浅析抗浮设计对某项目造价的影响

张科

【摘 要】本文主要通过对某工程项目地下室抗浮设计方法不合理导致工程造价的增加问题，提出合理化的建议，供结构设计者参考。

【关键词】抗浮设计；抗力平衡法；浮力消除法；工程造价。

引言

地下室抗浮设计的常用方法有自重平衡法、抗力平衡法、浮力消除法、综合设计等方法。在建筑工程设计中，所谓抗浮设计，通常是指属于抗力平衡法的抗拔锚杆或抗拔桩设计，相比其他方法，对工程造价的影响比较大。

1 工程概况

某工程项目总建筑面积约112328.5㎡，含地下室2层、地上裙楼6层、塔楼24层，地下室基面积10616.13m2。地下室基底标高为29.6m，处于不地下最高水位标高34.5m，基坑顶标高为36.9m。基坑支护为φ1000支护桩加止水帷幕设计，原抗浮设计方案设计采用φ800抗浮桩294条、φ130抗浮锚杆863条。

2 抗浮设计造价分析

原抗浮设计因考虑城市地铁要在该项目下通过，在大部采用抗浮桩设计的情况下，在地铁经过的裙楼部分采用抗浮锚杆设计，产生的工程造价如下：

φ130抗浮锚杆：6.3m*110元/m*863条=598059元

φ800抗浮桩：7.5m*1300元/m*294条=2866500元

φ800工程桩：6.8m*890元/m*107条=647564元

φ900工程桩：9.8m*990元/m*31条=300762元

φ1000工程桩：10.0m*1160元/m*33条=382800元

φ1100工程桩：8.7m*1330元/m*48条=555408元

φ1200工程桩：8.0m*1520元/m*15条=182400元

φ1300工程桩：9.2m*1720元/m*6条=94944元

φ1400工程桩：9.1m*1940元/m*8条=141232元

φ1500工程桩：9.0m*2160元/m*8条=155520元

φ1600工程桩：11.4m*2400元/m*8条=218880元

φ1700工程桩：8.7m*2650元/m*3条=69165元

φ1900工程桩：11.0m*3180元/m*3条=104940元

φ2000工程桩：9.8m*3480元/m*4条=136416元

φ2200工程桩：12.1m*4100元/m*1条=49610元

φ2400工程桩：14.2m*4650元/m*2条=132060元

该项目基础桩造价总计为6636260元，其中抗浮锚杆和抗浮桩造价合计为3464559元，该部分占基础桩造价的52.2%。

3 地下室抗浮验算

在抗浮验算中，永久荷载的效应对结构是有利的，因此现行的《建筑结构荷载规范》规定荷载的分项系数小于1.0，也可以按照安全系数法进行验算：

s1——地下水对地下室浮力的标准值 s2——基坑积水对地下室浮力的标准值

g——结构自身重量及上部永久荷载标准值之合

k——抗浮安全系数，可取1.1 3.1在模型状态下地下室承受地下水浮力为

s1=10616.13*（34.5-29.6）*9.8=509787 kN

3.2在雨水注满基坑的状态下地下室承受积水的浮力为

S2=10616.13*（36.9-29.6）*9.8=759478 kN

3.3根据预算数据，该项目地下室施工过程中钢筋混凝土总质量

g1=（2741.6+8663.5）*24.5=279425 kN

3.4根据预算数据，该项目裙楼施工过程中钢筋混凝土总质量

g2=10665.5*24.5=261305 kN

3.5根据预算数据，该项目塔楼施工过程中钢筋混凝土总质量

g3=27633.3*24.5=677016 kN

3.6根据以上数据分析可知：

