建筑基礎抗浮設計中的關鍵性問題

張忠良

摘要：地下室因水浮力而造成結構整體上浮或地下室底板局部隆起等工程事故頻頻發生，給人們的經濟財產造成了較大的損失。本文對此進行了研究和分析，得出導致事故發生的主要因素，即抗浮設計基本概念不清楚、抗浮水位的確定不清楚、參數選取不正確、錨桿抗浮傳力途徑不正確以及抗浮施工不正確等。

關鍵詞：主題詞：地下室，整體抗浮，局部抗浮，傳力途徑，錨桿

中圖分類號：U455文獻標識碼： A

隨著地下空間的開發與利用，許多建筑物的地下室因地下水的問題處理不當而造成嚴重工程事故，給我們造成造成了巨大的經濟損失。本文就這些事故的原因歸納總結為以下四個方面，希望能拋磚引玉。

一、基礎抗浮設計的基本概念

對多個因水浮力作用而引發的地下室工程亊故研究和分析，不難發現有些結構設計人員對地下水的作用認識不足，抗浮設計的基本概念與原理不夠清晰。常見的可以歸納為下列幾種情況：

1）忽視整體抗浮設計與驗算；

2）錯誤判斷裂縫產生原因；

3）錯誤的采用止水帷幕等支護、降水措施。

水之浮力巨大，萬噸級貨輪都能在海上、江河中航行?？梢园训叵率耶斪饕粭l“船”，地下室底板和側墻就形成一個密閉的船身，那么水浮力有多少呢？這是一個極其簡單的中學物理題，，即是它浸泡在水中的體積乘以水重度。地下室的抗浮設計原則：要使地下室這個船既不上浮，船身又不被破壞。因此，地下室的抗浮設計必須進行整體抗浮、局部抗浮驗算、裂縫和撓度驗算。

地下室整體抗浮常用做法有三類，一為“壓”，二為“拉”，三為“拉壓”結合。 保證抗浮力（壓重+抗拉力）大于水的總浮力，即

局部抗浮驗算、構件的裂縫和撓度驗算，應包括：梁板墻柱結構構件的強度驗算、變形驗算和裂縫驗算和局部的抗浮驗算。

當有些結構設計人員對上述最基本的概念還不夠清晰，可能給地下室結構帶來嚴重的破壞，將難以修復；或者就會出現底板隆起、造成地下室及上部結構局部范圍內的破壞；甚至容易造成底板產生裂縫而嚴重漏水，形成“地下水池”。

更需要注意的是，有些結構設計人員和施工人員對地表水作用認識不足，當地下室地基為不透水的巖土層、而基坑支護又嚴密的時候，一般認為不存在水的浮力，因此造成施工或使用期間地下室上浮破壞的盲期，一旦暴雨來臨，雨水流入基坑形成“腳盆”效應，即基坑是 “大腳盆”，地下室是“小腳盆”。施工期間一旦不能及時采取降水措施就會讓“小腳盆”浮起，使用期間若不將基坑四周的回填土采用粘性土分層夯實形成止水層，也同樣會出現“腳盆”效應。

另外，有些結構設計人員和施工人員忽視施工對地下室抗浮的重要性，施工設計圖紙對施工時抗浮措施的要求不予注明，施工人員在施工過程中沒有關注降水，沒有采取降水措施或在抗浮結構還未達到設計預定目標時就停止降水，導致在施工期間產生地下室整體上浮事故時有發生，產生上述現象的主要原因除缺少經驗外，主要是對我國現行的技術規范與標準，規定不了解。綜上所述，結構設計人員在進行工程的抗浮設計時，要做到以下三個步驟：

