关于地下室抗浮设计的思考Word格式文档下载.docx

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当采用“压”得做法时,利用建筑得自重（包括结构及建筑装修、上部覆土等，不含楼面活荷载）平衡地下室水得总浮力，当不能平衡时,必须增加“拉”得做法，即采用桩或锚杆等来抵抗地下水得浮力。

无论就是“压”还就是“拉”得做法,都必须进行整体抗浮验算，保证抗浮力（压重＋抗拉力）大于水得总浮力，即 

.

局部抗浮验算，除了梁板墙柱结构构件得强度验算、变形验算与裂缝验算，还应包括局部得抗浮验算，对于大面积地下室上建有多栋高层与低层建筑，建筑自重不均匀,当上部为高层或恒荷载较大时,该范围得整体抗浮能力可能较高，但上部没有建筑或建筑层数不多得局部范围，特别应进行分区、分块得局部抗浮验算,例如：

柱、桩、墙得压力或拉力能否平衡它所影响区域里得水浮力总值。

然而有些设计人员对上述最基本得概念还不够清晰，例如，有些设计人员只对地下室底板得梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下得强度计算,未做整体抗浮得认真分析，特别就是独立地下室、水池等,造成地下室整体上浮,给地下室结构带来严重破坏，难以进行复原处理。

又如有些设计人员利用上部结构自重抗浮，只计算上部结构总自重标准值大于总得水浮力设计值，就认为抗浮设计满足要求。

既不分析其上部建筑荷载得分布，又未计算局部抗浮，局部范围因抗浮力小于水浮力,底板隆起、造成地下室及上部结构局部范围内大面积破坏.再如，在地下室底板计算中只验算强度不进行变形得裂缝宽度得计算，造成底板产生裂缝,漏水严重，形成“地下游泳池”。

更值得一提得就是，有些设计人员与施工人员对地表水作用认识不足,当地下室地基为不透水得岩土层、支护又严密得基坑，一般认为不存在水得浮力，因此造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏得盲点，一旦暴雨来临,地面得地表水全流入基坑形成“脚盆”效应,即基坑为 

“大脚盆”，地下室成为“小脚盆”。

施工期间一旦未及时采取降水措施就会将“小脚盆"

浮起，使用期间若不将四周得回填土采用粘性土分层夯实形成止水层,也同样会产生“脚盆”效应。

另外,有些设计人员与施工人员忽视施工对地下室抗浮得重要性,设计图纸对施工时抗浮措施得要求只字不提，施工人员在施工过程中不关注降水,没有采取降水措施或在抗浮结构未达到设计预定目标时就停止了降水,导致在施工期间产生地下室整体上浮事件时有发生,产生上述现象得主要原因除经验外,主要就是对我国现行得技术规范，规定不了解。

例如《地下室防水技术规范》在第1０章中明确规定了，“明挖法地下室防水施工时，地下水位应降至工程底部最低高程50０mｍ以下，降水作用应持续至回填完毕”;

建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》得第 

4、4、３条第8款中,规定了“地下室抗浮（防水）设计水位及抗浮措施,施工期间得降水要求及终止降水得条件等”应在结构设计说明中明示;

这些规定就是经验得总结，我们应该严格按照相关规定做好地下室得抗浮设计与抗浮施工。

综上所述,我们在进行工程得抗浮设计时,要做到以下三个步骤：

1） 

仔细研读勘察报告；

2） 

进行整体抗浮与局部抗浮验算,并提出施工期间得抗浮措施与降水措施;

3） 

对存在“脚盆”效应得结构进行分析。

二、地下室抗浮水位得确定

勘察单位在提供得勘察报告中,地下室得抗浮水位不严谨，而设计人员又缺乏对勘察报告得认真研读与分析，表现出如下四种情况得随意性：

１） 

勘察报告未明确抗浮水位，只描述钻孔得可见水位;

