建筑工程抗浮設(shè)防的勘察設(shè)計(jì)要求及分析

【摘要】當(dāng)前，在我國(guó)高層建筑大量發(fā)展的形勢(shì)下，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性已成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)于一些超高層建筑物來(lái)說(shuō)，由于其高度較高，因此對(duì)基礎(chǔ)和地下室等部位都有較高要求。為了確保建筑工程施工質(zhì)量，必須做好抗浮設(shè)計(jì)工作。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)深入分析早期實(shí)踐工作中存在的問(wèn)題，采取針對(duì)性設(shè)計(jì)方案，以滿足工程的基本需求，保證安全水平達(dá)到預(yù)期。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；抗浮設(shè)防；勘察設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU195" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）03-0110-03

0 引言

地下工程存在隱蔽性強(qiáng)、復(fù)雜性高的特點(diǎn)，抗浮設(shè)防作為一項(xiàng)重要的技術(shù)措施，旨在確保建筑物在地基水位上升或土壤液化等情況下保持穩(wěn)定。而勘察設(shè)計(jì)是抗浮設(shè)防工作順利開展的重要基準(zhǔn)，其準(zhǔn)確性和全面性直接影響到后續(xù)工程的可行性和安全性。為此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)從抗浮設(shè)防的基本原理和現(xiàn)狀出發(fā)，分析現(xiàn)有規(guī)范對(duì)抗浮設(shè)防要求中潛在的安全隱患，綜合考慮各方面因素，科學(xué)確定抗浮設(shè)防的目標(biāo)及相應(yīng)的參數(shù)取值，并建立完整可靠的評(píng)價(jià)體系。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面安全評(píng)估，從而為工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，保障建筑工程的正常使用功能。

1 抗浮原理及其工程應(yīng)用

1.1 阿基米德原理

阿基米德原理強(qiáng)調(diào)在液體中浸沒(méi)的物體會(huì)受到向上的浮力，該浮力的大小等于所排開液體的重量。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)物體完全或部分浸沒(méi)在液體中時(shí)，液體會(huì)對(duì)物體施加一個(gè)向上的浮力。浮力的大小等于物體所排開的液體的重量，浮力的方向與重力相反，使得物體在液體中呈現(xiàn)浮起的狀態(tài)。當(dāng)物體的密度大于液體的密度時(shí)，浮力小于物體的重力，物體會(huì)下沉；當(dāng)物體的密度小于液體的密度時(shí)，浮力大于物體的重力，物體會(huì)浮起[1]。在工程應(yīng)用中，抗浮設(shè)計(jì)會(huì)結(jié)合阿基米德原理來(lái)確定建筑物在液體作用下的穩(wěn)定性。例如，在地下室工程中，會(huì)在周圍設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如墻體、地板，以承受地下水的壓力。根據(jù)阿基米德原理，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重量必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定要求，以抵抗地下水的浮力。此外，還應(yīng)進(jìn)行合理的防水設(shè)計(jì)，以阻止地下水進(jìn)入地下室，減小浮力的作用。

1.2 有效應(yīng)力原理

有效應(yīng)力原理指出，土體內(nèi)的有效應(yīng)力是由有效應(yīng)力和孔隙水壓力共同組成的，有效應(yīng)力對(duì)土體的變形和破壞有一定影響。有效應(yīng)力可用來(lái)描述土體的抗剪強(qiáng)度、承載能力等力學(xué)特性，是進(jìn)行土體力學(xué)計(jì)算和工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。在工程應(yīng)用中，有效應(yīng)力原理被廣泛運(yùn)用于土木工程、地基工程和巖土工程等領(lǐng)域。通過(guò)合理的有效應(yīng)力分析，有助于評(píng)估土體的穩(wěn)定性，指導(dǎo)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和加固，確保工程的安全可靠性。

