浅谈建筑物抗浮设计的一般性方法

1、浅谈建筑物抗浮设计的一般性方法 浅谈建筑物抗浮设计的一般性方法 从本世纪初开始的近十年间，我国经济发展相当迅猛，城市建设规模不断扩大，高层、超高层建筑如雨后春笋般的拔地而起，在一些一线城市的中心地带，高层建筑更是一栋挨着一栋，规划地面空间日趋饱和已经是不争的事实。为满足城市使用功能的需要，同时满足建筑物设计安全性的要求，在建筑物的基础设计中，往往需要一定的埋置深度而设置地下室或地下结构等。在近几年的一些媒体报道中，总能听到这样的声音：未来城市向哪发展？向地下要空间！ 1、抗浮问题的产生 向地下要空间，发展地下建筑，建筑物的抗浮设计便是一个重要的设计内容。而要进行建筑物的抗浮设计，首先要确定建筑物所在区域地下水设计抗浮水头高度。例如江浙沿海一带的城市，地处我国南方，常年雨水较多，不仅地下水位高，而且地下水位的变化幅度较大，季节性降水，如台风季节的降水可能使地下水位的高度上升到地表，甚至出现洪涝灾害，如台州市建设工程设计审查中心提供的台州椒江市区当地的抗浮洪水位为黄海高程3.774m，而其地面道路就在这个高程附近。 在沿海一带的民用建筑工程岩土工程地勘察质报告中，一般提供勘察期间的测量得到

2、的水位高度，由于受季节性降水的影响，在雨水季节地下水位就高，而枯水季节地下水位就明显较低，因此缺乏代表性，不能作为抗浮设计的依据。实际上地下室和地下结构的上浮往往是短时间内暴雨导致地下水位突然升高所引起的。某些沿海地区的地方性规范对地下室和地下结构的抗浮设计水位应该取“建筑物设计使用年限内（包括施工期）可能产生的最高水位【5】”。一般认为，对排水通畅的场地，长期监测得到的地下水最高水位作为抗浮设计水位是合理的。实际上，在建筑工程岩土工程地勘察质报告中所提供的设计水位往往是位于地表以下0.5米附近，由于上述种种原因，在一些实际工程中，地质报告往往无具体的抗浮水位资料提供，在工程设计中，一般取室外道路面为建筑物的抗浮设计水位高度。 上述确定抗浮设计水位后，建筑物所承受的水浮力计算方法，学者们提出了一些符合本地区地质情况的水浮力计算方法，其基本原理是根据阿基米德定律：浮力等于它的排开水体积的重量，常见的地下室处于潜水层，下层为隔水层，其浮力计算为 ，其他情况，如1）地下室穿过上部潜水层，底板位于隔水层；2）地下室位于上部隔水层，且未穿越，隔水层下部为承压水层；3）地下室穿越隔水层，底板位于承

3、压水层；4）地下室穿过上部潜水层，底板位于隔水层，隔水层下部为承压水层；5）地下室穿过上部潜水层和隔水层，底板位于承压水层。其水浮力计算公式可见张欣海【6】水浮力分类计算方法。 2、抗浮措施的介绍 我们常见的地下空间一般是地下停车库，其自重及其上部的覆土重往往要小于最高洪水位产生的水浮力，如果不采取措施的话，地下停车库很有可能会上浮，因此设计者一般会采取一定的抗浮措施。 实际工程中可采用抗浮方法很多，大体上可分为两大类，疏导消除型和抵抗型。 2.1 疏导消除型 疏导消除型是一种比较直接的方法，通过排水、降水、截水使地下水位保持在一定的标高之下，减小地下水对地下室或地下结构的浮力。降水的主要措施是在底板附加标高处设置盲沟，或在底板下设置滤水层和排水管道，让地下水汇集到排水井中再用抽机水抽走；截水法主要是将深层水泥搅拌桩或高压旋喷桩或地下连续墙作为止水帷幕，使其进入隔水层一定深度，将建筑物周边的地下水与外界水源隔开。 目前，疏导消除型的措施应用较少，通过疏导排水措施可以降低地下水位，减小地下水对地下室底板的浮力作用，理论上可以控制抗浮水位，地下水由于外界季节性雨水补充而突然升高的情况下，可

