地下建筑结构抗浮设计及措施探讨

河南工业大学 土木建筑学院 周春雷

中色科技股份有限公司 陈豪兴

随着我国国民经济的飞速发展，人类对地下空间利用和开发的规模和速度达到了前所未有的程度，目前高速公路、城市地铁、铁路、水利水电、矿山、国防建设、市政交通及地下商业建筑等都有了很大发展，大大推动了地下建筑工程技术的进步与发展，各种类型的地下结构越来越多，新工艺、新技术不断涌现，设计理论与方法也取得了长足进步。本文，笔者针对地下建筑结构中存在的抗浮问题进行了分析，可以为实际工程提供参考。

一、地下建筑结构抗浮失效形态分析

地下建筑结构包括全埋于地下的工程结构与半埋于地下的工程结构，该结构存在局部抗浮失效形态、整体抗浮失效形态、局部整体抗浮失效形态3种失效形态。根据工程的埋置形式与使用形式的不同，主要的失效形态也不尽相同。

1.局部抗浮失效形态。局部抗浮失效是由于地下结构的自重与顶部重量之和大于地下水浮力，而结构的局部承载力不足导致的。这种情况一般出现在施工阶段或上部没有施工的条件下，其主要特征是结构局部抗弯承载力不足，结构整体的标高无任何变化。一般情况下，此失效形态会出现在半埋于地下的建筑结构中，如带地下室的建筑。

2.整体抗浮失效形态。整体抗浮失效是指当地下建筑结构自重与顶部重量之和小于地下水浮力时，在地下水浮力作用下所表现出来的整体结构发生偏移的现象。这种情况一般发生在大量降雨之后，地下水位偶然高于地下抗浮设防水位的高度，或者在判断地下抗浮设防水位不准确时。这种失效形态下当结构整体的位移发生变化时，标高也发生变化；但结构各部位间的相互位移很小，可以忽略；当结构构件出现较多无害裂缝时，结构不会出现严重损坏的现象。

3.局部整体抗浮失效形态。局部整体抗浮失效指的是以上两种抗浮失效形态同时发生的情形。地下工程抗浮失效事故常有发生，如地下车库、地下室、地下地铁车站等建筑（构）物的上浮，还有类似的地下工程在停止降水时底板的破坏等。在现有的地下结构中，对结构的防水要求越来越高，如地下加工厂、地下仓库，因此必须控制结构的裂缝宽度。

二、地下建筑结构抗浮设防水位的确定

在地下建筑结构抗浮设计中首先要合理确定基础抗浮设防水位，这关系到结构的安全与质量。设计人员一般都是从地勘部门提供的岩土工程勘察报告中，取用抗浮设防水位的数值。但是不同的地下工程单体，其坐落环境、建筑体量、地基土层的分布情况等也不相同，因而抗浮设防水位也不相同。通常，抗浮设计水位可采用地质勘察报告所提供的抗浮设防水位。当地勘报告中没有提供该参数时，抗浮设计水位的确定可综合考虑《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）与《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）中的以下几种情况。

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或资料缺乏时，根据勘察期间实测最高稳定水位，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.只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。

3.地下水赋存条件复杂、变化幅度大、区域性补给和排泄条件可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证，提供抗浮设防水位的咨询报告。

4.对位于斜坡地段的地下工程或其他可能产生明显水头差的场地上的地下工程进行抗浮设计时，应考虑地下水渗流在地下工程底板产生的非均布荷载对地下结构的影响；对地下工程施工期间各种最不利荷载组合的情况，应考虑地下工程的临时抗浮措施。

5.地下工程在稳定地下水位作用下所受的浮力应按静水压力计算，对临时高水位作用下所受的浮力，在黏性土地基中可以根据当地经验适当折减。

三、地下建筑结构的抗浮措施

随着地下建筑结构的不断增多，关于抗浮措施的研究也逐渐增多，但是在实际工程中，不是每一种抗浮措施都是适合于任意一种地下工程的。因此，选择合适的抗浮措施是非常重要的。

1.配重法受地质条件、施工环境的影响相对较少，常作为基本方法采用。通常在底板外挑部分上堆载回填物作为配重，这种方法的优点是可以增加较大的附加配重，有利于抵抗浮力作用的发挥。但是，这种方法会加大基坑的开挖范围，增加地下水浮力的接触面积，使浮力变大。对于全埋于地下的建筑来说，顶板上加厚覆土，可解决建筑绿化问题；但基础埋深在原来的基础上增加，地下水浮力也相应增加。这种方法适用于开挖面积较小且埋深较浅的建筑结构。

2.抗浮下拉法是一种通用的方法，主要是利用抗浮桩（锚杆）（与土体的侧摩阻力来抵抗地下水产生的浮力。这种方法可以减小底板上的附加应力，并使其均匀分布；同时还可以减小底板厚度，降低工程造价。但是抗浮桩受地形和环境条件的影响较大，抗浮锚杆的技术目前还不是很成熟，耐久性比较差，采用这种方法要与底板直接接触，因此不适用于底板有防水要求的建筑结构。

3.抗浮摩擦法是利用土体与地下建筑结构间存在的摩擦力来抵抗部分地下水浮力，这种摩擦力大小要根据土体的侧压力及土质情况而定，但是这种力的大小很难确定，在设计中通常仅作为安全储备。

四、结论

地下建筑的抗浮问题是解决结构安全的关键问题，不同的地质状况应结合工程的实际情况，选择合理设计方法与经济实用的抗浮措施，综合运用局部抗浮验算与整体抗浮验算的方法，制定合理的抗浮措施。