高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)探討

摘 要：當(dāng)前建筑業(yè)中對于地下空間抗浮設(shè)計(jì)，現(xiàn)行規(guī)范和各地方規(guī)范均沒有全面、系統(tǒng)的規(guī)定，導(dǎo)致后期工程設(shè)計(jì)中存在某些問題。筆者認(rèn)為抗浮設(shè)防水位應(yīng)綜合考慮，文中針對抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算的計(jì)算式、地下水浮力的分項(xiàng)系數(shù)和抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)的取值問題，對現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行了對比、歸納和小結(jié)，與同行交流學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：抗?。辉O(shè)防水位；穩(wěn)定驗(yàn)算；分項(xiàng)系數(shù)；安全系數(shù)

隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，土地資源日趨緊張，以及設(shè)計(jì)師們對審美的要求，城市高層建筑越來越多，而為了更多的利用空間，增加高層建筑的功能型，一般設(shè)計(jì)出龐大的地下空間即地下室。高層建筑設(shè)地下室有諸多價(jià)值，使得目前大面積的、超長的、多層的地下室越來越常見，投資占整個建筑的比重也漸漸增大。高層建筑地下室的層數(shù)一、二層至多層，其基礎(chǔ)埋深也隨著地下室的層數(shù)增加而加深。當(dāng)?shù)叵率衣裆畹陀诘叵滤粫r(shí)，應(yīng)進(jìn)行地下室抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。因此，地下室抗浮設(shè)計(jì)及抗浮措施顯得尤為重要，其建設(shè)影響整個建筑的造價(jià)以及后期施工問題。

1 現(xiàn)行地下室抗浮設(shè)計(jì)規(guī)范

在高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)和抗浮方法上，現(xiàn)行規(guī)范均有只規(guī)定：

（1）建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算——《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011（以下簡稱《地基規(guī)范》）第3.0.2-6條；

（2）高層建筑地下室設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮上部荷載、巖土側(cè)壓力及地下水的不利作用影響。地下室應(yīng)滿足整體抗浮要求，可采取排水、加配重或設(shè)置抗拔錨樁（桿）等措施——《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《高規(guī)》）第12.2.2條；

（3）當(dāng)?shù)叵率宜芨×Υ笥诘叵率壹捌渖辖ㄖ锏暮芍貢r(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。對于天然地基，宜設(shè)置抗浮樁或錨桿，或采取壓重等抗浮措施——《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》DB42/242-2003（以下簡稱《地基規(guī)范》）第11.4.11-7條。

在當(dāng)前地下室抗浮設(shè)計(jì)和抗浮方法上，我國現(xiàn)行的眾多規(guī)范中并沒有較全面、系統(tǒng)的規(guī)定，導(dǎo)致在實(shí)際的很多高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)和施工中常常會遇到這些問題，如：如何合理確定抗浮設(shè)防水位；如何進(jìn)行抗浮穩(wěn)定計(jì)算；采取哪種抗浮措施（排水、加配重或設(shè)置抗拔樁、抗拔錨桿）更經(jīng)濟(jì)、合理，而且業(yè)主更能接受等一系列問題，這些都是需要工程設(shè)計(jì)和施工人員進(jìn)行探討和分析的重要問題。

2 關(guān)于抗浮設(shè)防水位的取值問題

地下水位及其變幅是高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)重要依據(jù)，在實(shí)際的抗浮設(shè)計(jì)中只考慮正常使用極限狀態(tài)，對施工過程和洪水期水位認(rèn)識不足，因此造成后期施工過程中由于抗浮不足而出現(xiàn)局部破壞。因此，如何正確確定抗浮設(shè)防水位，十分重要。目前一般按相關(guān)規(guī)范來確定：

（1）在《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2001（以下簡稱《地下防水規(guī)范》）中規(guī)定附建式全地下室或半地下工程的防水設(shè)防高度，應(yīng)高出室外地坪高程500mm。

