地下建筑物抗浮設(shè)計

蔣炳禮 郭彬彬 劉凱

摘 要：當有地下水時，地下建筑物抗浮設(shè)計就是設(shè)計的一項重要內(nèi)容，由于巖土工程條件及地下水的多變性，特別是缺乏專門系統(tǒng)的研究資料和觀測資料，另外相關(guān)規(guī)范沒有更加明確具體可操作性的規(guī)定和設(shè)計者對抗浮設(shè)計重視不夠，在一些工程中可能出現(xiàn)問題，一是地下建筑物浮起，結(jié)構(gòu)損壞；二是抗浮水位確定不合理或抗浮措施采取不當，造成重大浪費的。本文根據(jù)自己的學習、理解和在實際設(shè)計過程中做法，談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

關(guān)鍵詞：原因；措施；確定

1 浮力產(chǎn)生的原因

根據(jù)地下埋藏條件的不同，地下水可分為上層滯水、潛水和承壓水三大類。

上層滯水： 是存在于包氣帶中局部隔水層或弱透水層之上的重力水。上層滯水的形成是在大面積透水的水平或緩傾斜巖層中，有相對隔水層，降水或其他方式補給的地下水向下部滲透過程中，因受隔水層的阻隔而滯留、聚集于隔水層之上，形成上層滯水。

潛水：是埋藏于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上的地下水，通常所見到的地下水多半是潛水。當?shù)叵滤鞒龅孛鏁r就形成泉。潛水存在于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上面、具有自由水面的重力。它主要由降水和地表水入滲補給。

承壓水（自流水）是埋藏較深的、賦存于兩個隔水層之間的地下水。承壓水充滿于上下兩個隔水層之間的含水層中的水。它承受壓力，當上覆的隔水層被鑿穿時，水能從鉆孔上升或噴出。

眾所周知，水對地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，浸在液體里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開同體積水的重力。因此，透水土層在地下水長期浸泡下，地下建筑物與周圍巖土介質(zhì)間因地下水通過大孔道或微小的孔隙滲入達到一定水位時，無論水的性質(zhì)是潛水、上層滯水或承壓水，無論滲入水量的多少，都會產(chǎn)生水浮力，當水浮力強度大于地下建筑物單位面積的重量時，建筑物即可浮起，當水不斷補充，建筑物將繼續(xù)上浮，否則，如果水未繼續(xù)補充，或滲入的水量小于基底和周邊土的滲出水量時，則建筑物不會繼續(xù)上浮，地下結(jié)構(gòu)不致破壞。

2 地下建筑物的抗浮設(shè)計及抗浮措施

地下建筑物的抗浮設(shè)計應考慮以下幾個方面：

（1）施工階段、使用階段等不同階段的抗浮穩(wěn)定驗算。

（2）整體抗浮穩(wěn)定的驗算及局部抗浮穩(wěn)定的驗算。地下建筑物不僅要滿足整體抗浮的穩(wěn)定要求，在墻體較少或荷載較小的部位尚要滿足局部抗浮穩(wěn)定的要求。

（3）地下建筑物外墻、底板等構(gòu)件的強度及抗裂驗算。在整體抗浮及局部穩(wěn)定得到保證的前提下，才能進行地下建筑物結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計驗算。

（4）設(shè)置抗拔構(gòu)件及其它措施。當建筑物自重不足以平衡地下水的浮力時，可設(shè)置抗拔錨桿、抗拔樁、加大建筑物自重、在筏板上填充容重較大的材料，施工期間進行降水等等。抗拔構(gòu)件的選用，要根據(jù)工程的實際情況慎重確定，如單棟建筑或單獨的地下室，可采用抗拔錨桿、抗拔樁、加大建筑物自重、在筏板上填充容重較大的材料；如果是大地盤地下室上有幾個塔樓，無上部結(jié)構(gòu)的地下室進行抗浮構(gòu)件選用需謹慎，要考慮塔樓與地下室沉降差異問題，否責可能造成筏板或墻體裂縫。