2 建筑工程抗浮實(shí)踐中存在的問(wèn)題

2.1 抗浮工程的應(yīng)用在建筑工程中沒(méi)被足夠重視

在建筑工程中，抗浮是重要的技術(shù)措施之一，尤其在地下結(jié)構(gòu)或水池工程中，對(duì)建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求較高。然而，從當(dāng)前的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，依舊存在應(yīng)用范圍小、使用效率低以及安全性差等問(wèn)題，影響了建筑整體質(zhì)量與安全性能。首先，部分工程師和設(shè)計(jì)者對(duì)抗浮工程的重要性缺乏足夠認(rèn)識(shí)。忽視了地下水對(duì)于建筑物穩(wěn)定性的潛在影響，未充分考慮抗浮設(shè)計(jì)的必要性。導(dǎo)致建筑物或地下結(jié)構(gòu)在地下水作用下出現(xiàn)浮動(dòng)、下沉或破壞的風(fēng)險(xiǎn)。其次，抗浮工程的應(yīng)用受到成本和時(shí)間限制的制約。一些工程子項(xiàng)目刻意降低抗浮工程的投入，以節(jié)省成本或縮短施工周期，造成資源浪費(fèi)，增加施工難度。再次，由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，抗浮方案往往需要多個(gè)專業(yè)協(xié)同合作才能達(dá)到預(yù)期效果，難以形成統(tǒng)一規(guī)范，從而嚴(yán)重阻礙了抗浮工程的推廣實(shí)施。

2.2 對(duì)地下水施工認(rèn)識(shí)不到位

建筑工程抗浮設(shè)防過(guò)程中，地下水施工措施的合理設(shè)計(jì)和選擇是確保工程安全的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際施工中，一些施工單位未充分了解或評(píng)估工程現(xiàn)場(chǎng)地下水情況。缺乏對(duì)地下水位、水流方向和水質(zhì)等重要參數(shù)的準(zhǔn)確掌握，導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水破壞現(xiàn)象[2]。

3 建筑工程抗浮設(shè)防的勘察設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)分析

3.1 結(jié)合地方規(guī)范，設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位

在建筑工程中，抗浮設(shè)防是確保建筑物在遭受地震、洪水等自然災(zāi)害時(shí)不會(huì)因浮力作用而倒塌或受損的至關(guān)重要的設(shè)計(jì)要求。為了有效實(shí)施抗浮設(shè)防措施，勘查設(shè)計(jì)過(guò)程中的首要任務(wù)是綜合考慮地方規(guī)范的相關(guān)要求。地方規(guī)范通常會(huì)詳細(xì)規(guī)定建筑物的抗浮設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如設(shè)防水位的確定方法、抗浮設(shè)施的布置要求等。設(shè)計(jì)師必須認(rèn)真研讀并深刻理解地方規(guī)范的條文，以確保設(shè)計(jì)符合相關(guān)規(guī)范要求。

地質(zhì)條件是決定抗浮設(shè)防水位的重要因素之一，在進(jìn)行勘查設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)工程所在地的地質(zhì)條件展開詳盡調(diào)查和深入分析，包括地下水位情況、土層的穩(wěn)定性、土壤類型等方面。根據(jù)不同地質(zhì)條件，抗浮設(shè)防水位的確定方法會(huì)有所不同。此外，建筑物的類型和結(jié)構(gòu)形式也會(huì)對(duì)抗浮設(shè)防水位的確定產(chǎn)生影響，不同類型的建筑物，在面臨地震或洪水等災(zāi)害時(shí)所承受的浮力大小各異。因此，在確定抗浮設(shè)防水位時(shí)，必須考慮建筑物的具體類型和結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。

3.2 結(jié)構(gòu)荷載分布、地基或處理地基

建筑物的結(jié)構(gòu)荷載，是指建筑自身的重量以及外部荷載（如風(fēng)荷載、積雪荷載等）所施加在地基上的荷載。在設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防時(shí)，需要準(zhǔn)確計(jì)算建筑物的結(jié)構(gòu)荷載，并合理分布在地基上，確保地基可承受這些荷載而不會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生浮動(dòng)。

地基的選擇或處理對(duì)于抗浮設(shè)防至關(guān)重要。通常情況下，采取以下幾種方式來(lái)增加地基的承載能力。①加大地基面積，通過(guò)擴(kuò)大地基底面積來(lái)減小單位面積的承載壓力，從而提高地基的承載能力。②使用樁基礎(chǔ)，在軟弱地基或需要深基礎(chǔ)的情況下，采用樁基礎(chǔ)來(lái)增加承載能力。③土體加固，對(duì)于軟弱土層，采取土體加固措施，如灌注樁、攪拌樁等來(lái)提高土體的承載能力。④地基處理，對(duì)于部分不良地基，利用地基處理措施，如挖土換填、加固處理等來(lái)改善地基性質(zhì)。在設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防時(shí)，需要根據(jù)具體的工程情況和地質(zhì)條件，綜合考慮上述因素，制定合理的地基設(shè)計(jì)方案，確保建筑物在承受結(jié)構(gòu)荷載的情況下不會(huì)發(fā)生浮動(dòng)現(xiàn)象，保障建筑物的安全穩(wěn)定。