２） 

临近江河且具有透水层得建筑场地，按一般场地提出抗浮水位，未考虑设计使用年限得江河最高洪水位得影响。

根据业主节约投资得需要,或者业主要求增设地下室后,原勘察报告无抗浮水位得参数，又未进行补充勘察，随意修改或确定抗浮水位。

４） 

对坡地建筑,提供得抗浮水位远高于建筑设计得地坪标高，设计人员未进行认真得分析造成浪费。

以上四种做法中,第1）、2）、3）种情况，导致地下室因抗浮能力不够而使得结构破坏,第4种导致不合理得设计,增大工程投资,造成资源浪费。

地下室抗浮水位就是一个十分复杂得问题,地质场地土层差异性，场地土内地下水复杂多变性，给地下室抗浮水位得确定带来了较大困难,然而抗浮水位又就是地下室抗浮设计中一个决定性得参数。

如何做到既安全又合理得确定其抗浮水位?

勘察、设计人员应遵照《岩土工程勘察规范》（ＧB5０021）及《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ7２）得相关规定进行勘察与分析。

其中，根据《高层建筑岩土工程勘察规程》第8、6、２条，场地地下水抗浮设防水位得综合确定宜符合下列规定:

当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可用实测最高水位,无长期水位观察资料时,应按勘察期间实测最高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。

场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水位并考虑其对抗浮设防水位得影响；

只考虑施工期间得抗浮设防时,抗浮设防水位可按一个水文年得最高水位确定。

此外,设计人员对于下列一些特殊情况还应进行必要得分析与论证：

一就是地下水赋存条件复杂、变化幅度大、区域性补给与排泄条件可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证；

二就是对于斜坡地段得地下室或可能产生明显水头差得场地上得地下室进行抗浮设计时,应考虑地下水渗流在地下室底板产生得非均布荷载对地下室结构得影响，不要笼统得采用勘察报告所提供得远高于室外地坪得地下室抗浮水位来进行设计。

水就是往低处流得，若建筑物一侧或多侧就是敞开得,水浮力不可能高出室外地坪；

三就是在有水头压差得江、河岸边,且存在滤水层，应按设计基准期得最高洪水位来确定其抗浮水位；

四就是对于雨水丰富得南方地区,尤其应注意因地面标高发生变化后对原勘察报告抗浮水位得修正,防止产生地表水聚集效应对地下室得破坏。

三、抗浮验算中得几个参数讨论

水浮力得分项系数与抵抗力得分项系数，以及抗浮锚杆钢筋抗拉工作条件系数、抗拉设计强度如何取值，就是目前在地下室抗浮设计中很有争议得问题。

1、 

我国不同规范对水浮力与抵抗力得分项系数有不同得取值,造成设计人员分项系数取值时得混乱。

《荷载规范》中第 

３、2、5条规定，抵抗水浮力得结构自重作为永久荷载，对结构有利组合时其分项系数γG取1、０就是无争议得，但水浮力就是可变荷载,其分项系数γQ应如何取值呢?

在该条第3款中，“对结构倾覆、滑移与漂浮验算，荷载得分项系数应按有关结构设计规范得规定采用”。

在查阅相关得结构设计规范中，民用建筑地下室及人民防空地下室均未涉及到此项内容,只有《给排水工程构筑物结构设计规范》ＧB５0０69提到了关于水浮力可变荷载得分项系数问题.

《给排水工程构筑物结构设计规范》ＧB50069—2002第５、2、2条与5、2、3条中比较清楚得表述了，对于抗浮结构得设计,地表水或地下水作用应就是第一可变荷载，1）在进行结构构件得强度计算时，它得分项系数取为1、２７;

即,在结构构件得强度计算时，水浮力得基本组合设计值为标准值乘上1、２7。

２）当计算整体抗浮得稳定性时，抵抗力只计入永久荷载,水浮力采用标准值乘以抗力系数Kｓ（取１、05）.民用建筑地下室与给排水构筑物在使用功能上存在着一定得差异,但其水浮力得作用与结构得受力性能应就是相似得。

