大型地下室抗浮设计若干问题研究

肖 伟

(厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361006 )

0 引言

为了提高土地利用率，近年来的设计项目对于地下空间的建设要求越来越高，一方面是平面尺寸越做越大，地下室的平面尺寸长度、宽度可达到200m～400m，常见的商品房小区地下室布置方式为周围布置一圈高层住宅，中间部位设置单层或两层纯地下室，纯地下室上方地面为小区公共绿地或室外活动场所；另一方面，地下室的开挖深度越来越深，在大型商业综合体或星级酒店或办公楼等设置3～4层的地下室，深度达到16m～18m。南方地区地下水位的标高都比较高，一般都在室外地面以下0.5m～1.0m，因此地下水水浮力对地下室的整体稳定、底板和外墙的受力作用影响就越来越大，考虑地下室的抗浮问题成为结构设计中的一个重要因素。

由于对地下水的作用考虑不周而产生的工程质量问题时常发生，主要表现在墙体或底板出现裂缝、渗水，甚至整个地下室出现上浮造成墙体和梁出现有害裂缝，一旦出现问题，所要采取的补强、补救措施则需要大量的费用，同时对项目建设工期都造成巨大的影响。出现地下室抗浮设计失效的主要原因有：抗浮锚杆或抗拔桩的承载力满足不了设计要求；地下水位超出设计预估的水位标高；地下室底板的承载力不足；室外的排水措施失效，不能有效降低地下水位的标高等。

此外，在施工期间，由于设计的使用荷载，如回填土、装修荷载等可能还没有施加到位就停止了地下室外的降水措施，一旦地下水位上升，就有可能造成抗浮能力不足，引起地下室上浮，地下室结构构件开裂。

在进行地下室的结构设计时，应该把地下室的抗浮设计放在首要位置，认真分析地质勘察报告提供的地下水位标高，水位变化的幅度范围，同时熟悉掌握建筑总平面设计的室外场地及道路的标高情况，分析可能发生的最高地下水位，以确定设计所要考虑的水头高度。基于此，笔者探讨大型地下室抗浮设计，施工全过程若干常见问题及其应对措施。

1 地下水位取值

地下水位的取值主要依据工程地质勘察报告,对于全埋式的地下室，在室外地面或道路的标高基本一致的情况下，地下水位取值的方法相对比较简单,一般情况下取室外地坪标高以下0.500m～1.000m。当室外场地及其道路的标高有差异时，可以根据标高的变化情况，分区域取值，通过线性插入的方式进行抗浮水位高度的计算，如图1所示。抗浮水位标高的最终取值，需要取得勘查单位的认可。

图1 室外场地有高差时抗浮水位示意图

对于坡地建筑，建筑物周边室外高差较大，地下室设计成半开敞式，或者该建筑临近场地有较大的高差时，也常采用通过设置排水盲沟的方法来降低抗浮设计水位。盲沟设置的标高一般不低于室外市政管网的标高，以保证室外排水管能够直接通到市政管网中，并且，在建筑物正常使用期间内通过重力作用即可排水，而非靠水泵长期抽水，除非出现特殊的暴雨天气需要采用水泵进行抽排水应急。

当地下室底板所处的地层正好是碎块状强风化或中风化岩层时，在裂隙发育的风化岩层中有可能存在承压裂隙水的作用，其压力大小较难预估，设计中应采取有效的减压措施以降低对地下室底板的作用力。

2 抗浮措施及验算

(1)常用的抗浮措施有增加有效压重、设置抗浮锚杆或抗拔桩等。抗浮锚杆分为土层锚杆和岩石锚杆，按其受力状态又分为预应力锚索和非预应力锚杆，当前应用较为广泛的还是非预应力锚杆。抗拔桩分为高强预应力管桩、大直径冲钻孔(或旋挖机成孔)灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩等。

(2)锚杆的抗拔承载力以地勘报告提供的参数作为初步计算的依据，并通过现场的基本试验进行验证。所有锚杆施工完成后还要进行施工验收试验。无论是土层锚杆还是岩石锚杆，其承载力都受到施工工艺控制的影响，承载力的离散性较高。因此，对于锚杆的施工应该有严格的要求，锚杆的长度及进入的土层、灌注浆液的配置、注浆压力、注浆量等都应进行实验进行验证。

