本文摘自：廣州市勝特建筑科技開(kāi)發(fā)有限公司 第 14 期 勝特特刊 點(diǎn)擊查看特刊>>

    本文通過(guò)對(duì)地下室抗浮設(shè)計(jì)的基本原理的基本認(rèn)識(shí)及了解，分別詳細(xì)介紹了地下室抗浮加固的幾種主要重要措施，為地下室抗浮設(shè)計(jì)及既有地下室抗浮加固提供有效處理措施。
    關(guān)鍵詞：地下室抗浮加固,壓重抗浮,工程樁抗浮,抗拔錨桿抗浮,排疏水法抗浮

引言
    近年來(lái)，地下空間的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越受到重視，地下室的埋深也越來(lái)越大，因此建筑物的抗浮問(wèn)題也越來(lái)越突出。隨著地下空間開(kāi)發(fā)利用的日漸增多,相關(guān)的工程質(zhì)量事故也出現(xiàn)得較為頻繁，地下室工程質(zhì)量事故包括結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、滲漏或承載力不足等情況， 地下室加固 在地下室抗浮設(shè)計(jì)中，水浮力的取值以及地下室抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算方法是兩個(gè)主要方面。由于地下水位在暴雨天氣接近地表，因此近年來(lái)有關(guān)抗浮設(shè)計(jì)的質(zhì)量事故也逐漸出現(xiàn)。地下結(jié)構(gòu)物建筑面積大、基礎(chǔ)埋藏較深，建筑層數(shù)相對(duì)較少，在歷史最高地下水位情況下，結(jié)構(gòu)自重不足以抵抗地下水的上浮力，地下結(jié)構(gòu)物的抗浮問(wèn)題日益突出。

一、地下室抗浮設(shè)計(jì)的基本原理

    1、地下室最主要破壞形態(tài)即為抗浮破壞，因此抗浮設(shè)計(jì)顯得尤為重要。
    2、水對(duì)地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，水對(duì)物體的浮力等于物體排開(kāi)同體積水的重量{即基底單位面積所受的水浮力為γh的（γ為水的重度，h為建筑物基底以上的水深）}。當(dāng)水浮力強(qiáng)度大于地下建筑物單位面積的重量時(shí)，建筑物即可浮起，當(dāng)水不斷補(bǔ)充時(shí)，建筑物將不斷上浮，所以，建筑物浮起是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。水量的大小只是控制著建筑物上浮速度和上浮量，而水位高低則是控制建筑物上浮的基本要素。
    3、地下室與潛水艇的根本區(qū)別：
      地下室底板除受水浮力外還受土反力，而潛水艇底板只有水浮力。(注意此時(shí)的地下室基礎(chǔ)形式，若為獨(dú)基+防水板，防水板是不允許受土反力的,而只受水浮力作用；基礎(chǔ)范圍均受土反力與水浮力。)潛水艇完全沉沒(méi)在海里面時(shí)，其所受總的浮力是個(gè)定值，因?yàn)榇藭r(shí)排開(kāi)水的體積不再變化,即為：頂板向下水的壓力+自重=潛水艇底板向上水的壓力。
地下室抗浮設(shè)計(jì)中，力的平衡公式：F頂板表面（定值）+G地下室自重(定值)=P基底土反力(不允許為0)+水浮力。從中得出：即隨著地下水位的上升，水浮力逐漸增大，土反力逐漸減小,若基底土反力小于或等于0時(shí)，地下室出現(xiàn)整體抗浮破壞。當(dāng)水位在地下室頂板或者超過(guò)頂板面時(shí)，地下室整體所受的水浮力是個(gè)定值。注意：地下室頂板所受的荷載大小是個(gè)定值，跟有沒(méi)有水不相干；而地下室底板所受的水浮力（γh）大小只與水頭高度相干，隨著水頭高度變化而變化。
    4、在抗浮中起有利作用的及一些自身安全儲(chǔ)備有:
      a. 地下室的自重和覆土重對(duì)抗浮有利;
      b. 地下室底板與土（存在水的情況）存在張力作用；側(cè)壁的回填土（質(zhì)量要有保證），對(duì)側(cè)壁有個(gè)摩擦力。
    5、地下室抗浮驗(yàn)算：
      《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012的3.2.4條的第1.2款規(guī)定：“當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，組合分項(xiàng)系數(shù)不應(yīng)大于1.0”。
      在地下室整體抗浮驗(yàn)算中，永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)有利，荷載分項(xiàng)系數(shù)一般應(yīng)取1.0。
      廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DBJ 15-31-2016第5.2.1條規(guī)定，地下室抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)滿足式5.2.1的要求： W/F≥1.05（5.2.1） 式中 W——地下室自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和； F——地下水浮力（標(biāo)準(zhǔn)值）。

