地下建筑物抗浮设计

蒋炳礼 郭彬彬 刘凯

摘 要：当有地下水时，地下建筑物抗浮设计就是设计的一项重要内容，由于岩土工程条件及地下水的多变性，特别是缺乏专门系统的研究资料和观测资料，另外相关规范没有更加明确具体可操作性的规定和设计者对抗浮设计重视不够，在一些工程中可能出现问题，一是地下建筑物浮起，结构损坏；二是抗浮水位确定不合理或抗浮措施采取不当，造成重大浪费的。本文根据自己的学习、理解和在实际设计过程中做法，谈谈自己的看法。

关键词：原因；措施；确定

1 浮力产生的原因

根据地下埋藏条件的不同，地下水可分为上层滞水、潜水和承压水三大类。

上层滞水： 是存在于包气带中局部隔水层或弱透水层之上的重力水。上层滞水的形成是在大面积透水的水平或缓倾斜岩层中，有相对隔水层，降水或其他方式补给的地下水向下部渗透过程中，因受隔水层的阻隔而滞留、聚集于隔水层之上，形成上层滞水。

潜水：是埋藏于地表以下第一个稳定隔水层上的地下水，通常所见到的地下水多半是潜水。当地下水流出地面时就形成泉。潜水存在于地表以下第一个稳定隔水层上面、具有自由水面的重力。它主要由降水和地表水入渗补给。

承压水（自流水）是埋藏较深的、赋存于两个隔水层之间的地下水。承压水充满于上下两个隔水层之间的含水层中的水。它承受压力，当上覆的隔水层被凿穿时，水能从钻孔上升或喷出。

众所周知，水对地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开同体积水的重力。因此，透水土层在地下水长期浸泡下，地下建筑物与周围岩土介质间因地下水通过大孔道或微小的孔隙渗入达到一定水位时，无论水的性质是潜水、上层滞水或承压水，无论渗入水量的多少，都会产生水浮力，当水浮力强度大于地下建筑物单位面积的重量时，建筑物即可浮起，当水不断补充，建筑物将继续上浮，否则，如果水未继续补充，或渗入的水量小于基底和周边土的渗出水量时，则建筑物不会继续上浮，地下结构不致破坏。

2 地下建筑物的抗浮设计及抗浮措施

地下建筑物的抗浮设计应考虑以下几个方面：

（1）施工阶段、使用阶段等不同阶段的抗浮稳定验算。

（2）整体抗浮稳定的验算及局部抗浮稳定的验算。地下建筑物不仅要满足整体抗浮的稳定要求，在墙体较少或荷载较小的部位尚要满足局部抗浮稳定的要求。

（3）地下建筑物外墙、底板等构件的强度及抗裂验算。在整体抗浮及局部稳定得到保证的前提下，才能进行地下建筑物结构的抗浮设计验算。

（4）设置抗拔构件及其它措施。当建筑物自重不足以平衡地下水的浮力时，可设置抗拔锚杆、抗拔桩、加大建筑物自重、在筏板上填充容重较大的材料，施工期间进行降水等等。抗拔构件的选用，要根据工程的实际情况慎重确定，如单栋建筑或单独的地下室，可采用抗拔锚杆、抗拔桩、加大建筑物自重、在筏板上填充容重较大的材料；如果是大地盘地下室上有几个塔楼，无上部结构的地下室进行抗浮构件选用需谨慎，要考虑塔楼与地下室沉降差异问题，否责可能造成筏板或墙体裂缝。

（5）地下建筑物所在场地无地下水，雨水及其他地表水有组织地及时排走时，可以不考虑抗浮问题。

（6）如有地下水，但地下建筑物基底位于不透水土层，且基坑四周回填土采用压实的粘性土或灰土，使地下水不可能渗入基底时，可以不考虑抗浮问题，但要对地下建筑物外墙的进行强度及抗裂验算（考虑水的荷载）。

（7）要分清楚抗浮水位、防水水位的不同。抗浮水位是指抗浮设计时控制浮力的水位，防水水位是地下建筑物防水设计时控制设计的水位，这两者的出发点不同，对同一个场地而言，有些情况下二者的水位是相同的（如纯地下室无上部结构，当水位位于地下室顶板以上时），但大部分情况下是不相同（如一般地下室且有上部结构时）。

3 抗浮设计水位的确定

抗浮设计水位标高的取值是抗浮设计的重要一环，其取值的大小，对浮力的计算起关键的作用。抗浮水位的高低与地形、地貌、地下水类型、土质、气候及环境情况等多种因素相关。

《高层建筑岩土勘察規程》JGJ72-2004第8.6.2条规定，场地地下水抗浮设计水位的综合确定以符合下列规定：1）当有长期水位观察资料时，地下抗浮设计水位可采用实测最高水位；无长期水位观察资料或资料缺乏时，按勘察期间的实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；2）场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设计水位的影响；3）只考虑施工期间的抗浮设计时，抗浮设计可按一个水文年的最高水位确定。

虽然有上述规定，但在一些中小城市由于缺乏长期水位观察资料，按此规程的相关内容难以操作，不同的勘察单位给出的抗浮设计水位标高不同。因此，抗浮设计水位的确定是一个十分复杂的综合性问题。

综合考虑上述问题，结合相关规范的规定和多位专家的有关观点，抗浮设计水位可按下列方法确定：

（1）上层滞水抗浮设计水位的确定。由于地面水、雨水和地下管道漏水补给的上层滞水水位多变，且场地各点水位也不相同，出于便于操作方面考虑，在场地无长期积水的前提下，可取地下水位上升1～2米为抗浮设计水位。

（2）承压水、潜水、岩溶水及裂隙水抗浮设计水位的确定。地下建筑物基底位于含水层内，抗浮设计水位应按历史最高水位或建筑物设计使用期内最高水位计算。

当承压水、潜水、岩溶水与上层滞水有水力联系且不易隔断联系时，宜取建筑物使用阶段的室外地面标高为抗浮设计水位。

（3）当地下建筑物所处场地地势低洼，场地有可能长期积水时，按可能发生的积水标高确定抗浮设计水位。

（4）当地下建筑周边有连续可靠的排水通道，且排水量及排水速度大于地面水和地下水的补给速度时，可取排水通道的标高作为抗浮设计水位。

总之地下建筑物的抗浮设计的措施与地下建筑物的具体情况和多种因素相关，往往需要采用综合性方法予以解决。在当前规范未对抗浮设计进行明确规定的情况下，设计人员应掌握地下建筑物浮起的机理及抗浮水位确定等基本知识，根据工程的实际情况，全面思考、精心设计，做到科学、经济、合理。

参考文献：

[1] GB 50007—2011.建筑地基基础设计规范[S].

[2] JGJ 72—2004高层建筑岩土勘察规程[S].