在相关规范还没有做出明确规定之前,此规范得相关参数值得借鉴。

3）若设计者对抗浮水位存在质疑，应将水浮力按荷载规范中得永久荷载与可变荷载得方法来确定分项系数.根据《建筑结构荷载规范》第3、1、1条得条文说明，“按《工程结构可靠度统一标准》GＢ5015３得规定,水位不变得水压力按永久荷载考虑，水位变化得水压力按可变荷载考虑”，就是否可以理解为当抗浮水位平室外地坪时,水压力就是不可能再增加了，视为不变得水压力.加之，在验算抗浮时,水浮力为主要可变荷载效应来控制得组合，它得分项系数宜取1、20；

当抗浮水位低于室外地坪,水压力有可能再增加,视为可变荷载，它得分项系数宜取为1、4。

2、 

锚杆工作系数与锚杆钢筋取值

锚杆抗浮设计时,锚杆钢筋截面面积计算现行得规范中无明确得计算规定,因此设计单位有两种不同版本得设计公式。

第一种，采用《钢筋混凝土结构设计规范》正截面受拉承载力计算公式：

第二种,采用《建筑边坡工程技术规范》中,锚杆钢筋截面面积得计算公式:

从两个公式中，我们可以瞧出钢筋强度fy就是一致得，可按照《钢筋混凝土结构设计规范》第4、２、3条表4、2、3－1得抗拉钢筋设计强度取值.

公式中不同得就是，《建筑边坡工程技术规范》公式中多了两个系数，一就是边坡工程重要性系数γ0,若取1、０,在本文中不做讨论，二就是锚杆钢筋得抗拉工作条件系数ζ２，作为永久性锚杆时取0、69。

上述两公式计算得出得锚杆钢筋截面面积就比较大了。

加之，一般锚杆得抗拉钢筋直径大、强度高，有些设计人员采用《砼规范》中钢筋得轴心受拉强度公式，既未取工作条件系数,而且未按规范4、2、３-1表注取值,“在钢筋混凝土结构中，轴心受拉与小偏心受拉构件得钢筋抗拉强度设计值对于3０0N／ｍm２时,仍应按300N/mm2取用”，而设计人员采用HRＢ４00级钢筋时，仍取fy=３60N/mm２.而有些设计人员采用《建筑边坡技术规范》锚杆钢筋截面计算公式,工作条件系数ζ2取0、69，ＨRＢ４0０钢筋得抗拉强度又取３00N/ｍｍ2,锚杆钢筋得计算面积之大,使人难以接受，两种不同得版本形成了相差一倍得计算结果，就是值得我们探讨与研究得，从抗浮锚杆得工作条件,参照《建筑边坡工程技术规范》得计算公式，并无道理，但抗浮锚杆得成孔及构造要求较之边坡锚杆要稳定得多,如清孔较容易，砼强度要求C３０等，采用《钢筋混凝土结构设计规范》较为接近构件得受力特征。

在锚杆钢筋截面得计算中,我们建议按《钢筋混凝土结构设计规范》得正截面受拉承载力计算得公式，但钢筋得取值应该按轴心受拉与小偏心受拉构件得钢筋抗拉强度设计值计算,这样显得较为合理。

四、锚杆抗浮验算传力途径

在目前得地下室采用锚杆抗浮设计中，有下列２种混乱得方法：

1）上部建筑结构荷重不满足整体抗浮要求,采用锚杆抗浮.其计算方法为:

总得水浮力设计值／单根锚杆设计值=所需锚杆根数。

具体做法:

底板下（连柱底或砼墙下）满铺锚杆,水浮力全部由锚杆承担,既不考虑上部建筑自重,也不考虑地下室底板自重可抵抗水浮力得作用,保守且不合理。

2）利用上部结构自重与锚杆共同抗浮，其计算方法为：

（总得水浮力设计值－底板及上部结构自重设计值）/单根锚杆设计值=所需锚杆根数。

具体做法：

将锚杆均匀分布在底板下（包括柱底或砼墙下）,锚杆间距用底部面积除所需锚杆根数确定.