二、抗浮加固的主要措施

    一般來(lái)說(shuō)，工程中抗浮設(shè)計(jì)方法大致采用4種，壓重抗浮、工程樁抗浮、抗拔錨桿抗浮、排疏水法抗浮。配重法主要是通過(guò)增加底板或者頂板的重量去平衡地下水的浮力，施工比較簡(jiǎn)單，對(duì)于地下室凈高要求能滿足的是一種較好的抗浮加固措施。抗拔樁一般設(shè)計(jì)原則是柱底打樁，做法與承壓樁類似，但因?yàn)榈貛?kù)一般柱距較大，跨中通過(guò)底板變形傳遞水浮力，所以一般需要底板有足夠的剛度，因此板厚以及配筋都不會(huì)很小，需要投入較高成本，工期較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益較低。與采用抗拔樁比起來(lái)，只要土體分布合適巖石層埋藏較淺，抗拔錨桿能夠有效的縮短工程工期(施工簡(jiǎn)單)以及降低造價(jià),再加上其施工機(jī)械小，靈活便捷，能夠在窄小空間內(nèi)作業(yè)，這也成為它備受認(rèn)可的優(yōu)勢(shì)之一。“地下室疏排水”或“釋放水浮力法”是指采用明排的方法，將滲出基底的地下水通過(guò)疏排水系統(tǒng)收集排走，從而完全或部分消除底板水壓，取消或減少抗浮構(gòu)件及降低底板負(fù)荷。也可稱為“排水減壓”。
    1、壓重抗浮 

    抗浮失效（建筑物傾斜或出現(xiàn)裂縫）是由于建筑物自重小于地下水浮力造成的，因此解決此問(wèn)題最簡(jiǎn)便的辦法就是增加建筑物自重，比如在地下室頂板部位覆蓋一定厚度的土層。對(duì)于土體的選擇，不同地區(qū)可結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，就近選擇可利用覆土材料。對(duì)相關(guān)范圍內(nèi)地下室底板不滿足抗浮承載力要求的采用新增疊合板加固處理，并可考慮提高后加疊合板混凝土的容重。
    2、工程樁抗浮 

    工程樁，就是在工程中使用的，最終在建構(gòu)筑物中受力起作用的樁。按承載性狀可分為摩擦型樁和端承型樁，工程樁基礎(chǔ)大多是現(xiàn)澆大直徑柱，整體性好，工程樁周圍與土層間摩擦力大。但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意工程樁在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的裂縫及耐久性較差的問(wèn)題，因此在地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中使用工程樁抗浮應(yīng)當(dāng)對(duì)于使用過(guò)程中可能涉及到的樁體變形問(wèn)題進(jìn)行有效預(yù)估。
    3、錨桿抗浮 

    錨桿抗浮是建筑工程地下結(jié)構(gòu)抗浮措施的一種，在建筑物采用天然地基且基巖情況下，錨桿抗浮是地下室抗浮設(shè)計(jì)很好的選擇，錨桿抗浮為抗拔樁體承受拉力，普通抗浮樁受力也是自樁頂向樁底傳遞，樁體受力大小隨著地下水位的變化而變化，因此當(dāng)?shù)叵滤畨毫^大，松散砂層太厚，錨桿受到的拉力也隨之發(fā)生變化，不宜采用錨桿抗浮，這種情況下如果采用錨桿，就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造成抗浮失效此外，當(dāng)軟弱土層較厚或錨桿自由段過(guò)長(zhǎng)時(shí)，這種方案抗浮也是不合適的，錨桿自由段長(zhǎng)其永久防腐蝕措施要求就較高，工程費(fèi)用也會(huì)顯著增加。