（5）地下建筑物所在場地無地下水，雨水及其他地表水有組織地及時排走時，可以不考慮抗浮問題。

（6）如有地下水，但地下建筑物基底位于不透水土層，且基坑四周回填土采用壓實的粘性土或灰土，使地下水不可能滲入基底時，可以不考慮抗浮問題，但要對地下建筑物外墻的進行強度及抗裂驗算（考慮水的荷載）。

（7）要分清楚抗浮水位、防水水位的不同?？垢∷皇侵缚垢≡O(shè)計時控制浮力的水位，防水水位是地下建筑物防水設(shè)計時控制設(shè)計的水位，這兩者的出發(fā)點不同，對同一個場地而言，有些情況下二者的水位是相同的（如純地下室無上部結(jié)構(gòu)，當水位位于地下室頂板以上時），但大部分情況下是不相同（如一般地下室且有上部結(jié)構(gòu)時）。

3 抗浮設(shè)計水位的確定

抗浮設(shè)計水位標高的取值是抗浮設(shè)計的重要一環(huán)，其取值的大小，對浮力的計算起關(guān)鍵的作用?？垢∷坏母叩团c地形、地貌、地下水類型、土質(zhì)、氣候及環(huán)境情況等多種因素相關(guān)。

《高層建筑巖土勘察規(guī)程》JGJ72-2004第8.6.2條規(guī)定，場地地下水抗浮設(shè)計水位的綜合確定以符合下列規(guī)定：1）當有長期水位觀察資料時，地下抗浮設(shè)計水位可采用實測最高水位；無長期水位觀察資料或資料缺乏時，按勘察期間的實測最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定；2）場地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時，應實測承壓水水位并考慮其對抗浮設(shè)計水位的影響；3）只考慮施工期間的抗浮設(shè)計時，抗浮設(shè)計可按一個水文年的最高水位確定。

雖然有上述規(guī)定，但在一些中小城市由于缺乏長期水位觀察資料，按此規(guī)程的相關(guān)內(nèi)容難以操作，不同的勘察單位給出的抗浮設(shè)計水位標高不同。因此，抗浮設(shè)計水位的確定是一個十分復雜的綜合性問題。

綜合考慮上述問題，結(jié)合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定和多位專家的有關(guān)觀點，抗浮設(shè)計水位可按下列方法確定：

（1）上層滯水抗浮設(shè)計水位的確定。由于地面水、雨水和地下管道漏水補給的上層滯水水位多變，且場地各點水位也不相同，出于便于操作方面考慮，在場地無長期積水的前提下，可取地下水位上升1～2米為抗浮設(shè)計水位。

（2）承壓水、潛水、巖溶水及裂隙水抗浮設(shè)計水位的確定。地下建筑物基底位于含水層內(nèi)，抗浮設(shè)計水位應按歷史最高水位或建筑物設(shè)計使用期內(nèi)最高水位計算。

當承壓水、潛水、巖溶水與上層滯水有水力聯(lián)系且不易隔斷聯(lián)系時，宜取建筑物使用階段的室外地面標高為抗浮設(shè)計水位。

（3）當?shù)叵陆ㄖ锼巿龅氐貏莸屯?，場地有可能長期積水時，按可能發(fā)生的積水標高確定抗浮設(shè)計水位。

（4）當?shù)叵陆ㄖ苓呌羞B續(xù)可靠的排水通道，且排水量及排水速度大于地面水和地下水的補給速度時，可取排水通道的標高作為抗浮設(shè)計水位。

總之地下建筑物的抗浮設(shè)計的措施與地下建筑物的具體情況和多種因素相關(guān)，往往需要采用綜合性方法予以解決。在當前規(guī)范未對抗浮設(shè)計進行明確規(guī)定的情況下，設(shè)計人員應掌握地下建筑物浮起的機理及抗浮水位確定等基本知識，根據(jù)工程的實際情況，全面思考、精心設(shè)計，做到科學、經(jīng)濟、合理。

參考文獻：

[1] GB 50007—2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 72—2004高層建筑巖土勘察規(guī)程[S].