建筑地下结构抗浮设计

2020-03-06杨士友

工程建设与设计 2020年14期

杨士友

（贵州地质工程勘察设计研究院，贵阳550081）

1 引言

随着近年来建筑业对建筑地下结构抗浮性能重视程度的逐渐增高，建筑的抗浮性能也成为衡量建筑整体质量的一个重要指标，在建筑地下结构抗浮分析的过程中，由于很多因素都会使抗浮设防水位受到影响，从而增加工程事故出现的概率。此时，为确保抗浮工作充分发挥作用，及时采取相应的措施十分关键，实践证明，其能够在保证建筑使用寿命的同时，实现资源合理利用的目的，帮助结构专业人员综合解决各类问题。

2 抗浮设计相关规定与标准

GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》中明确指出，若出现地下水埋藏较浅或者地下构筑物上浮情况，相关人员必须进行科学的抗浮验算。但是，与抗浮设计相关的标准规范依然十分笼统。实际上，抗浮设计的复杂性很强，涉及面也很广，很多因素都是无法避免、不可抗衡的，这也是抗浮问题始终无法得出统一定论的关键原因。

3 地下结构抗浮设计影响因素

地下水位及其变幅是建筑地下结构抗浮设计的重要依据。进行地下结构的抗浮设计时，通常仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在地下结构的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下结构的面积较大、形状不规则，且上方局部没有建筑，此类抗浮问题相对难以处理，须作细致分析后再进行处理。

4 建筑地下结构抗浮主要措施

实际上，多数建筑的地下结构都存在抗浮问题，如地下室、下沉式广场、地铁及游泳池等，而通常情况下采取的抗浮措施以配重、锚固、降水以及侧墙加载措施为主。

4.1 配重抗浮

配重抗浮，是通过增加结构自重实现抗浮的目的，可以加厚底板或者将低等级混凝土挂于底板。当地下水的浮力与结构自重相差不多时，可选择配重抗浮法进行抗浮设计。但地下水的浮力与结构自重相差较大时依然采取这种方法，会导致工程造价不合理增加。

4.2 锚固抗浮

锚固抗浮实际上是预应力技术的应用，该方法具备更强的抗浮性和耐久性，但相对而言造价高且工序十分复杂，防水处理难度很大，该方法适用于结构上浮问题已经出现，配重无法再增加的情况。锚固抗浮常用的工具有锚索、锚杆、抗拔桩等。在基岩较浅的情况下锚杆效果最好，但若地下水有可能腐蚀钢筋，锚杆会受到耐久性的影响而导致抗浮效果不佳，因此，应用局限性实际比较强。

4.3 降水抗浮

降水抗浮主要应用于施工期间或水池等建筑，可采用盲沟排水、观察井及降水井降水等方式实现[1]。

4.4 侧墙加载抗浮

侧墙加载抗浮是将地下结构物侧墙的混凝土加厚，这种做法虽然增加了水的上浮力，但也由此加宽了地下结构物上方覆土的范围。这种做法虽然也可得到较大的抗浮力，并且不需要加深基坑开挖，但开挖的范围却因此增宽，在地价昂贵的地区，经济效益也将因此折减。此法一般适用于不受场地限制、地价不贵地区的规模较小地下结构物的抗浮。

5 建筑地下抗浮处理

设计人员可将建筑特征考虑在内，在常规抗浮的同时注重地下水的疏导，使建筑地下结构的抗浮问题得到经济、快速、系统的处理。具体而言，设计人员可采用水力坡降代表建筑地下底板开孔泄压的具体情况，即在水压差保持不变的情况下，不仅水头间距离出现大幅度的缩减，密闭的地下室箱体长度也会随之锐降，这种情况下若水力坡降呈上升趋势，土的渗透性能会随之加强，进一步充分发挥地下水疏导以及降低地下水位的重要作用。

首先是建筑地下结构的常规抗浮。设计时，若建筑物的地上结构外边线与地下室外边线基本重叠，则地下室抗浮设计按以下原则进行：当结构重量大于地下水的浮力且满足上式时，不必考虑地下水对地下室的整体浮力作用，但应在设计中采取隔水或降水措施降低地下水水位。当结构重量小于地下水的浮力时，地下室需要设置永久性抗拔构件或采取其他有效措施（如顶板填土加压等）以平衡地下水对整体结构的浮托力。

上述情况还必须考虑地下水浮托力对地下室底板的反向作用，保证地下室底板构件在地下水反向作用下应具有足够的强度和刚度，并满足构件的上拱抗裂要求。如果底板配筋量过多或截面尺寸过大而造成造价太高或施工困难时，也可考虑在底板中部设置抗拔桩或抗拔锚杆以改善底板的受力状态。

然后是泄水减浮。若建筑为坡地建筑，设计人员即可利用疏导的方式进行抗浮设计，使水位下降。设计人员可在地下室底板与山体接近的一侧，选取合适距离分别设置泄水孔，同时，将配水管合理铺设于地下室底板垫层，采取柔性套管密闭连接泄水孔及排水口一端，排水口另一端则需连接水处理池，出水标高与抗浮设计水位相符即符合抗浮要求。根据连通器的原理，若地下水的水位高度超过抗浮设计水位，多出的水会向水处理池自动排入，对原场地水环境没有影响。除此之外，抗浮人员还应结合实际情况，将排水盲沟合理设置于地下建筑外墙侧填土内，盲沟最低点需与抗浮设计水位基本一致，最高点需按照地下结构的不同设定[2]。排出的水可用于室外植物浇洒，十分环保。

实践证明，同时采取地下室底板虹吸排水以及侧壁外盲沟排水2种方法，可以更好地保证地下室抗浮设计效果，使水位达到设计标高后自然溢流，从而避免了对周边地下水环境的影响；在非结构层内设置泄水孔与排水盲沟效果也十分显著，并且出现堵塞情况时便于检修；利用场地自然高差进行排水，可减少人工因素带来的影响，并且技术与管理风险相对极低。上述3种技术效果好、成本不高且环保，属于典型的绿色技术，不仅能保证建筑全寿命周期内的结构安全，也能在节约资源、能源的基础上，达成环境保护的主要目的，值得进一步的研究推广。