高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì) 常見問(wèn)題與對(duì)策

羅勁

我國(guó)現(xiàn)有的發(fā)展中，城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展多以高層建筑為主，相應(yīng)的高層建筑也是最難設(shè)計(jì)的，其復(fù)雜程度主要體現(xiàn)在地下室方面。地下室的設(shè)計(jì)及其質(zhì)量是最基本的保障。而在這復(fù)雜的設(shè)計(jì)中，抗浮設(shè)計(jì)又是其中的難點(diǎn)，是保障其設(shè)計(jì)合理性的關(guān)鍵，所以抗浮設(shè)計(jì)方案一定要細(xì)化，從而提高其科學(xué)性。本文就此問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，整理分析了相關(guān)技術(shù)方法后，進(jìn)而提出了相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)意見，只為進(jìn)一步提高地下室抗浮設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

城市的發(fā)展進(jìn)步，帶來(lái)了更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，人們因此聚集而來(lái)，而高層建筑可以很好地解決人員的居住問(wèn)題，緩解城市建設(shè)用地緊張的問(wèn)題，因此高層建筑一直是城市主推方向。但是利弊相依，高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在地下室的設(shè)計(jì)中更是講究諸多，科學(xué)的設(shè)計(jì)是前期必須要考慮的，在此之中，重中之重就是抗浮問(wèn)題的設(shè)計(jì)，科學(xué)的抗浮設(shè)計(jì)、關(guān)鍵要點(diǎn)及注意事項(xiàng)都要根據(jù)建筑工程的具體狀況進(jìn)行有效的判別，只有這樣，才能更加有效地去提高地下室的整體質(zhì)量，很好地發(fā)揮出地下室的實(shí)際效益，從而間接地促進(jìn)建筑的整體質(zhì)量提升。

一、地下室抗浮設(shè)計(jì)概念

地下水位的高低狀況，是地下室里面抗浮設(shè)計(jì)的主要考慮因素，也是以此來(lái)確定高層建筑承受浮力大小設(shè)計(jì)流程的。具備有效抗浮設(shè)計(jì)的地下室有利于實(shí)現(xiàn)高層建筑自身的平衡設(shè)計(jì)概念，同時(shí)還能平衡地下室的荷載量，使地下室更加穩(wěn)定，同時(shí)反饋到高層建筑的穩(wěn)定性?？垢≡O(shè)計(jì)目前來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)兩種情況：整體抗浮設(shè)計(jì)、局部抗浮設(shè)計(jì)，兩者有不同也有共通，但是無(wú)一例外都要重視地下水浮力的問(wèn)題，這是確保地下室抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要影響因素，因此一定要確定其設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。

二、高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1.地下水因素

在高層建筑的基建部分，一般會(huì)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)區(qū)進(jìn)行夯實(shí)處理，以確保地基土層達(dá)到建設(shè)要求中的密實(shí)性，但是在這期間此區(qū)域的水只進(jìn)入而難排出，這種情況會(huì)使地下室區(qū)域的水位逐漸增高，從而引起地基上浮的問(wèn)題出現(xiàn)，更有甚者會(huì)導(dǎo)致其抗浮設(shè)計(jì)完全失效，令高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)變形。

2.外部影響因素

建設(shè)時(shí)，有些特殊的工況情況下抗浮樁、抗浮錨桿等這些都會(huì)一定程度地被建設(shè)場(chǎng)地周圍環(huán)境的物理或者化學(xué)因素影響，由此引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題，這些最終都可能會(huì)引起抗浮設(shè)計(jì)的失效，且抗浮樁、抗浮錨桿等這些如果在外力的作用下被破壞，后續(xù)的維護(hù)也是很麻煩的，且很難復(fù)原，這樣會(huì)導(dǎo)致地下室的無(wú)法使用。

三、高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

建筑物受到地下水的沖擊通常稱之為地下室水浮力，這個(gè)沖擊與地下水位有直接關(guān)聯(lián)，當(dāng)?shù)叵滤a(chǎn)生的浮力較大時(shí)，有可能會(huì)引起建筑物的整體上浮，或者地下室的局部構(gòu)件被破壞的情況，這種情況都很難去人為修復(fù)，所以前期設(shè)計(jì)一定要有效地避免地下水浮力的沖擊。當(dāng)高層建筑地下室進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，有以下幾個(gè)問(wèn)題要特別注意：

