準

GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》中明確指出，若出現地下水埋藏較淺或者地下構筑物上浮情況，相關人員必須進行科學的抗浮驗算。但是，與抗浮設計相關的標準規范依然十分籠統。實際上，抗浮設計的復雜性很強，涉及面也很廣，很多因素都是無法避免、不可抗衡的，這也是抗浮問題始終無法得出統一定論的關鍵原因。

3 地下結構抗浮設計影響因素

地下水位及其變幅是建筑地下結構抗浮設計的重要依據。進行地下結構的抗浮設計時，通常僅考慮正常使用的極限狀態，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現局部破壞。另外，在地下結構的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下結構的面積較大、形狀不規則，且上方局部沒有建筑，此類抗浮問題相對難以處理，須作細致分析后再進行處理。

4 建筑地下結構抗浮主要措施

實際上，多數建筑的地下結構都存在抗浮問題，如地下室、下沉式廣場、地鐵及游泳池等，而通常情況下采取的抗浮措施以配重、錨固、降水以及側墻加載措施為主。

4.1 配重抗浮

配重抗浮，是通過增加結構自重實現抗浮的目的，可以加厚底板或者將低等級混凝土掛于底板。當地下水的浮力與結構自重相差不多時，可選擇配重抗浮法進行抗浮設計。但地下水的浮力與結構自重相差較大時依然采取這種方法，會導致工程造價不合理增加。

4.2 錨固抗浮

錨固抗浮實際上是預應力技術的應用，該方法具備更強的抗浮性和耐久性，但相對而言造價高且工序十分復雜，防水處理難度很大，該方法適用于結構上浮問題已經出現，配重無法再增加的情況。錨固抗浮常用的工具有錨索、錨桿、抗拔樁等。在基巖較淺的情況下錨桿效果最好，但若地下水有可能腐蝕鋼筋，錨桿會受到耐久性的影響而導致抗浮效果不佳，因此，應用局限性實際比較強。

4.3 降水抗浮

降水抗浮主要應用于施工期間或水池等建筑，可采用盲溝排水、觀察井及降水井降水等方式實現[1]。

4.4 側墻加載抗浮

側墻加載抗浮是將地下結構物側墻的混凝土加厚，這種做法雖然增加了水的上浮力，但也由此加寬了地下結構物上方覆土的范圍。這種做法雖然也可得到較大的抗浮力，并且不需要加深基坑開挖，但開挖的范圍卻因此增寬，在地價昂貴的地區，經濟效益也將因此折減。此法一般適用于不受場地限制、地價不貴地區的規模較小地下結構物的抗浮。

5 建筑地下抗浮處理

設計人員可將建筑特征考慮在內，在常規抗浮的同時注重地下水的疏導，使建筑地下結構的抗浮問題得到經濟、快速、系統的處理。具體而言，設計人員可采用水力坡降代表建筑地下底板開孔泄壓的具體情況，即在水壓差保持不變的情況下，不僅水頭間距離出現大幅度的縮減，密閉的地下室箱體長度也會隨之銳降，這種情況下若水力坡降呈上升趨勢，土的滲透性能會隨之加強，進一步充分發揮地下水疏導以及降低地下水位的重要作用。

首先是建筑地下結構的常規抗浮。設計時，若建筑物的地上結構外邊線與地下室外邊線基本重疊，則地下室抗浮設計按以下原則進行：當結構重量大于地下水的浮力且滿足上式時，不必考慮地下水對地下室的整體浮力作用，但應在設計中采取隔水或降水措施降低地下水水位。當結構重量小于地下水的浮力時，地下室需要設置永久性抗拔構件或采取其他有效措施（如頂板填土加壓等）以平衡地下水對整體結構的浮托力。

上述情況還必須考慮地下水浮托力對地下室底板的反向作用，保證地下室底板構件在地下水反向作用下應具有足夠的強度和剛度，并滿足構件的上拱抗裂要求。如果底板配筋量過多或截面尺寸過大而造成造價太高或施工困難時，也可考慮在底板中部設置抗拔樁或抗拔錨桿以改善底板的受力狀態。

然后是泄水減浮。若建筑為坡地建筑，設計人員即可利用疏導的方式進行抗浮設計，使水位下降。設計人員可在地下室底板與山體接近的一側，選取合適距離分別設置泄水孔，同時，將配水管合理鋪設于地下室底板墊層，采取柔性套管密閉連接泄水孔及排水口一端，排水口另一端則需連接水處理池，出水標高與抗浮設計水位相符即符合抗浮要求。根據連通器的原理，若地下水的水位高度超過抗浮設計水位，多出的水會向水處理池自動排入，對原場地水環境沒有影響。除此之外，抗浮人員還應結合實際情況，將排水盲溝合理設置于地下建筑外墻側填土內，盲溝最低點需與抗浮設計水位基本一致，最高點需按照地下結構的不同設定[2]。排出的水可用于室外植物澆灑，十分環保。

實踐證明，同時采取地下室底板虹吸排水以及側壁外盲溝排水2種方法，可以更好地保證地下室抗浮設計效果，使水位達到設計標高后自然溢流，從而避免了對周邊地下水環境的影響；在非結構層內設置泄水孔與排水盲溝效果也十分顯著，并且出現堵塞情況時便于檢修；利用場地自然高差進行排水，可減少人工因素帶來的影響，并且技術與管理風險相對極低。上述3種技術效果好、成本不高且環保，屬于典型的綠色技術，不僅能保證建筑全壽命周期內的結構安全，也能在節約資源、能源的基礎上，達成環境保護的主要目的，值得進一步的研究推廣。

6 結語

綠色技術與普通建筑地下結構抗浮技術相比較而言，不僅能提高地下結構的質量，還能為建筑物在全壽命周期內的經濟性、實用性以及安全性提供保證。在科學技術飛速發展的大背景下，抗浮技術也必然會得到更好的發展，而綠色技術旨在建筑地下抗浮設計中實用性、綜合性以及系統性的充分體現，值得我們進一步去探索實踐。