江苏建筑 ２０１３年第６期（总第１５９期） 地下室抗浮设计与抗浮措施研究综述 秦海兰．姜善华 （无锡市都市建筑设计有限公司，江苏无锡２１４００１） ［摘 要］ 随着大面积地下室的建设发展，对抗浮设计也提出了较高要求。对地下室的抗浮设计原理进行了初步分析，提 出了地下室抗浮设计方法与抗浮措施，并对发生上浮后的地下室复位技术进行初步探讨。 ［关键词］ 地下室；抗浮设计；抗浮措施；复位 ［中图分类＂￣］ＴＵ９２［文献标识码］Ａ【文章￣－］１００５—６２７０｛２０１３）０６—００６４—０２ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｂａｓｅｍｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｎｔｉ－Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ＱＩＮ Ｈａｉ－ｌａｎ ＪＩＡＮＧ Ｓｈａｎ—ｈｕａ （Ｗｕｘｉ Ｕｒｂａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｗｕｘｉ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１４００１ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｂａｓｅｍｅｎｔ，ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｂｏｕｔ ａｎ— ｔｉ－ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｔｉ－ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅｍｅｎｔ．Ａｎｔｉ—ｆｌｏａｔ— ｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｎｔｉ－ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ａｎｄ ｒｅｓｅｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｂａｓｅｍｅｎｔ ａｌＳＯ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｓｅｍｅｎｔ；ａｎｔｉ－ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ；ａｎｔｉ－ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅ；ｒｅｓｅｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ 随着我国城市化进程的快速发展．对地下空间的开发 力度日益增大．需要设置超深超大面积地下室的工程项目 地下室抗浮验算的关键是准确计算地下室结构所承受 的水浮力。该问题可采用阿基米德定律来计算。该定律简要 表述如下： Ｆ （１） 越来越多。受周边环境、工程地质与水文地质因素制约，目 前地下室设计及施工中遇到了许多新的技术问题亟待解 决，地下室抗浮问题即是其一。众多工程实例表明，一旦抗 式（１）中， 为水的密度，一般取１０ ｋＮ／ｍ ； 为建筑 浮不满足设计要求．轻则引起地下室底板局部隆起或者开 裂需进行加固处理．重则引起建筑物倾斜甚至丧失使用功 能，无论何种情况都造成巨大的经济及社会效益损失。因此 进行地下室抗浮设计并采取必要的抗浮措施十分必要 １地下室抗浮失效问题分类及其破坏特征 地下室抗浮失效问题分为整体抗浮失效和局部抗浮失 物浸入地下水部分的体积； 为重力加速度。 在实际抗浮计算中， 按式（２）计算： ＾ （２） 式（２）ｔ９，ｈ 为抗浮设计水位高度，Ａ 为建筑物底板面积。 由浮力计算公式可以看出．确定抗浮设计水头高度是 抗浮设计至关重要的一步 ２．２地下室结构抗浮设计水位的合理取值 地下室抗浮设计水位的确定按照现行国家规范［５１的要 求．需由岩土工程勘察单位在地质勘察报告中提供。规范明 确规定： 效两大类 整体抗浮失效是指当建筑物的自重不能够克服地下水 浮力．建筑物发生整体上浮位移或倾斜。其失效形式与地下 室结构刚度关系密切．若地下室结构刚度小．可能会出现局 部上浮或倾斜。刚度大则可能整体向上浮移。 局部抗浮失效是指水浮力不超过建筑物的总重量．但 （１）当有长期水位观测资料时．