（2）省《地基規(guī)范》）中規(guī)定在無動水壓力及承壓水時(shí)，計(jì)算浮力的最高水位不宜超過地下室頂板面標(biāo)高。

（3）《全國民用建筑工程技術(shù)措施2009結(jié)構(gòu)（地基與基礎(chǔ)）》（以下簡稱《全國技術(shù)措施》中規(guī)定：抗浮設(shè)防水位應(yīng)由勘察報(bào)告提供?？垢≡O(shè)防水位的選取應(yīng)綜合考慮。這七條規(guī)定很詳細(xì)、全面。與以下幾條規(guī)定基本一致。

（4）《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（以下簡稱《巖土規(guī)范》）中規(guī)定：“對高層建筑或重大工程，當(dāng)水文地質(zhì)條件對地基評價(jià)、基礎(chǔ)抗浮和工程降水有重大影響時(shí)，宜進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察”。

（5）《巖土規(guī)范》中提出：“對地下水的勘察要求，勘察時(shí)的地下水位、歷史最高地下水位、近3～5年最高地下水位、水位變化趨勢和主要影響因素”。

（6）省《地基規(guī)范》中規(guī)定：“抗浮設(shè)防水位若有長期水文觀測資料或歷史水位記錄時(shí)，地下水作用力的計(jì)算可采用歷史最高水位；若無長期水文觀測資料或歷史水位記錄時(shí)，地下水浮力的計(jì)算可采用豐水期最高穩(wěn)定水位”?？垢≡O(shè)防水位是很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，影響因素眾多。不僅與氣候、水文地質(zhì)等自然因素有關(guān)，有時(shí)還涉及地下水開采等諸多復(fù)雜因素。對情況復(fù)雜的重要工程，要在勘察期間預(yù)測建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時(shí)相當(dāng)困難。

綜上所述，抗浮設(shè)防水位應(yīng)參照以上規(guī)范各條規(guī)定綜合考慮。筆者認(rèn)為，只有根據(jù)建筑物的重要性、不同地區(qū)的水文地質(zhì)條件、采取基礎(chǔ)抗浮和工程降水措施，確定合理的抗浮設(shè)防水位，才能優(yōu)化地下室抗浮設(shè)計(jì)，使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

3 抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算問題

《全國技術(shù)措施》中規(guī)定：“建筑物在施工和使用階段均應(yīng)符合抗浮穩(wěn)定性要求”?？垢≡O(shè)計(jì)時(shí)，不僅要進(jìn)行整體抗浮穩(wěn)定計(jì)算，還要進(jìn)行局部抗浮穩(wěn)定計(jì)算。比如，多棟高層建筑下有一整體地下室，主樓范圍整體抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)滿足要求，但主樓之間的地下室就應(yīng)驗(yàn)算局部抗浮穩(wěn)定?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012（簡稱《荷載規(guī)范》）中規(guī)定，“對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)滿足有關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定”。對于地下水荷載的分項(xiàng)系數(shù)，目前我國各地方?jīng)]有采取統(tǒng)一的系數(shù)。對于地下室抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，現(xiàn)行國家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范沒有統(tǒng)一規(guī)定，國家規(guī)范和各地方規(guī)范要求各不相同。主要有如下要點(diǎn)：

3.1 抗浮驗(yàn)算公式及抗浮安全系數(shù)

（1）《地基規(guī)范》中規(guī)定：“建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算“。應(yīng)符合下式要求：

Gk/Nw，k≥Kw

式中：Gk——建筑物自重及壓重之和（kN）；

Nw，k——浮力作用值（kN）；

Kw——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況可取1.05。

（2）《全國技術(shù)措施》中規(guī)定：“當(dāng)建筑物的抗浮驗(yàn)算無明確規(guī)定時(shí)，宜按下列公式進(jìn)行抗浮驗(yàn)算：

G/S≥K

式中：G——結(jié)構(gòu)自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和，不包括活荷載；