3.3 優(yōu)化勘察設(shè)計(jì)文件，明確常規(guī)抗浮措施

常規(guī)抗浮措施是指設(shè)置在沉井底部的浮箱，用以提高井壁與地層之間的摩擦力，以減少或消除下沉過(guò)程中產(chǎn)生的水平力。在抗浮措施設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)地下水位進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查與分析。包括監(jiān)測(cè)地下水位的變化，了解地下水位的季節(jié)性和年際性變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè)，確定合理的抗浮設(shè)防水位，從而指導(dǎo)后續(xù)抗浮措施的設(shè)計(jì)。

在施工初始階段，對(duì)場(chǎng)地的地質(zhì)情況進(jìn)行全面勘察，包括對(duì)地基土的性質(zhì)、地下水位以及地層情況等方面的詳細(xì)了解。只有通過(guò)充分了解地質(zhì)情況，才能有針對(duì)性地制定抗浮設(shè)計(jì)方案，確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式、重量和承載力等參數(shù)，進(jìn)行抗浮計(jì)算，以確定建筑物所受浮力的大小和方向。通過(guò)精確的計(jì)算，確定所需的抗浮措施，如設(shè)置地下承臺(tái)或增加重力塊等。

合理設(shè)計(jì)的建筑基礎(chǔ)是抗浮設(shè)防的關(guān)鍵，在勘查設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)當(dāng)明確基礎(chǔ)的類型、尺寸和深度，以確?；A(chǔ)能夠承受建筑物的重量和浮力。結(jié)合抗浮計(jì)算結(jié)果和地質(zhì)情況，選擇合適的抗浮措施，如設(shè)置浮力墻、增加地下承臺(tái)或采用重力塊等。當(dāng)然，在確定措施時(shí)，還要綜合考慮具體情況，以確保這些措施的有效性和可行性。

此外，在建筑施工過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格控制建筑物的沉降情況，并監(jiān)測(cè)地下水位的變化。只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)措施，才能確保建筑物的抗浮安全，從而保障整個(gè)建筑項(xiàng)目的順利進(jìn)行?？辈煸O(shè)計(jì)單位要肩負(fù)起自己應(yīng)有的職責(zé)和義務(wù)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家關(guān)于勘察設(shè)計(jì)行業(yè)安全生產(chǎn)管理相關(guān)規(guī)定，切實(shí)履行好勘察設(shè)計(jì)階段的各項(xiàng)法定義務(wù)。全面貫徹“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀，不斷強(qiáng)化服務(wù)意識(shí)，牢固樹立“質(zhì)量第一”思想，努力促進(jìn)勘察設(shè)計(jì)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展[5]。充分考慮場(chǎng)地的地質(zhì)條件、環(huán)境特點(diǎn)等因素，制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，降低風(fēng)險(xiǎn)。尤其在抗浮失效事故中，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及應(yīng)急預(yù)案建設(shè)，盡可能做到事前預(yù)測(cè)預(yù)警，事中處置有效控制，事后恢復(fù)重建有據(jù)可查。充分結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件，確定合理可行的防治方案。同時(shí)注重因地制宜地利用當(dāng)?shù)刭Y源，最大程度地節(jié)約投資成本。

3.4 根據(jù)“水盆效應(yīng)”，設(shè)計(jì)勘察方案

如若現(xiàn)場(chǎng)條件允許，可按照“水盆效應(yīng)”可能產(chǎn)生的最高水位進(jìn)行設(shè)計(jì)。在有暴雨地區(qū)的純地下室頂部可進(jìn)行蓄水設(shè)計(jì)，蓄水高度需參考城市雨洪控制標(biāo)準(zhǔn)確定，當(dāng)達(dá)到一定高程后再考慮是否需要加高蓄水池。在場(chǎng)地勘察設(shè)計(jì)階段，需詳細(xì)了解場(chǎng)地的地質(zhì)、地貌和水文地質(zhì)條件。尤其要關(guān)注降雨情況和地下水位變化等因素。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地的勘察，評(píng)估場(chǎng)地是否容易積水。同時(shí)，進(jìn)行水系統(tǒng)分析，了解場(chǎng)地周邊的水文情況和附近水體的流動(dòng)方式。分析降雨徑流的路徑和匯集情況，判斷是否存在匯水區(qū)域，以及水流集中的可能性。有助于確定水盆效應(yīng)可能發(fā)生的位置和程度[6]?；趫?chǎng)地勘察和水系統(tǒng)分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)方案應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

