地下室抗浮设计方法与策略探析

地下室抗浮设计方法与策略探析

张微

辽宁省人防建筑设计研究院辽宁沈阳110001

【摘 要】对于地下室工程而言，抗浮设计是一项十分重要的内容，对于地下室的稳定有着极大影响。在地下室抗浮设计中，需要掌握水浮力、水荷载计算方法，了解地下水室受到的水压力情况，通过抗浮锚杆、抗浮桩等设计方法以及增加自重、泄水减压等措施，来使地下室满足抗浮验算结果，确保地下室的安全。

【关键词】地下室；抗浮设计方法；策略

在建筑工程中地下室的底板通常会受到来自地下水浮力的影响，可利用的抗浮方法较多，比如配重法、疏水法，锚杆法等等，其中锚杆法应用较广，前两者的适用范围较窄需要一些特定的条件。

1工程概况

本工程为某商业综合体建筑,分为A、B两个区，均设三层地下车库，其中A区地面以上有五层商业裙房，B区有四层商业裙房及两个百米高的办公塔楼。地下室单层面积不计两个塔楼时约为21540m2，各层同一层内质量比较均匀，柱网基本处于8.4m×8.4m。由于现场场地呈现东高西低走势，地质勘察报告提出的抗浮设防水位也进行了区分，其中A区为44.00m，B区为45.50m。地下室底板板面标高为30.200m，基础采用筏板基础，筏板厚度为600mm，基础持力层大部分位于第四层强风化板岩上，其承载力特征值为400kPa。

本工程的整体计算软件采用SATWE，由于办公塔楼是单独建模计算的，模型里只包含地下室与裙房,从SATWE的计算文本里可以查到各层的质量，因为抗浮设计时，建筑物自重不考虑活载的质量,只考虑恒载的质量，统计汇总可以得出地下三层与地上一~四层的恒载质量之和为174862t，第五层的恒载质量为11493t。总恒载质量为186355t。

2传统地下室锚杆抗浮计算方法

现阶段常用的锚杆抗浮计算方法，都将地下水的浮力视为可变荷载，地下室承受的来自上部的重量属于永久性的荷载，因此，抗浮设计的理论值应参考最不利的载荷进行确定。公式如下：qf=γQf-γGG。该公式中，qf表示锚杆承受的载荷值，f表示地下水的浮力，G表示上部传下来的重量，γQ表示可变荷载，γG表示永久荷载。利用该公式确定锚杆承受载荷后，还需要对锚杆面积和锚固长度进行计算。

公式为：K1Nt≤Agfγk，Nt≤LaRt，Nt≤qfab。

这三个公式中，K1，Nt，Ag，fγk，La，Rt，a，b分表示抗力系数、锚杆轴向拉力、锚杆面积、钢筋屈服强度、锚固长度、锚杆抗拔力、横向间距以及纵向间距。这种方法主要就是将锚杆承受荷载取值于水浮力与恒荷载的差，使锚杆均匀受力再取值锚杆整体荷载除以单根锚杆荷载的值，可得工程所需的锚杆数量。

3设计方法

3.1思路分析

在地下室抗浮设计中，可采用的方法较多，比如锚杆抗浮、盲沟排水抗浮等。结合上述锚杆抗浮计算方法，以及工程施工现场的土质条件。地下室标高范围的土层变化大，岩层与地下室标高相距0~20m不等，相对来说地下室底板以下的土层土质较好，经过经济比选，并充分考量岩面与底板的距离，最终敲定在距离10m以上使用土层锚杆，其余部分使用岩石锚杆。

3.2锚杆抗浮设计

岩石锚杆。根据《建筑地基基础设计规范》，岩石锚杆的抗拔力，需要在现场进行实验确定。并有公式以便进行计算，如下：Rt=0.8πd1lf（1）。该式中f表示砂浆、岩石的粘结强度（kPa），另外根据《高层建筑岩土工程勘察规程》给出计算公式：Fa=∑qsiUili，以及以《建筑边坡工程技术规范》取qsi的值，进而估算出抗浮锚杆的承载力，然后以GB50330-2013给出的抗拔力计算公式Rt=ξ1πDlafrb（3）计算出锚杆抗拔承载力。在该工程中用于实验的锚杆有两种，分别是中风化层4m和强风化层6m。实验中经过公式计算出来的结果同实测数据相差较大，主要是计算时采用的根据土质选取的参考值，若按照桩基方法进行估算，得出的数据相对较为接近。土层锚杆，在设计规范中并没有明确的规定，这种技术常用于支护结构，在基础设计中应用较少，主要是因为该锚杆技术离散性大，耐久性难以保证等。2012年出台的标准《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）中，土层锚杆用作永久锚杆就有了明确的规定，新出台的标准给出了具体的实验计算公式，以及适用范围，地质条件，防腐以及蠕变控制。在有机质土、液限50%以上以及相对密实度在0.3以下的地层中，规范明确标准不能使用土层锚杆作为永久性锚杆。