1.地下水的浮力存在問(wèn)題

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺失，導(dǎo)致對(duì)當(dāng)下部分高層建筑在抗浮設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于地下水浮力計(jì)算不精確，這樣就導(dǎo)致了地下水浮力的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。與此同時(shí)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平也有一定的不足，這樣就導(dǎo)致在進(jìn)行地下水浮力計(jì)算時(shí)存在一定的誤差，甚至根本無(wú)法根據(jù)地下水的實(shí)際情況去確定具體的浮力數(shù)值區(qū)間，這樣就導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果無(wú)法滿足時(shí)間要求，從而導(dǎo)致地下室抗浮設(shè)計(jì)不夠合理。地下水浮力是整個(gè)抗浮設(shè)計(jì)中的核心要素，有效的計(jì)算方法，精準(zhǔn)的數(shù)值是地下室抗浮設(shè)計(jì)最基本的保障，只有這些先確定下來(lái)才能有效地保證抗浮設(shè)計(jì)的科學(xué)性。所以，當(dāng)前地下水浮力計(jì)算中存在的問(wèn)題不容忽視。

2.地下水的水位存在問(wèn)題

地下水浮力的計(jì)算中，地下水所存在的液位面是影響地下水所產(chǎn)生浮力的重要因素，因此在進(jìn)行前期設(shè)計(jì)時(shí)，水位的調(diào)查是必不可失的一環(huán)，但是實(shí)際實(shí)行中，地質(zhì)勘探問(wèn)題的存在，導(dǎo)致了關(guān)于地下水測(cè)定水位難度的增大，這對(duì)于抗浮設(shè)計(jì)有很大的負(fù)面影響。地下室的抗浮設(shè)計(jì)，水位必須精準(zhǔn)，只有這樣才能很好地滿足抗浮設(shè)計(jì)的要求，水文地質(zhì)勘測(cè)可以有效地輔助水位測(cè)定，但是勘測(cè)中也有一些問(wèn)題需要解決，這些都導(dǎo)致了地下室抗浮設(shè)計(jì)的不科學(xué)。

四、高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

1.地下水位取值

地下水位的整體調(diào)查工作是整個(gè)高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)中必不可少的一環(huán)，前期的勘察資料呈現(xiàn)的明確的地下水位具體數(shù)值，再根據(jù)一系列的系統(tǒng)公式推算，這樣可以有效地提高抗浮設(shè)計(jì)的科學(xué)性。當(dāng)?shù)叵滤桓哂诘叵率一A(chǔ)底板的時(shí)候，需要根據(jù)當(dāng)時(shí)工程所在區(qū)域的地形結(jié)構(gòu)、地下水類型，地下水變化等一系列的情況來(lái)對(duì)基礎(chǔ)底板進(jìn)行荷載量驗(yàn)算，以此來(lái)保證基礎(chǔ)底板的有效作用。此外，地下水的類型和補(bǔ)給關(guān)系、排泄關(guān)系等一系列的因素都會(huì)對(duì)地下水位的分析產(chǎn)生一定程度的影響，只有綜合考量之后再對(duì)抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行討論定版才能保證結(jié)構(gòu)的抗浮效果最好。地下水中水位的取值問(wèn)題，會(huì)對(duì)抗浮設(shè)計(jì)產(chǎn)生十分直觀的影響，所以在取值過(guò)程中多方位的考量是必要的：地下水水位的變化、歷史數(shù)據(jù)中的極限值、工程下方的地下水走勢(shì)等都是影響地下水水位變化的因素，都需要考慮在內(nèi)，綜合考量之后抗浮設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可承受當(dāng)前地下水位極限數(shù)值，這樣就能有效地提高高層建筑地下室抗浮結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

2.整體抗浮與局部抗浮

在現(xiàn)有市場(chǎng)的高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)中，整體抗浮和局部抗浮都需關(guān)注，在考慮整體以后再去對(duì)局部進(jìn)行分析是兩者先后順序的體現(xiàn)。如果需要驗(yàn)證整體抗浮結(jié)構(gòu)時(shí)，就要優(yōu)先保證其設(shè)計(jì)對(duì)于地下水產(chǎn)生浮力的抵抗性，以此來(lái)確定整體的安全性及有效性；而局部抗浮設(shè)計(jì)則是在整體滿足要求以后，對(duì)于局部特別要求所需的設(shè)計(jì)，一般局部抗浮設(shè)計(jì)時(shí)都是因?yàn)榇颂幐×Ρ戎w較大，所以需要特別要求，在其設(shè)計(jì)時(shí)以不影響整體為原則。由此可知整體抗浮和局部抗浮有一定的交叉和重疊，但是又有優(yōu)先級(jí)要求，這些是設(shè)計(jì)時(shí)容易忽略的問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注。