4、以通过临时突击抽取地下水，降低地下水位将其控制在设计的高度，该方法不但简单易行，而且经济高效；但是如果地下水位一直处于高位，需要长时间抽取地下水来降低地下水位，不但不经济，而且还会引起其周边建筑物因地下水的下降而发生地面下沉，造成工程隐患。因此疏导消除型的措施应当巧用、慎用。 2.2 抵抗型 抵抗型这种方法工程用的比较多，如采用抗拔桩，抗拔锚杆，增加结构配重等。 增加结构配重法适用于各类工程条件，配重的部位可以在建筑物顶板上，可以在建筑物底板上，也可以在建筑物边墙上。这种方法的优点是施工和设计都很方便快捷，缺点是，当建筑需要抵抗浮力的配重较大时，由于需要增加大量的混凝土或是其他配重材料，费用增加较多，例如在建筑物顶板上增加配重，不但要增加配重所需的混凝土或其他配重材料，显然还要增加大量的钢筋来抵抗顶板增加的配重外荷载；如果在建筑底板上增加配重，由于地下室的净高要求，回填层增加了工程埋深而使浮力增大，外加配重增加的抗力实际效果已经打了一半的折扣，此法效果也并非十分理想。如果在边墙上增加配重，显然其配重分布不会很均匀，单单采用这种方法来抵抗建筑物所受浮力，这种措施并不妥当。还有一种抗浮方法

5、是延伸底板法，可以认为是另外一种增加配重法，具体做法是将地下室底板伸出侧墙外而形成翼板，有翼板承托覆土来抵抗上浮力。此法一般适用于不受场地限制的规模较小且狭长形地下建筑物的抗浮。但是，由于要外伸底板而成翼板，基坑开挖的范围也因此而加大加宽，土方和使用土地面积也要加大，在实际工程中，对于规模较大，抗浮荷载也大的工程，一般很少采用此法作为抗浮措施。 在抵抗型抗浮措施中工程应用比较普遍的应该是采用抗拔桩抗浮，不管是其经济性上考虑还是从技术上考虑，都是比较理想的抗浮方法。单从经济上来说，一般采用的抗拔桩往往是既要起到抗压的作用又要起到抗拔的作用，相对于抗压桩来说，无非是在抗压桩的基础上增加一定量的钢筋用于抗拔，增加的造价比较有限；单从技术上来说，抗拔桩的施工与抗压桩没有太多区别，只是在桩身构造上略有不同而已，且经过这么多年的工程实践也证明采用抗拔桩抗浮是比较可靠的抗浮措施之一。 但是，对于一些比较特殊的工程，采用普通抗拔桩进行抗拔，可能不一定起到很好的效果，比如对于一些小型的加固工程，采用抗拔锚杆抗浮可能会更经济合理些，再比如对于浮力较大的工程，采用单根普通的抗压抗浮桩，如普通钻孔灌注桩等，可能满足抗压的需要，但是不能满足抗浮的需要，那么，如果同时再采用锚杆抗拔桩对结构物抗浮，可能在经济上会更加合理。 前人对抗拔桩做了非常多的卓有成效的研究，提出了相当多的理论研究成果，例如锚杆抗拔桩、普通抗拔桩和锚杆抗拔桩联合抗拔等，对于一些比较比较特殊的工程，采用普通抗拔桩和锚杆抗拔桩联合抗拔设计理念对于优化结构设计以及节约工程造价来说更有意义。 参考文献： 【1】中华人民共和国国家标准.JGJ94- 2008 建筑桩基技术规范S.北京：中国建设工业出版社 【2】中华人民共和国国家标准.JGJ 106 建筑基桩检测技术规范S.北京：中国建设工业出版社 【3】中冶集团建筑研究总院.CECS22： 2005 岩土锚杆（索）技术规程S.北京：中国计划出版社 【5】广东省建筑地基基础设计规范. DBJ15-31-2003建筑桩基技术规范S.北京：中国计划出版社 【6】张欣海.深圳地区地下建筑抗浮设计水位取值与浮力折减分析J.勘察科学科技，2004；（2）；12-16

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