1）仔細研讀地勘報告；

2）進行整體抗浮和局部抗浮驗算，并提出施工的抗浮措施和降水措施；

3）對存在“腳盆”效應的結構進行分析，并有相應措施。

二、抗浮水位的確定

地勘單位在提供的地勘報告中，地下室的抗浮水位不嚴謹，而結構設計人員又缺乏對地勘報告的認真研讀和分析，表現出如下四種：

1）地勘報告未明確抗浮水位，只描述鉆孔時的可見水位；

2）臨近江河且又具有透水層的建筑場地，只按一般場地提出抗浮水位，未考慮設計使用年限的江河最高洪水位的影響。

3）根據業主節約投資的需要，或者業主要求增設地下室后，原地勘報告無抗浮水位的參數，又未進行補勘，就隨意修改或確定抗浮水位。

4）對于坡地建筑，提供抗浮水位遠高于設計的地坪標高，結構設計人員未進行認真分析而造成浪費。

在四種情況中，前3種情況會導致地下室因抗浮能力不夠而使結構破壞，第4種會導致不合理設計，增大工程投資成本，造成不必要的資源浪費。

此外，結構設計人員對如下特殊情況還應進行必要的分析和論證：

（1）地下水條件復雜、變化幅度大、排泄條件和區域性補給可能有較大改變或工程需要時，應進行專門論證；

（2）斜坡地段的地下室或可能產生明顯水頭差的場地地下室進行抗浮設計時，應考慮水滲流在地下室底板產生的非均布荷載對地下室結構的影響，不能籠統的采用地勘報告所提供的遠高于室外地坪的地下室抗浮水位來進行設計。水往低處流，若建筑物一側或多側是敞開的，水浮力不可能高出室外地坪位置；

（3）在有水壓差的江、河岸邊，且存在濾水層，應按設計基準期的最高洪水位來確定抗浮水位；

（4）雨水豐富的南方地區，尤其應注意因地面標高發生變化后對原地勘報告抗浮水位的修正，防止產生地表水聚集效應而造成地下室的破壞。

三、基礎抗浮驗算參數的選取

浮力的分項系數和抗力的分項系數，以及抗浮錨桿抗拉工作條件系數、抗拉設計強度如何取值等，目前在地下室抗浮設計中是沒有統一確定的觀點。

1. 我國眾多規范對水浮力和抵抗力的分項系數取值各有不同，造成結構設計人員取值混亂。

2. 錨桿抗浮系數和錨桿鋼筋取值

抗浮錨桿鋼筋截面面積計算在現行的規范中無明確規定，因此設計院就不同的方法，主要有以下兩種設計公式。

第1種，采用《鋼筋混凝土結構設計規范》正截面受拉承載力計算公式：

第2種，采用《建筑邊坡工程技術規范》錨桿鋼筋截面面積的計算公式：

四、抗浮錨桿驗算傳力途徑的設計

目前地下室采用錨桿抗浮設計主要有下列2種方法：

1）上部結構自重不滿足整體抗浮要求，采用錨桿抗浮。其計算公式為：。具體做法：底板下（連柱底或砼墻下）滿鋪錨桿，水浮力全部由錨桿承擔，不考慮上部建筑自重和地下室自重，保守且不經濟。

2）利用上部結構自重和錨桿共同抗浮，其計算公式為：。具體做法：將錨桿均勻分布在底板下（包括柱底或砼墻下），錨桿間距依據底部面積除所需錨桿根數來確定。

上面兩種抗浮設計方法，都有傳力途徑不清晰的錯誤。從理論上說，不管采用“壓”還是“拉”的方法抵抗水浮力，水的浮力是均勻作用在基礎底板上，而結構抗浮力作用（除底板自重外）是不均勻性，在整個地下室底板區域不均勻分布，可能是集中在一點上（即柱、樁和錨桿）或一條線上（即墻、梁），因此，分析傳力途徑極為重要。

正確做法是：抗浮力與水浮力平衡計算應分為兩種區域：柱、墻、梁影響區域與底板抵抗區域。純底板抵抗區域的計算公式：；而柱、墻、梁影響區域應充分利用上部結構自重進行抗浮，驗算傳遞的上部結構自重是否能平衡該區域的水浮力，此外，還應驗算在水浮力作用下梁強度、裂縫和撓度能否滿足要求。

計算方法可分解為以下四個方面：

1）在柱、墻、梁影響區域中：。

2）靠近梁、墻的第一排錨桿：錨桿的從屬寬度b0應是梁、墻傳遞建筑自重影響區域的寬度b，因為每根錨桿的抵抗面積有限，當上部自重較大時，為了充分利用該部分自重，可以加密靠近地梁第一排錨桿的間距。

3）純底板抵抗區域的計算方法是：。

4）第一排錨桿和第二排錨桿的間距。

參考文獻：

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