地下室结构抗浮设计要点

查旭

摘 要：目前大多数工程都设计有地下室，部分地下室由于抗浮设计的失败造成地下室整体 上浮、局部底板破坏开裂漏水。本文根据笔者多个地下工程的设计经验，结合现行规范标准 对地下室结构抗浮设计做了一些总结，与各位同行一起探讨学习。

关键词：水浮力；抗浮水位；抗浮设计；抗浮措施

1.抗浮设计的基本原理

水对地下建筑物的浮力作用遵循阿基米德原理，水对建筑物的浮力等于建筑物排开同体 积水的重量。同时水的浮力作用也遵循连通管原理。因此，当地下建筑物与周围介质间存在 薄层自由水膜时，无论是潜水、上层滞水或承压水，即可产生强度为γh 的浮力（γ为水的 重度，h 为建筑物基底以上的水头），当水浮力大于地下建筑物的重量时，建筑物即可浮起。

2.确定科学合理的抗浮设防水位

抗浮设防水位应该取自地下室施工期间至全寿命使用期间可能遇到的最高水位。建筑场 地抗浮设防水位应以区域水文地质条件、场地地下水埋藏条件和地下水长期观测资料为基 础，从较大范围的整个场地来考虑，而不是以某个建筑单独来考虑。

地下室抗浮设防水位应根据勘察、设计规范中规定的原则确定。通常，当有长期水文观 测资料时，抗浮设防水位可取历年最高地下水位；当无长期水文观测资料时，抗浮设防水位 可根据丰水期最高稳定地下水位和勘察期间实测最高地下水位并结合场地地形地貌、地下水 补给及排泄条件等因素综合确定；对情况复杂的重要工程，需要论证抗浮设防水位时，应进 行专门调查研究；若地下室基础和底板埋置于不透水层，周边回填土为密实的不透水土，且 场地无积水时，可不考虑水浮力的作用。

抗浮水位的确定是一个复杂问题，抗浮水位的高低与地形、地下水类型、土质等多种因 素相关，应综合分析确定，不能简单地取用勘察报告提供的勘察时的水位。一般情况下，当 地勘报告没有明确提供抗浮设防水位时，可参照下列几种情况确定抗浮设计水位。

（1）当地下室基底位于含水层中，且含水层有承压水存在时，抗浮设防水位应按照历史 最高或丰水期最高承压水头计算水浮力。当承压水与潜水或上层滞水有水力联系时，应按二 者的混合最高水位计算水浮力。

（2）当地下建筑物所处场地地势低洼，场地有可能发生积水时，应按照可能发生的积水 标高计算水浮力。

（3）一般情况下，出于安全考虑，在场地无积水的情况下，可取室外地面标高为抗浮设 防水位标高。当场地地势高于周边地面时，可按照设计使用年限内可能产生的最高地下水位 或丰水期稳定水位计算水浮力。

（4）对处于斜坡上的地下室或其他可能产生明显水头差的场地上的地下室进行抗浮设计 时，应考虑地下水渗流对地下室底板产生的非均布荷载的影响。

（5）对于邻近江、河、湖泊的地下建筑结构，应根据地下土层分布情况考虑江、河、湖 泊的最高水位和水力坡降对抗浮设计水位的影响。

3.抗浮稳定安全系数

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第 5.4.3 条规定，抗浮设计时，抗浮 稳定安全系数一般情况下可取 1.05。

4.抗浮验算

对水位稳定的地下水浮力可按永久荷载考虑；对于水位急剧变化的地下水浮力应按可变 荷载考虑。

地下室在稳定地下水位作用下所受的水浮力应按照静水压力计算。基底水浮力计算应以 场地抗浮设防水位为起始点，对于砂层和卵石层按静水压力计算；对于渗透系数很小（k≤

0.5m/d）的弱透水层，在考虑渗流情况下，静水压力可以考虑折减。临时高水位作用下的水 浮力在粘性土地基中可以根据当地经验适当折减，在砂土中不折减。在无动水压力及承压水 时，计算水浮力的最高水位不宜超过地下室的顶板面标高。在进行抗浮设计验算时不考虑地 下室外墙侧壁的抗浮摩擦力。