g1+ g2+ g3=279425+261305+677016=1217746 kN

k*s1=1.1*509787=560766 kN

k*s2=1.1*759478=735426 kN

g1+ g2+ g3>1.1*s2>1.1*s1

综合以上情况可知：原项目的抗拔桩及抗拔锚杆的设置，只是为平衡地下室施工过程中的可能产生地下水或雨水倒灌积水的浮力。

4.施工过程中浮力产生条件分析

4.1该项目地下室基坑四周均采用止水帷幕的支护，阻水效果很好，基底为不透水的中风化砂岩层，基坑范围内无泉眼，施工过程中有多台水泵抽出雨水，正常情况下，基坑内无积水，只有在台风且所有抽水机都坏了的情况下，基坑内才有可能因雨水倒灌产生积水，这些积水要达到模型状态条件下，才能对地下室产生上浮力。所谓模型状态，是地下室基坑内满布连续的水体，地下室底板与墙完全闭合，底板下土层为透水性基层，这种情况组合出现才能对地下室形成上浮力，现场施工中遇到这种情况组合的概率非常低。

4.2作为大面积地下室，地下室的长度和宽度都比较大，需要设置多条后浇带，施工也是按后浇带分区分段分层施工，即使地下室全部施工完成，因后浇带的封闭也要等待一段时间，地下室底板与墙完全闭合在相当长的时间内也不能完全闭合，当地下室可以全部闭合时，整个建筑也施工到了相当的层数，上部荷载产生压力也会完全大于地下雨水产生的浮力。

4.3至于地下室外的连续水体也很难形成，因地下室分区分段施工，在施工现场的施工场地紧张的情况下，必须分区分段及时回填，从而使地下室基坑外积水产生隔断，不能形成连续水体。

4.4在基础底板的施工工程中，在水泥浆的渗透和上部混凝土结构的压力下，地下室底板与地基土体可结合成一个密闭的整体，在这种情况下，即使有大量雨水灌入基坑内，大部分积水会通过未封闭的后浇带进入地下室内，积水对地下室地板形成的是压力而不是浮力。

5 地下室抗浮设计中的常用方法

5.1 自重平衡法，即：采用回填土、石或混凝土等手段，來平衡地下水浮力； 5.2 抗力平衡法，即：设置抗拔锚杆或抗拔桩，来消除或部分消除地下水浮力对结构的影响； 5.3 浮力消除法，即：采用疏、排水措施，使地下水位保持在预定的标高之下，减小或消除地下水对建筑物的浮力，从而达到建筑物抗浮的目的；

5.4 综合设计方法，即：根据工程需要采用上述两种或多种抗浮设计方法，采用综合处理措施，实现建筑物的抗浮。

上述设计方法（5.1）和（5.2），从工程角度属于“抗”的范畴，能解决大部分工程的抗浮问题，但对地下水浮力很大的工程，投资大，费用高。而设计方法（5.3）则属于“消”的范畴，处理得当，可以获得比较满意的经济、技术效果。

一般情况下，当地下水位较高，建筑物长期处在地下水浮力作用下时，宜采用自重或抗力平衡法；当地下水位较低，建筑物长期没有地下水浮力作用或水浮力作用的时间很短、概率很小（虽然其有可能在某个时间出现较高的水位）时，宜采用浮力消除法。采用“抗”和“消”相结合的设计方法，对于防水要求不是很高的大面积地下车库等建筑尤为重要。

6 结束语

地下室的抗浮设计很重要，我们在设计中必须对地下水尤其是对雨水倒灌保持高度重视，采用适宜的施工循序。根据该项目的工程特点、地质情况、场地条件、环境和当地当时的情况及工程造价等因素，综合考虑后认为该项目采用“浮力消除法”为最佳的抗浮方案，可节省工程成本346.46万元。因此，作为结构设计人员需因地制宜，采用最有效的方法确保质量之余降低工程造价，控制企业成本。

参考文献

[1] jgj94-2008《建筑桩基技术规程》[s]

[2] gb50007-2002《建筑地基基础设计规程》[s]

[3]《全国民用建筑工程设计技术措施——结构（地基与基础）》.北京：中国计划出版社，2010