场地抗浮设防水位可采 用实测最高水位：无长期水位观测资料时按勘察期间实测 局部自重小于水浮力．造成抗浮承载力不均衡。其失效形式 使得地下室产生裂缝．部分结构上浮。由于受周边墙体以及 内部框架柱、墙的制约．裂缝一般分布于底板或地梁跨中， 且其分布范围广并具有一定规律性 ２地下室抗浮计算理论依据 最高水位并结合场地地形地貌及地下水补给条件确定： （２）场地有承压水且与潜水有水力联系时应实测水位 并考虑对抗浮设防水位的影响 【收稿日￣１２０１３－０８－０９ ［作者简介】秦海兰，女（１卵９＿），无锡市都市建筑设计有限公司，工程 师 ２．１浮力的计算方法 江苏建筑 ２０１３年第６期（总第１５９期） （３）只考虑施工期间的抗浮设防时水位可按一个水文 年的最高水位确定 略有抬高。水浮力相应减小。 （２）顶板采用宽扁梁或无梁楼盖。厚顶板不仅增加了结 构自重．而且在保证使用净高的情况下，底板标高可相应抬 高，有效降低了抗浮设计水位。 ３．２设置抗浮构件作用下的抗浮措施 ３．２．１设置抗拔桩 通过抗拔桩本身自重和与周边土的摩擦力实现与水浮 勘察资料未提供抗浮设计水位时．应取建筑物设计基 准期内可能产生的最高水位 当地下水赋存条件复杂变化 幅度较大．区域性补给和排泄条件可能有较大变化或者工 程需要时应进行专门论证提供抗浮设防水位的咨询报告。 ２－３地下室抗浮稳定性验算 建筑物基础应满足抗浮稳定性验算如式（３）所示： 力相抗衡的抗拔力．可均匀布置于筏板下，也可较集中地布 Ｌ≥ （３） 置于柱、墙下。 １Ｖ ｋ 设置抗拔桩时的抗浮计算 式中：Ｇ 为建筑物自重及压重之和；‰为浮力作用 Ｊ７、ｒ础盟≥ 值， 为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取１．Ｏ５。 ～ （４） 纯地下室Ｇ 包括底板及其面层自重、顶板及其粉刷自 式中：Ｇ 为建筑物自重及压重之和，儿为浮力作用 重、梁及柱墙自重、底板挑出侧板外覆土压重、顶板上部覆 值， 为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取１．０５，ｎ为抗 土压重。而对于使用过程中所产生的压重，如地下车库中停 拔桩的根数， 为按荷载效应标准组合计算的基桩拔力。 放车辆的重量则不应考虑在内 基桩抗拔力 应按照规范翻第５．４．５条同时进行群桩 带有地下室的建筑物，在计算Ｇ 时除了应考虑地下部 基础呈整体破坏和呈非整体破坏时的抗拔承载力验算。 分结构的自重外．尚应考虑地上部分结构的自重。具体包括 ３．２．２设置抗浮锚杆 地下室底板及其面层白重、各层楼板，面层及粉刷自重、各 （１）抗浮锚杆的计算 层梁及柱墙自重、地上各层外填充墙体自重、底板挑出侧板 抗浮锚杆通过在底板与其下坚硬土层或岩土体之间设 外覆土压重 置锚杆和砂浆组成的锚固体建立抗浮力，因其布置灵活、受 ３地下室抗浮措施 力合理、造价低廉等优点而得到广泛应用。 ３．１无抗浮构件作用下的抗浮措施 抗浮锚杆可根据规范【 噪６．８．６条进行计算： ３．１．１压重抗浮 Ｆ∈ｆｕ＾ （５） 当不满足抗浮稳定性验算时．对于不采用抗浮构件作用 式中： 为锚杆抗拔承载力特征值，∈为经验系数，对 的地下结构，可采用增加自重的方式来满足抗浮要求。 于永久性锚杆取０．８．ｆ为砂浆与岩石间的粘结强度特征值。 （１）增加地下室结构自重，如适当增加顶板或底板的厚度。 ｕ 为锚杆周长，ｈ 为锚杆锚固段嵌入岩层中的长度，当长度 （２）增加结构层数，如增加设备层，非使用空间等。 超过ｌ３倍锚杆直径时．按ｌ３倍锚杆直径计算。 （３）用大容重材料对地下室地面进行回填。 （２）抗浮锚杆的布置 （４）在地下室顶板增加覆土厚度。 抗浮锚杆可采用面式、线式或点式等３种形式布置，其 ３．１．２降低抗浮设计水位 各自优缺点比较如表１所示 由浮力计算公式可以看出．降低抗浮设计水头高度可 ３．２．３永久性降低地下水水位 减小水浮力。通过结构优化．在确保地下室使用净高的前提 通过设置永久性降水井或者其他措施根据设计要求动 下减小地下室的埋置深度可实现降低抗浮设计水位的要 态抽水防止地下水水位上升也可降低地下水浮力。该方法 求。具体可采取如下措施： 用于常规方法无法满足抗浮要求的情况．如无锡崇安寺一 （１）采用平板式筏板基础，较梁板式筏板基础梁底标高 期工程地下室抗浮设计即采用人为控制地下水水位的方 表１ 不同锚杆布置形式对比 名称 特 点 优点：（１）锚杆均匀布置时承载力较低，地层适应范围广；（２）底板受力均衡，钢筋用量小，工程造价较低。 