    4、排疏水法抗浮 

    排水法抗浮主要是通過(guò)修建排水盲溝將地下室周圍的地下水自流排到較低區(qū)域，這種方法只適用于建筑場(chǎng)地標(biāo)高相對(duì)于周圍地面較高或附近有較低水位的排水系統(tǒng)工程中，不能普遍使用當(dāng)前比較流行的一種排水法抗浮是標(biāo)準(zhǔn)靜水壓力釋放系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)多孔聚乙稀排水管網(wǎng)將地下水位降到地下室底板以下，使地下室地板不受或受很小的水浮力，能夠有效地防止地下室上浮。基坑開(kāi)挖降水后，基坑內(nèi)外形成水頭差，地下水通過(guò)在土體滲流，繞過(guò)止水帷幕的底部，流入基坑內(nèi)部。當(dāng)坑底附近土體隔水較好或止水帷幕可以有效隔斷透水層時(shí)，地下水的滲流將十分緩慢，坑內(nèi)日滲水量少，抽水負(fù)荷低，短時(shí)間抽水即可維持水位低于坑底或目標(biāo)標(biāo)高 。在低滲水量條件下，采用“排水法”代替常規(guī)的抗拔樁或錨桿成為可能：在地下室底板以下設(shè)置永久的疏排水系統(tǒng)，系統(tǒng)的排水速度和能力可設(shè)計(jì)為最不利滲水工況的數(shù)倍甚至數(shù)十倍以上，將滲入系統(tǒng)中的少量地下水迅速排離，則可輕松達(dá)到控制水位的目標(biāo)。

三、地下室抗浮設(shè)計(jì)中存在的常見(jiàn)問(wèn)題

    1、只重視地下室的梁、板、柱、墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，忽視整體抗浮驗(yàn)算分析，忽視施工的抗浮措施，總認(rèn)為具有上萬(wàn)噸自重的地下室不會(huì)浮起來(lái)；
    2、地下室底板裂縫、漏水，甚至成為地下游泳池，把某些實(shí)質(zhì)上是因?yàn)榈叵滤淖饔眠h(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載而造的工程事故，錯(cuò)判為溫度應(yīng)力作用、混凝土施工質(zhì)量問(wèn)題等；
    3、對(duì)于基底為不透水土層的地基（基巖、堅(jiān)硬粘土），深基坑支護(hù)又采用了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，忽視水的浮力。
    為防止地下室整體上浮我們通常采用兩類做法，一類為“壓”，一類為“拉”。當(dāng)采用“壓”的做法時(shí)，利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)及建筑裝修、上部覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力，當(dāng)不能平衡時(shí)，必須增加“拉”的做法，即采用樁或錨桿等來(lái)抵抗地下水的浮力。無(wú)論是“壓”還是“拉”的做法，都必須進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算，保證抗浮力（壓重+抗拉力）大于水的總浮力。
    局部抗浮驗(yàn)算，除了梁板墻柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算、變形驗(yàn)算和裂縫驗(yàn)算，還應(yīng)包括局部的抗浮驗(yàn)算，對(duì)于大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑，建筑自重不均勻，當(dāng)上部為高層或恒荷載較大時(shí)，該范圍的整體抗浮能力可能較高，但上部沒(méi)有建筑或建筑層數(shù)不多的局部范圍，特別應(yīng)進(jìn)行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗(yàn)算，例如：柱、樁、墻的壓力或拉力能否平衡它所影響區(qū)域里的水浮力總值。

四、總結(jié)

    當(dāng)遇暴雨使地下水位升至地表時(shí),僅靠地下室自重抗浮是不足的,必須考慮使用期間的抗浮問(wèn)題。地下室的加固處理除針對(duì)梁柱和底板裂縫外,還應(yīng)對(duì)地下室整體抗浮進(jìn)行加固處理。結(jié)合實(shí)際工程情況抗浮加固處理措施可以采用降排水法和打設(shè)抗浮錨桿以及配重法等方式進(jìn)行,但考慮盡快恢復(fù)地下室的正常使用以及節(jié)省成本造價(jià),加固方案可以多種組合方式的加固施工方案。本文提出采用疏排水法作為地下室抗浮加固措施，該措施方法綜合用了結(jié)構(gòu)工程專業(yè)、巖土工程專業(yè)、建筑給排水專業(yè)的知識(shí)領(lǐng)域，系統(tǒng)地將“泄壓減浮”技術(shù)成功應(yīng)用到房建工程，極大節(jié)省地下室抗浮方面的工程造價(jià)并縮短了施工工期，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。