谈地下室的抗浮措施

2013-08-15黄静

山西建筑 2013年4期

关键词：抗浮抗拔浮力

黄静

(西南铁路房屋建筑公司，四川成都 610031)

0 引言

进入21世纪，随着经济的迅速发展，城市建设的加速扩张，人民生活水平的提高和城市化的推进，土地越发金贵。地下空间的利用成了工程师们的挚爱，地下室的建设不论是建设数量还是建设面积都越来越大，同时地下室抗浮成了工程师们不得不面对的问题。

1 地下室抗浮的几种情况

人们通常认为自重动辄上万吨的地下室不可能浮起来，现实是在施工过程中上浮的地下室，建成使用后上浮的地下室，被浮力产生的效应压坏的地下室底板，已经数不胜数。综上所述抗浮总体上分三种情况:

1)施工过程中的抗浮，其主要考虑的是已建成部分的自重作为向下抗浮力能否平衡向上的浮力。此时在地下结构主体已完成，但基坑尚未回填完成，结构主体外围因降雨或其他原因被水淹没，抗浮力仅有地下结构物自重，而浮力是整个构筑物排空的水体的重力，该种情况极易使地下结构物上浮、偏斜。与此类似的情况还有，已完成的部分的自重不能完全抵消地下水的浮力时就撤除了降水措施导致地下建(构)筑物的上浮或偏斜。

2)建成后的抗浮，其主要考虑建筑物的自重(恒荷载)、活荷载、使用荷载作为向下抗浮力能否平衡向上的浮力，即整体抗浮的问题。此种情况一般在设计时考虑的比较充分，受力也比较明确。设计计算考虑的关键是选定抗浮设计水位。

3)局部的抗浮，其主要考虑地下室抗水板的抗力能否大于浮力产生的效应，即局部抗浮的问题。此种情况主要是通过设计计算阶段计算构件配筋解决。

2 抗浮的主要措施

抗浮的主要措施分为“拉”“压”和“釜底抽薪”三类。

2.1 “拉”

所谓拉就是给地下室施加一个向下的力来平衡向上的浮力。主要措施包括:抗拔桩、抗浮锚杆等。

2.1.1 抗拔桩

抗拔桩是指抵抗建筑物向上位移的各种桩的总称。抗拔桩不同于一般的基桩，其自身的独特性能与一般基础桩的最大区别在于，基础桩通常为抗压桩，而抗浮桩则为抗拔桩，二者在受力上不同。在实际工程中抗浮桩多采用人工挖孔灌注桩或机械钻孔灌注桩。灌注桩作为抗浮桩的缺点在于:1)灌注桩的造价高;2)由于灌注桩与柱子连接使抗浮桩的间距太大，需要很厚的底板才能抵抗浮力产生的弯矩和剪力，因而底板造价也较高;3)单桩极限抗拔力低。当基桩(抗压桩)兼作抗拔桩时只考虑局部抗浮验算，但需对桩本身作抗拔(抗拉)验算，并且其受力钢筋应通长布置。

灌注桩作抗拔桩要注意以下情况:1)沉管灌注桩不宜作为抗浮措施;2)机械成孔灌注桩如地质条件适合成桩施工，则可优先考虑采用正(反)循环钻成孔嵌岩灌注桩。但是它受场地等施工条件的影响。由于设备比较笨重难于下到较深的基坑中施工，且有些靠基坑壁的边桩由于没有相应的工作面不能施工。如果先成桩后开挖基坑，则土方开挖不方便，且施工速度较慢。如场地土层条件好且又大，允许放坡施工可考虑先开挖基坑后成桩的办法;3)人工挖孔灌注桩作抗拔桩时在地下水位较高，特别是有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的高压缩性淤泥层和流塑淤泥土层施工时，必须有可靠的技术措施和安全措施，否则不得采用人工挖孔灌注桩而选用其他抗浮方法。如地质条件适合人工挖孔灌注桩施工，且当基岩与地下结构物底板距离不大时，则采用人工挖孔扩底嵌岩灌注桩作抗浮措施。