第一，排水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的排水系統(tǒng)，包括雨水排放管道、溝渠、沉淀池等設(shè)施，以便有效排除雨水，減少積水風(fēng)險(xiǎn)。

第二，地面設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)牡孛嫫露群团潘绞?，以防止局部積水和水流集中。例如，設(shè)置適當(dāng)?shù)陌枷輩^(qū)域或排水溝槽，引導(dǎo)水流分散。

第三，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于可能受到水盆效應(yīng)影響的建筑物和結(jié)構(gòu)，采取適當(dāng)?shù)姆浪胧┖图庸檀胧?，以確保其穩(wěn)定性和安全性。

安全評(píng)估中，一方面，綜合考慮地下水滲流場(chǎng)的分布特征及其與地表之間的水力聯(lián)系，研究不同工況下地下空間內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。另一方面，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，計(jì)算各種荷載作用下土壓力及水平位移的大小和方向。通過(guò)模擬分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估場(chǎng)地在不同降雨條件下可能出現(xiàn)的積水情況和相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3.5 場(chǎng)地、地下設(shè)施等環(huán)境條件資料

在進(jìn)行建筑工程抗浮設(shè)防的勘查設(shè)計(jì)時(shí)，必須深入了解場(chǎng)地及地下設(shè)施等環(huán)境條件。

首先，必須進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析場(chǎng)地的地質(zhì)條件，地質(zhì)條件的差異會(huì)直接影響到建筑物的承載能力和地基的穩(wěn)定性，因此必須對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)情況有全面的了解。此外，加強(qiáng)對(duì)地下水位、土壤類型以及地下管線等地下設(shè)施的情況了解，這些因素的存在與分布會(huì)對(duì)建筑物的抗浮設(shè)防提出具體要求，因此對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)查和記錄十分重要。

其次，在進(jìn)行場(chǎng)地及地下設(shè)施等環(huán)境條件資料的收集時(shí)，需充分利用現(xiàn)代化的調(diào)查技術(shù)和設(shè)備，利用地質(zhì)雷達(dá)、激光掃描等先進(jìn)技術(shù)能更加準(zhǔn)確地獲取地下情況的數(shù)據(jù)，從而為建筑工程的抗浮設(shè)防提供更為可靠的依據(jù)。此外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘查，確保所獲取的資料準(zhǔn)確可靠，只有通過(guò)多種手段的綜合應(yīng)用，才能夠全面了解場(chǎng)地及地下設(shè)施等環(huán)境條件的情況，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

最后，在收集到場(chǎng)地及地下設(shè)施等環(huán)境條件資料后，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和評(píng)估，通過(guò)對(duì)地質(zhì)、地下水位、土壤、地下管線等因素的綜合分析，準(zhǔn)確評(píng)估建筑物的受力情況和浮力影響，為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，根據(jù)具體工程的特點(diǎn)和要求，制定相應(yīng)的抗浮設(shè)防方案，并確保其符合相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑工程抗浮設(shè)防的勘察設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持以防為主，防治結(jié)合的原則，即針對(duì)具體工程對(duì)象的實(shí)際情況選擇合適的防浮方案和計(jì)算方法。根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查資料和室內(nèi)試驗(yàn)成果，并結(jié)合實(shí)際情況選取最優(yōu)的地基處理技術(shù)，使建筑具有較高的承載力和變形能力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)形式和沉降控制指標(biāo)，制定科學(xué)合理的施工方案和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭世勇.地下室抗浮水位合理取值探討[J].工程建設(shè)

與設(shè)計(jì)，2023（20）：18-20.

[2] 程宏光.地下工程抗浮概念設(shè)計(jì)探討[J].工程技術(shù)研

究，2022，7（20）：154-156.

[3] 李培妍，洪波，王濤.建筑工程抗浮設(shè)防的勘察設(shè)計(jì)要

求及分析[J].鉆探工程，2021，48（8）：103-109.

[4] 劉貴春.關(guān)于北京地區(qū)建筑抗浮設(shè)防水位評(píng)價(jià)的探討[J].

工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2021（1）：26-27.

[5] 湯達(dá)前，葛延明.丘陵區(qū)房屋建筑勘察中抗浮設(shè)防水位

的確定[J].土工基礎(chǔ)，2020，34（6）：699-701.

[6] 李明.精準(zhǔn)確定地下水抗浮設(shè)防水位研究[J].住宅與

房地產(chǎn)，2019（15）：261.

[作者簡(jiǎn)介]劉浩（1986—），男，山東臨沂人，大學(xué)本科，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。