S——地下水對建筑物的浮托力標(biāo)準(zhǔn)值；

K——地下結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)，一般取1.05。

（3）《廣東規(guī)范》中規(guī)定，地下室抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)滿足下式要求：

W/F≥1.05

式中：W——地下室自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和（即荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0）；

F——地下水浮力的標(biāo)準(zhǔn)值，不需要考慮水浮力作用的荷載分項(xiàng)系數(shù)。

（4）《北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則（結(jié)構(gòu)專業(yè)）》（簡稱《北京細(xì)則》）中規(guī)定：在驗(yàn)算建筑物之抗浮能力時(shí)，應(yīng)不考慮活載，抗浮安全系數(shù)取1.0。即滿足下式要求：

建筑物重量（不包括活載）/水浮力≥1.0。

建筑物重量及水浮力分項(xiàng)系數(shù)取1.0。

（5）《地下防水規(guī)范》中規(guī)定：“明挖法地下工程的結(jié)構(gòu)自重應(yīng)大于靜水壓頭造成的浮力，在自重不足時(shí)必須采用錨樁或其他措施。抗浮力安全系數(shù)應(yīng)大于1.05～1.10?！?/p>

比較以上規(guī)范，前三個規(guī)范規(guī)定總體思路是一致的?！侗本┘?xì)則》抗浮安全系數(shù)略低?！兜叵路浪?guī)范》抗浮安全系數(shù)稍高。

3.2 水浮力作用的荷載分項(xiàng)系數(shù)

（1）《荷載規(guī)范》中也有說明：地下水壓力作為永久荷載考慮時(shí)，由于受地表水位的限制，其分項(xiàng)系數(shù)一般建議取1.0。永久荷載一般對結(jié)構(gòu)是有利的，荷載分項(xiàng)系數(shù)一般應(yīng)取小于1.0的值。

（2）省《地基規(guī)范》中規(guī)定：“地下室在穩(wěn)定地下水位作用下所受的浮力應(yīng)按靜水壓力計(jì)算”。地下室頂板面有填土?xí)r，填土荷載計(jì)算應(yīng)按兩階段考慮：當(dāng)為明挖法施工階段，計(jì)算抗浮穩(wěn)定時(shí)，地下室頂面的填土荷載不應(yīng)考慮；當(dāng)竣工后使用階段，地下室頂面的填土荷載應(yīng)考慮。

3.3 小 結(jié)

（1）地下水壓力可按永久荷載考慮，其分項(xiàng)系數(shù)一般取1.0。

（2）關(guān)于抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)的取值，應(yīng)視施工階段、使用階段和不同工況取值不同：

①明挖法施工階段，抗浮安全系數(shù)應(yīng)大于1.05～1.1；

②使用階段，抗浮安全系數(shù)應(yīng)不小于1.2；

③抗浮設(shè)防水位確定為歷史最高水位，或抗浮設(shè)防水位為室外地面，且室外地面不能積水時(shí)，抗浮安全系數(shù)不應(yīng)小于1.1。

4 結(jié) 論

高層建筑地下空間的抗浮設(shè)防水位應(yīng)綜合考慮，合理確定，必要時(shí)進(jìn)行專門論證。建筑物在施工和使用階段均應(yīng)符合抗浮穩(wěn)定性要求。不僅要進(jìn)行整體抗浮穩(wěn)定計(jì)算，還要進(jìn)行局部抗浮穩(wěn)定計(jì)算。如果抗浮穩(wěn)定性不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采取排水、加配重或設(shè)置抗拔樁、抗拔錨桿等抗浮措施。另外，地下室抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，我國現(xiàn)行國家規(guī)范和各地方規(guī)范規(guī)定大同小異，總體思路是一致的。筆者經(jīng)過閱讀大量文獻(xiàn)參考資料，進(jìn)行對比，作出歸納與總結(jié)，與同行交流學(xué)習(xí)，并希望對今后的建筑工程有一定參考意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王凱（1984-），男，本科，工程師，現(xiàn)主要從事建筑工程管理工作。