2.1.2 抗浮锚杆

抗浮锚杆采用锚杆与岩土锚固的抗浮措施，与其他抗浮措施相比此方法具有工期短、造价低、节省材料等优点。土层锚杆不仅适用砂性土、粘性土，而在饱和淤泥质地层中也获得了成功应用。根据工程经验最好使用较小的锚杆，这样就可以在整个底板面上以较小的间距来布置锚杆，从而减少底板的弯矩和配筋量。但使用较小的锚杆需要钻凿较多的锚杆孔，这样又会增加施工费用和工期。当采用抗浮锚杆时锚杆体系用螺纹钢不施加预应力，采用一定构造措施将抗浮锚杆顶部留部分直接浇入混凝土底板或梁。锚杆施工简单、施工周期短。采用锚杆抗浮需要考虑抗浮锚杆所用钢筋与混凝土底板的止水问题，防止从二者结合点发生渗漏。因此可以先施工抗浮锚杆后做地下结构物基础板，也可先做地下结构物基础板在板或梁上预留孔后施工抗浮锚杆。

2.2 “压”

所谓压就是给地下室增加配重，利用建筑物本身的自重加上配重的重力来平衡向上的浮力。主要措施包括:顶板压载、底板加载、延伸底板。

1)顶板压载。顶板压载是利用地下室顶板上的覆土的重力与建筑物自身的重力来抵抗浮力。但是地下室的顶板标高一般是已定的，且增加覆土厚度必然降低地下室层高或是增加地下室埋深。前者不满足经济适用性，后者必然使土方工程量增加，同时也会增加施工难度进而增加工程造价，更重要的是在增厚地下室顶板覆土的同时也增加向上浮力。加深基坑的深度造成大面积深基坑的开挖给施工场地的布置及基坑土坡稳定等带来很多困难。本措施一般用于埋深较浅不需要增加太厚混凝士的地下结构物的抗浮，否则会大大增加工程量、增加工程造价和增加工期，对规模较大埋深较深的地下结构物的抗浮不宜采用此抗浮措施。

2)底板加载。底板加载措施是将地下结构物底板的混凝土加厚，使建筑物自身重量增加，以抵抗向上浮力，但在增加混凝土的同时也增加了向上浮力，它增加的重量是混凝土与水的重量之差。底板加载混凝土会提高工程造价。采用底板加载抗浮措施，地下室底需浇筑大量的压载混凝土，在材料上造成极大的浪费，太厚的底板也会给施工带来很多困难。因压载加深基坑的深度，造成大面积深基坑的开挖给施工用地及基坑土坡稳定等方面带来很多困难。本措施一般用于埋深较浅，不需要增加太厚混凝土的地下室的抗浮，否则会大大增加工程量、增加工程造价和增加工期，对规模较大，埋深较深的地下结构物的抗浮不宜采用本措施。

3)延伸底板加载。延伸基板法是将地下结构物的基板向外延伸而形成翼板。由翼板上覆土与建筑物本身的重力来抵抗向上浮力。但是为了要延伸基板开挖的范围因而加宽，土方及使用土地面积也将因而加大，且会大大增加工程量、增加工程造价和增加工期。本措施适用于不受场地限制的规模较小地下室的抗浮。

2.3 “釜底抽薪”

所谓釜底抽薪是设法消去地下结构物底部的水压力，即在结构物四周及基底处事先修建降水盲沟。结构物投入使用后地下水由盲沟不断地流入集水井中被水泵排走。通过降水盲沟的使用，地下水位始终低于能使结构物浮起的预警水位，确保结构物不上浮。这种方法的优点是施工较方便，缺点是在结构物较大时，盲沟数量大、埋置深给结构物的日常管理和使用带来一定困难，本措施适用于透水率较低的土层，若在透水率高的土层中则本措施抽水费用将大为增加，并且还会因抽水而造成邻近区域的沉陷。实践证明在水池等地下构筑物下布置盲沟将地下水引入集水井的方法是十分经济有效的，但作为地下室的抗浮措施使用较少。