五、高層建筑抗浮措施的合理選用

1.壓重抗浮

抗浮設(shè)計(jì)中有抗浮安全度這個(gè)說(shuō)法，其不足主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重加恒載重量不足以對(duì)抗地下水浮力對(duì)于結(jié)構(gòu)的沖擊，在此問(wèn)題上最直接的辦法就是增加結(jié)構(gòu)自重或者是增加結(jié)構(gòu)載重，如：增加地下室頂板上方的覆土厚度，既可以解決水管網(wǎng)的隱蔽問(wèn)題，還能有效提高抗浮能力。

如果抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局部抗浮設(shè)計(jì)不能滿足要求且采用的處理措施不奏效時(shí)，可以考慮采用重混凝土（鐵屑混凝土或用重金屬礦石作骨料的混凝土）抗浮，這樣可以有效地緩解抗浮壓力。

2.工程樁抗浮

常用的抗浮措施中有效地利用高層建筑其本身的工程樁是主流抗浮措施之一，因?yàn)槠錁痘话銥楝F(xiàn)澆大直徑樁，其整體性很好，可以很好地利用與土層的摩擦力，尤其是嵌巖樁。在此之外，樁內(nèi)還可以配置足夠的連續(xù)抗拔鋼筋，以此來(lái)滿足樁身本體的強(qiáng)度，降低其變形量還有滿足裂縫寬度限值要求。因此，在設(shè)計(jì)大直徑的灌注樁時(shí)候，對(duì)于其抗拔力一定要用來(lái)驗(yàn)算抵抗浮力，這樣可以有效地節(jié)省成本。就目前而言，高層建筑基礎(chǔ)上常用的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁也能用于抗浮，但在使用時(shí)還是有注意事項(xiàng)：

一般的管樁表面都相對(duì)光滑，而且樁尖部位不能進(jìn)入較硬的巖石層，這樣的話就會(huì)出現(xiàn)一定的局限性，例如：當(dāng)樁本身相對(duì)較長(zhǎng)且周圍的土層有較大摩擦力的時(shí)候，這樣的單樁就可以提供有效的抗拔力，同時(shí)抗拔力與樁體本身的強(qiáng)度也有關(guān)系。當(dāng)每個(gè)單樁長(zhǎng)＞11m 時(shí)，管樁如果不達(dá)要求還需要接長(zhǎng)的話，這時(shí)候的連接方式一般都會(huì)選用將2 根樁的端頭板焊接起來(lái)，同時(shí)為了保證單樁本體的抗拔能力，對(duì)于接頭的焊縫質(zhì)量、焊接完成程度還有再次施打的時(shí)間間隔都應(yīng)滿足有關(guān)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范要求，如不滿足，則再次擊打時(shí)很容易令接頭受損；單樁樁頭和樁承臺(tái)的連接方式是重中之重，就現(xiàn)如今此行業(yè)的市場(chǎng)而言，大部分工程都會(huì)采用將樁頭與鋼筋一并截?cái)啵詈笤僭跇秲?nèi)吊鋼模放插筋澆灌約1.5m 高混凝土的做法，這樣的做法雖然可以很好地讓其連接處的強(qiáng)度樁頭和樁身相平衡，但是混凝土塞與樁壁的粘接強(qiáng)度設(shè)計(jì)值卻有很大程度的降低，這是不容忽視的細(xì)節(jié)。當(dāng)然將樁內(nèi)縱筋剝出后直接錨入承臺(tái)中也可以很好地提高樁與承臺(tái)間的連接強(qiáng)度。