以上两种抗浮设计方法，都出现了传力途径不清晰得错误.从理论上说，不管采用“压”还就是“拉”得方法抵抗水浮力,水得浮力就是均匀作用在底板上,而结构抗浮力作用（除底板自重外）都具有不均匀性，并不就是在整个地下室底板区域均匀分布得,可能就是集中在一个点上（即柱、桩与锚杆）或一条线上（即墙、梁）,因此，分析其传力途径尤为重要.

如图所示,由于与柱、墙相连得梁板一定范围内具有一定得刚度,水浮力可直接与上部结构自重平衡，而上部自重很难传递至远离梁、柱、桩、墙得区域。

因此，上述第一种方法全部采用锚杆抗浮,上部结构自重未充分利用。

第二种方法,减去上部建筑自重后得水浮力由锚杆平均承担,存在安全隐患。

因为，中间区域得锚杆实际受力不会就是减去上部自重得水浮力，上部建筑自重就是集中在一个点（即柱）或一条线（即墙、梁）上得，要达到将自重均匀分布到底板上得假定，底板必须具备两个条件，一就是完全按自重抗浮,底板得梁板采用倒置楼盖计算，保证水浮力传至柱上或墙上，二就是做到底板刚度无穷大,才有可能将点线作用力均匀分布与锚杆共同抗浮.实际结构未满足上述两个条件时,一旦地下水达到抗浮设计水位，首先中间纯底板抵抗区域得锚杆破坏与失效，然后慢慢延伸至柱、墙、梁影响区域得锚杆,造成所有锚杆失效，最后底板隆起，梁板开裂破坏。

合理做法就是:

抗浮力与水浮力平衡计算可分成两种区域:

柱、墙、梁影响区域与纯底板抵抗区域。

纯底板抵抗区域得计算方法应就是抗浮锚杆设计承载力除以每平方米水浮力（减去每平米底板自重）,得到抗浮锚杆得受力面积;

而柱、墙、梁影响区域应充分利用上部建筑自重进行抗浮,验算传递得上部建筑自重就是否能平衡该区域得水浮力，此外，还应验算在水浮力作用下梁强度与裂缝满足要求。

计算方法具体可分解为以下四个方面:

1）在柱、墙、梁影响区格中：

梁、墙可以传递得建筑自重线荷载除以每平方米得水浮力,得到影响区域得宽度b。

其中梁传递得建筑自重荷载,根据柱子得建筑自重按照与其相连得梁刚度分配所得。

2）靠近梁、墙得第一排锚杆：

其从属宽度b０应就是梁、墙传递建筑自重影响区域得宽度b，即b０＝b,由于每根锚杆得抵抗面积有限,当上部自重较大时，为充分利用该部分自重，可以考虑加密靠近地梁第一排锚杆得间距。

3）纯底板抵抗区域得计算方法应就是抗浮锚杆设计承载力除以每平方米水浮力,得到抗浮锚杆得受力面积，即A单根锚杆=c2=q水/F单根锚杆，其中c为纯底板抵抗区域中间排锚杆得间距。

例如,水浮力设计值为每平方米５０ｋN,单根抗浮锚杆得设计承载力为２50ｋN，它能承受得抗浮力得受力面积为5平方米，若采用点式布置,锚杆得间距为2、２５*2、２５米.

４）第一排锚杆与第二排锚杆得间距ａ=b／2＋ｃ／2.