考虑到该施工现场土层中的含水量，地下水位，以及单根锚杆并不大的承载力，并结合工程造价，采用HRB400钢筋作为主要材料，以该地段的黏土层而言，并不透水，但根据液性指数可知该地粘土层居于可塑与软塑之间，且地下水标高整体处于地下室底板以上，水浮力的影响较大，根据上文的分析，土层锚杆足够抵消水浮力的作用且始终处于竖向受压状态，在使用年限内不容易出现问题。因此重点就在于防腐的处理，该工程土质带微腐蚀性，在杆体表面涂抹环氧树脂，外部用50mm的高强水泥进行包防腐处理。

经过施工和检验，最终结果表明，在土质较好的地区，锚杆抗浮都是比较好的应用，由于该工程的结构有一定的特殊性，在设计时，要考虑锚杆的承载力，并通过计算公式计算，要一定的困难，但是最终经过试验还是能够运用锚杆进行抗浮设计。从这里就可以看出，锚杆抗浮的应用对地形，地质条件的要求并不高，具备很好的发展前景，同时技术也比较成熟，应用范围十分广泛。

3.3抗浮锚杆基本试验

锚杆在全面施工前，必须进行基本试验，用基本试验的结果来检验理论计算是否符合要求。会同参建各方共同商讨A、B区各选3根做基本试验，选择三个不同的典型位置施工，施工完毕后按照规范的要求进行加载与卸载。经过检测单位的检测，A区的三根锚杆的抗拔承载力极限值均不小于360kN。B区的三根锚杆的抗拔承载力极限值均不小于540kN。通过基本试验的检验，锚杆设计是可行的。为下一步的大面积锚杆施工做好了准备。

3.4增加自重

增加自重抗浮主要是通过在地下结构底板或顶部增加压重来平衡地下水浮力，如加厚地下室底板回填层或加大地下室顶部堆载等措施，其优点是施工简单、不受施工空间狭小的影响，适用于整体抗浮和局部抗浮等;但也存在增加的抗浮力较少、降低地下空间利用率等弊端。

增加自重法有两种方式，一是局部位置增加自重抗浮，在一些地下室工程中，其整体是满足抗浮需求的，但由于顶板覆土较薄、部分顶板缺失等问题，会出现局部抗浮不满足的情况，比如地下室顶板采光天窗、地下室下沉式广场等。这些抗浮不满足的局部在工程中所占比例较小，抗浮桩或扛抗浮锚杆方式不仅造价较高，也会延长工期，并不十分适用，可以采取局部增加自重方式来解决。二是局部加长地下室外围底板外挑抗浮。当与主楼外侧相连的纯地下室范围不大，在整体抗浮满足要求的前提下，外围纯地下室的局部抗浮可采用加长地下室底板外挑段的做法，靠增加其上部填土来抵抗水浮力。该抗浮方法适合用于主楼到地下室侧壁的距离不大的工程，否则在地下室底板会产生很大的弯矩，需要加厚底板、加大配筋，则无经济性优势可言。

4结论

在建筑工程中地下室锚杆抗浮设计方法并不是唯一的，较为优秀的方法是都是根据工程勘探报告的数据，进行计算从而制定相应的设计方案。本文的实例工程若是采用盲沟排水会比锚杆抗浮更加优秀。但锚杆抗浮的应用范围最广，而且技术也最成熟，因而重点还是要把握锚杆抗浮的设计方法。当然，在抗浮设计中把握住建筑结构特点，充分考虑地质、技术、经济等方面的因素，制定出合理的实际方案，方位发展的保证，从而为建筑的抗浮能力提供帮助。

参考文献：

[1]吴建虹.高层建筑地下室抗浮设计的几个问题[J].广东土木与建筑,2002,08:3-5.

[2]刘冬柏,王璇.地下室抗浮设计中的几个问题讨论[J].中外建筑,2010,02:42-44.

[3]郑震东.谈地下室抗浮锚杆设计[J].中外建筑,2003,04:85-87.