面式 缺点：（１）锚杆布置分散，锚杆间的荷载协调能力差；（２）底板防水施工难度大；（３）非柱、墙范围内的锚杆不能充分 利用上部荷载平衡水浮力 优点：（１）锚杆沿地梁较集中地布置，对个别锚杆承载力不足的情况因有较多的锚石分担，具有较强的抵抗力；（２） 线式 锚杆较集中布置。降低了底板防水施工难度和底板渗水风险。 缺点：（１）侧壁摩阻力小的地层如土体等不适用；（２）地下室底板钢筋用量较大。 优点：（１）上部结构通过柱、墙向下传递荷载，锚杆在这些点下布置可充分抵抗浮力作用；（２）因锚杆布置具有局部 觚 密度大的特点，故锚杆荷载可相互协调。对个别锚杆承载力不足的情况具有一定的相互补偿性。 缺点：（１）侧壁摩阻力较小地层如软岩或土体等不适用；（２）地下室底板钢筋用量大。 （下转第７３页） 江苏建筑 桩型 （三） 灌 ２０１３年第６期（总第１５９期） 实例 原因 对策 ７３ 事故 注桩 镇江技师综合 １、在人员比较多和对振动敏感区域不宜采用。 Ｂ、冲 ３、噪音扰民 楼 ２、土层中块石含量极高：３、冲击锤本身振动 孔灌 注桩 １建筑垃圾未清除 、影响大。 ２、设置音障屏。 １、桩底岩层 昆明变压器厂 Ｃ、 喀斯 冲切破坏 １、糖葫芦式的溶洞桩尖下持力层厚度小于３ １、必须采用一柱一孔钻探．且在洞底下５ ｍ深度内 ｍ－５ｍ。 ２、持力岩层裂缝较多不完整。 不出现溶洞方可终止钻探。 ２、桩尖下持力层厚度必须在３ ｍ以上。 特场 ２桩尖水平 云南氮肥厂压 １、桩尖嵌固深度不足。 、１、起伏大的岩层按滑弧法计算桩的嵌固深度。 ２、从岩石最底一侧计取和采用嵌入深度且不小于 （１－１５）。 ．地中 滑移即偏位 缩机车间 的钻 而下沉倾斜 孔灌 ２、持力层岩层起伏较大。 注桩 ３、浇注混凝 土量过大（充 云南氮肥厂专 １、厅堂式溶洞难以填满。 盈系数大于 家招待所 ３） １、采用伞式测孔器对桩长范围内的溶洞直径进行探 测，小于２ Ｉｎ且无旁旁时浇灌混凝土。 ２、洞径大于２ ｎｌ时加钢套筒．浇混凝土等初凝后拔 出套筒。 ２、旁侧溶洞连接通道。 时代社会不断发展，技术也日新月异。桩基工程的质 量控制与处置对策能力必将进一步提升。 事在人为，只要专业技术人员深入工作潜心研究，桩 基工程上相关技术要求水平一定会与时俱增，日臻完善。 Ｉ上接第６５页） 法。具有一定的经济效益 ４地下室整体复位技术简介 降低土体与侧墙的摩阻力，必要时也可在底板设置冲砂孔． 以利用高压水将底板下的泥沙冲散，使地下室顺利下沉。 ５结语 地下结构上浮后须采取相应措施使其复位．目前常用 措施有以下几种 ４．１结构加压 （１）地下室的抗浮设计是一个非常重要的问题．须予以 重视 增加结构自重可以快速有效地使已上浮的结构沉回原 位．即可通过在地下室底板或上部结构上放置密度较大的 （２）地下室抗浮设计的关键在于选择合理的抗浮设防水 位。设计人员在设计过程中应充分结合场地特点和区域工程 重物，此时应注意校核结构承载力，防止加压过程中引起结 构破坏 地质、水文地质以及周边环境选择合理的抗浮设计水位 （３）不满足抗浮要求的建筑物务必采取抗浮措施．抗浮 措施应结合工程实际在保证工程安全的情况下．尽量做到 科学经济、合理可行。 （４）若因设计不合理而导致地下结构上浮后，应尽早采 ４．２降低地下水水位 采用抽水的方法降低地下水位以减少浮力．从而防止 地下室进一步上浮。抽水过程中需加强水位监测．根据出水 情况及结构下沉情况及时调整设备的出水量 取有效措施，使上浮结构复位。并加固处理已变形或损伤的 结构构件，使其达到承载能力的要求。 参考文献 但是仅通过降低地下水水位的方法不能使结构完全复 位，必要时需配合其他措施综合处理。 ４．３释放地下水压力 【１］ＧＢ ５０００７—２０１１建筑地基基础设计规范【ｓ】．北京：中国建 筑工业出版社．２０１１． 地下室上浮后地下水一般在底板下形成较大浮托力． 通过在底板适当位置布置压力释放孔．有组织地引导地下 水排出并及时抽排到场地以外，也可使地下室复位 【２Ｕｑ９４—２００８建筑桩基技术规范【Ｓ】．北京：中国建筑工业出 版社．２００８． 但是在底板布置压力释放孔应进行详尽研究．防止在 压力释放过程中因受力不均引起建筑物倾斜．同时后期应 对释放孔进行可靠的封闭处理．防止底板漏水 ４．４侧壁减阻 如果地下室复位过程比较困难，复位效果不理想时．可 ［３］ＧＢ ５０００９—２０１２建筑结构荷栽规范【ｓ】．北京：中国建筑工 业出版社．２０１２． 【４】杨淑娟，等．地下室抗浮问题分析及处理措施研究Ⅱ】．建 筑技术．２０１２（１２）：１０６７￣１０６９ 【５］ＧＢ ５００２１—２００８岩土工程勘察规范【ｓ】．北京：中国建筑工 业出版社．２００８． 利用高压水在地下室侧壁进行冲洗．扰动土的原状结构以