(3)采用预应力管桩进行抗拔时，一般采用单节桩，如果需要两节桩，则必须采用机械连接。

(4)地下室的抗浮验算分为整体抗浮验算和局部抗浮验算[1]。整体抗浮验算是指地下室及其上部结构的恒荷载总值能否抵抗地下水浮力的作用，如果不能保证整体结构的稳定，则应设置抗浮措施并计算所需抗浮措施的数量即锚杆或抗拔桩的总体数量；局部验算主要是指地下室底板在地下水浮力作用下的强度验算和裂缝宽度验算。为使地下室底板的受力较为均匀，降低楼板配筋，一般可将锚杆布置在楼板跨中的中间区域；而抗拔桩一般是兼做抗压桩，桩数取抗压、抗拔2种工况下较多桩数进行布置桩基。当所需的抗拔桩数量较多时，也可以把部分抗拔桩布置在板块中间区域。当地下水位控制在底板底标高以下时，则不需要考虑水浮力的作用。

3 构造措施

按照所采用的抗浮措施的不同，应当做好相应的构造措施。

3.1 抗浮锚杆

抗浮锚杆的构造应包含锚杆体与底板的连接构造、锚杆与岩层的构造、锚杆与土体的构造。锚杆的材料一般分为普通钢筋、精轧螺纹钢筋、高强预应力锚索，锚杆顶部与地下室底板的连接方式应满足防渗防水要求。对于不同类型的锚杆应提出相应的浆液配合比、注浆压力、注浆量的要求。高强预应力锚索顶部锚具处应特别注意防水构造措施，避免在锚具部位渗漏水。

3.2 抗拔桩构造

当抗拔桩采用高强预应力管桩，桩长度大于单节桩(一般最长为15m)时，桩的连接必须采用机械连接，连接接头的强度必须大于桩身的抗拉强度。如采用灌注桩，则应验算桩身的裂缝宽度。

4 施工验收

抗拔锚杆的施工工艺较为复杂，每一个环节都影响锚杆的最终抗拔承载力，因此施工过程应当严格监督管理，对于每一根锚杆长度、注浆压力、注浆量都应当进行详细记录，确认施工过程是否达到设计要求。抗拔措施施工完成后，抗拔承载力都应进行试验验收，试验检测数量应满足相关规范要求[2]。

5 使用观测

在主体结构施工过程中，荷载是逐步施加的，在地下室抗浮计算中多考虑的荷载，没有施加到位前必须对地下水位高度进行观测，并按计算要求控制水位，尤其在工程项目进展过程中有临时中断施工的情况下，更加需要对地下水位的高度进行控制。

6 事故处理

一旦地下室抗浮措施失效，将造成地下室结构构件的破坏，如整体地下室上浮，底板开裂，墙体及梁开裂。

处理事故的程序：首先，应当检查地下室的标高观察点，掌握地下室上浮位移变化曲线；其次，复核抗浮措施及上部荷载状况，与设计工况的差别；第三，了解地下水位的变化情况，与设计抗浮水位的差别，及时降低超高的地下水位；第四，对地下室结构构件的裂缝情况进行全面的检查，做好相关记录，分析造成地下室抗浮失效的原因，评估原有抗浮措施的利用价值以及地下室结构的安全性；第五，依据分析结果以及现场情况提出确实可行的补强加固方案；第六，对加固后的结构进行检测、验收。

7 结语

抗浮设计在地下室的结构设计中应当摆在首要考虑的内容；抗浮设计水位应依据地质勘察报告、场地情况合理取值；采取的抗浮措施应当有效可行，施工过程必须进行严格监督管理，确保施工工艺及控制指标满足设计要求；地下室及上部主体结构施工过程中必须对地下水位进行观测，确保上部结构荷载能够满足地下室抗浮的要求，地下水位的控制应当有应急措施，一旦遇到特殊天气情况能够及时降水。