地下室在施工和使用阶段都必须满足抗浮稳定性要求。在施工阶段应根据施工期间的抗 浮设防水位和抗力荷载进行抗浮验算，必要时可以采取施工降排水措施来满足抗浮稳定性要 求。在使用阶段应根据设计基准期内的抗浮设防水位进行抗浮验算。抗浮验算除了整体抗浮 稳定验算以外，还应对局部自重较小的区域进行局部抗浮稳定验算，特别是对上部结构缺层 或大范围楼板开洞的部位。在水浮力作用下，基础底板应具有足够的强度和刚度，应进行水 浮力作用下的抗弯、抗剪和抗冲切承载力验算。

（1）抗浮稳定性验算

①整体抗浮稳定性验算应采用《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第 5.4.3 条 规定公式计算。

②整体抗浮稳定性不满足设计要求时，可以采用增加压重或设置抗浮构件（抗拔桩或抗 浮锚杆）等措施。当采用抗拔桩或抗浮锚杆时，整体抗浮稳定性验算应符合下式要求：

其中 Gk 为建筑物自重标准及压重标准之和，N w，k为浮力作用标准值，Ra为单桩抗拔承载力特征值，Kw为抗浮稳定安全系数。

（2）底板结构构件抗浮验算

地下室底板设计应考虑两种最不利的荷载组合，一种是只考虑板自重和板上竖向荷载作 用，不考虑地下水浮力和板底土反力的作用；另一种是同时考虑地下水浮力、板底土反力、 板自重及板上竖向荷载的组合。底板抗浮验算主要是验算地下室底梁、板的抗浮承载力和挠 度、裂缝。

5.抗浮措施

为防止地下工程的浮起破坏，目前，工程上通常采用配重法、设置抗浮桩或抗浮锚杆来解决地下工程的抗浮问题。

①增加附加压重

当整體抗浮稳定性不满足要求时，可以采用增加顶板覆土厚度或增加底板面层厚度来加 大压重以平衡水浮力。

②设置抗拔桩或抗浮锚杆

抗拔桩或抗浮锚杆的抗拔承载力应采用抗拔载荷试验确定。抗拔桩可采用混凝土预制桩 和灌注桩，应慎用预应力混凝土管桩，主要是管桩的主筋墩头与端板连接处容易拉脱，同时 管桩的接头焊缝耐久性也难以保证。抗拔桩还应进行桩身受拉承载力和裂缝宽度验算。应尽 量将抗拔桩布置在独立基础下、基础梁下或柱底筏板下。当筏板抗弯刚度较大时也可将抗拔 桩均匀布置在地下室底板下，此时虽然按桩顶承担均匀的拉力来设计，但当底板受到极大的 浮力上拱时，使得靠近柱的基桩分担的浮力较小，而远离柱的基桩分担的浮力偏大，底板刚 度愈小，这种不均匀分布的趋势则更为剧烈，抗浮设计时应特别注意这一基本受力性状。

③增加结构刚度

当整体抗浮稳定性满足要求而局部抗浮稳定性不满足要求时，可以采用加大结构局部 梁、板的刚度来抵抗水浮力。

6.结语

总之，地下室结构的抗浮设计是一个综合性很强且十分复杂的问题。现代高层建筑地下 工程庞大，工程建设投资巨大，其中抗浮成本占据了较大比例。因此不管是从安全角度还是 经济角度来看，地下室结构抗浮设计都是非常重要的。抗浮设计的关键是要弄清抗浮设计的 原理，确定科学合理的抗浮设计水位，认真细致的做好抗浮验算，采取安全可靠的抗浮措施。 本文根据目前的新版设计规范结合多个工程实践经验就地下室结构抗浮设计做了一个技术 性的总结，由于本人知识水平有限，恳请各位同仁批评指正。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范 GB50007—2011

[2]建筑地基基础技术规范 DB42/242—2014