3.錨桿抗浮

有些高層建筑是無(wú)法采用之前敘述的幾種抗浮方法的，例如：使用天然地基（箱型或厚筏）的高層建筑就有這種可能。這個(gè)時(shí)候錨桿或樹根樁等拉錨措施抗浮就可以適當(dāng)?shù)亟鉀Q當(dāng)前問(wèn)題，此類方法適用于的要求比較苛刻，必須在基巖或者良好錨固土層埋深較淺、錨桿長(zhǎng)度較短等情況，當(dāng)?shù)叵滤^壓力過(guò)大，松散砂層太厚的時(shí)候就會(huì)對(duì)錨桿施工產(chǎn)生一種嚴(yán)重的阻礙。特別要注意的有一種情況，如果地下室底板下方的軟弱土層過(guò)厚或者其錨桿的自由段特別長(zhǎng)的時(shí)候，是不適合抗浮方案設(shè)計(jì)的。此外，我們還要考慮地下水位的問(wèn)題，隨著季節(jié)的變換，地下水位隨之變換，如果錨桿前期設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到由于水位變換產(chǎn)生的拉力變化的話，就會(huì)導(dǎo)致錨桿大幅度變形，會(huì)不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這個(gè)時(shí)候預(yù)應(yīng)力錨桿的作用可以很好地解決此類問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)考慮最高水位拉力負(fù)荷，如果水位上升，錨桿不會(huì)變形，如若水位降低，錨桿的剩余預(yù)應(yīng)力會(huì)附在工程樁上，增加工程樁的設(shè)計(jì)荷重。

4.排水法抗浮

國(guó)內(nèi)有很多工程已經(jīng)引進(jìn)了排水抗浮法這一抗浮設(shè)計(jì)，但是此類方法多用于建筑場(chǎng)地的標(biāo)高相對(duì)較高或者擁有一個(gè)較低水平面排水系統(tǒng)的建筑工程。此方案名為排水法抗浮，顧名思義，主要工作原理是通過(guò)采排水盲溝的作用，把地下室周圍一圈的地下水盡可能地都通過(guò)自流方式排到較低的疏水系統(tǒng)中，以此來(lái)從源頭杜絕地下水升高的問(wèn)題，地下水水位不上升，也就杜絕了其產(chǎn)生的浮力影響，這種方式相對(duì)而言省力且節(jié)省成本，但是僅限于特殊場(chǎng)地的應(yīng)用，因此，并不能普遍使用。在排水抗浮法中，有一種相對(duì)效果比較好的方法：標(biāo)準(zhǔn)靜水壓力釋放系統(tǒng)，此類方法在國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)例中都取得了良好的效果，實(shí)操中也沒(méi)有明顯的漏洞，其主要是把地下水位降低到地下室底板之下的某個(gè)標(biāo)高，這樣可以很好地分擔(dān)地下室底板所承受的浮力，效果特別好的情況下甚至?xí)尩叵率业装逋耆皇芰Γ@樣不僅很好地防止了地下室上浮，還可以很好地減少地下室地板的厚度，主要工作原理如下：

第一，設(shè)計(jì)采用一種把地下水和地下室底板隔開的方案，即永久止水帷幕，此方案直接從室外地面一直向下延伸到其相對(duì)的隔水層；第二，為了減少水力的沖擊，把地下室底板下方鋪設(shè)一層高質(zhì)量的礫石反濾層，這樣可以很好地阻隔透過(guò)下部隔水層向上滲入的水中所帶的泥砂，保證外側(cè)只有清水流入，且沿著反濾層橫向流動(dòng)很好地降低對(duì)于地下室底板的沖擊；第三，反濾層周圍埋設(shè)多孔聚乙烯排水管網(wǎng)可以很好地形成完整實(shí)用的排水系統(tǒng)，可以把反濾層內(nèi)部的水直接引流到專門的集水井中去；第四，要安裝一些清潔箱在排水管附近，可以有效地清潔泥砂，保證通道的順暢；第五，要根據(jù)情況使用低容量的水泵抽取集水井中的水。

上述方法相對(duì)而言在國(guó)內(nèi)運(yùn)用的時(shí)間還短，并不是十分的成熟，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和長(zhǎng)期的使用效果都沒(méi)有詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)，所以在具體的施工中，可以當(dāng)作備選用。

六、結(jié)語(yǔ)

抗浮設(shè)計(jì)在高層建筑地下室的設(shè)計(jì)中，呈現(xiàn)得并不是十分復(fù)雜。但是其在嚴(yán)謹(jǐn)程度上卻是要求很高的：場(chǎng)地的條件、周圍環(huán)境甚至于土層等都要仔細(xì)分析，并且荷載的取值和計(jì)算都必須相當(dāng)?shù)木珳?zhǔn)。只有這樣根據(jù)工程自身的環(huán)境條件及相關(guān)要求設(shè)計(jì)出的抗浮方案，才能更好地達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。