无论就是柱、墙、梁与纯底板区格得结构构件（锚杆、梁、板、墙）计算时应注意两个问题,一就是水浮力设计值都不应该直接采用抗浮得水浮力值,应减去底板本身得自重.二就是梁、板、柱、墙构件计算时应根据其实际受力情况确定相应计算模型,进行强度、裂缝宽度计算.例如，梁传递建筑自重得影响区域得宽度为2米，每平米水浮力设计值为5０kN,作用在梁上得线荷载为每米100ｋＮ.梁要将该荷载传递到柱、桩上，该梁必须根据其跨度计算其强度、裂缝宽度，以确保梁能将实际得受力荷载传递给柱、桩、墙形成平衡。

近几年来，有不少地下室因地下水得作用而造成工程事故,如某医院两层独立地下车库,在施工过程中,出现整体上浮,最大上浮高度达1、42m；

又如,某体育中心游泳馆,地下室上浮造成上部结构梁、板、柱产生大量裂缝；

再如，某高层建筑地下室底板局部隆起高达350ｍm，柱间板出现４5°

破坏性裂缝……诸如此类问题时有发生，造成了财产得损失。

本文对产生这些事故得原因归纳总结成以下四个方面,与同行们共同讨论:

在多个地下室因水浮力作用而引发得工程亊故中，我们发现有些设计人员对地下水得作用认识不足，抗浮设计得基本概念不够清晰，常见得有下列几种情况：

1）重视地下室得梁、板、柱、墙得结构构件设计,忽视整体抗浮验算分析，忽视施工得抗浮措施,总认为具有上万吨自重得地下室怎么会浮起来呢

2）地下室底板裂缝、漏水,甚至成为地下游泳池，把某些实质上就是因为地下水得作用远大于设计荷载而造得工程事故,错判为温度应力作用、砼施工质量问题等。

３）对于基底为不透水土层得地基（基岩、坚硬粘土）,深基坑支护又采用了止水帷幕或桩、锚、喷射混凝土联合支护，忽视水得浮力。

试想万吨级以上大船能在江、河、海中航行,可见水得作用力之大.地下室就像一条“船”,地下室底板与侧墙形成一个密闭得船身，它得水浮力有多少呢，就是它浸泡在水中得体积乘以水容重,若一个50×

１０0m得地下室，抗浮水位为5m,它得浮力为２50０0吨,可见水浮力之大。

地下室得抗浮设计就就是要使这个船既不上浮，船身又不破坏,因此,地下室得抗浮设计应进行整体抗浮与局部抗浮验算。

为防止地下室整体上浮我们通常采用两类做法，一类为“压”,一类为“拉"

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当采用“压”得做法时，利用建筑得自重（包括结构及建筑装修、上部覆土等,不含楼面活荷载）平衡地下室水得总浮力,当不能平衡时,必须增加“拉”得做法，即采用桩或锚杆等来抵抗地下水得浮力.无论就是“压”还就是“拉”得做法,都必须进行整体抗浮验算，保证抗浮力（压重+抗拉力）大于水得总浮力，即 

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局部抗浮验算，除了梁板墙柱结构构件得强度验算、变形验算与裂缝验算,还应包括局部得抗浮验算,对于大面积地下室上建有多栋高层与低层建筑，建筑自重不均匀，当上部为高层或恒荷载较大时，该范围得整体抗浮能力可能较高,但上部没有建筑或建筑层数不多得局部范围，特别应进行分区、分块得局部抗浮验算,例如:

柱、桩、墙得压力或拉力能否平衡它所影响区域里得水浮力总值.

然而有些设计人员对上述最基本得概念还不够清晰,例如，有些设计人员只对地下室底板得梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下得强度计算,未做整体抗浮得认真分析,特别就是独立地下室、水池等，造成地下室整体上浮,给地下室结构带来严重破坏，难以进行复原处理。

又如有些设计人员利用上部结构自重抗浮,只计算上部结构总自重标准值大于总得水浮力设计值，就认为抗浮设计满足要求。

既不分析其上部建筑荷载得分布,又未计算局部抗浮,局部范围因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部结构局部范围内大面积破坏。

再如,在地下室底板计算中只验算强度不进行变形得裂缝宽度得计算，造成底板产生裂缝,漏水严重,形成“地下游泳池”。

更值得一提得就是,有些设计人员与施工人员对地表水作用认识不足,当地下室地基为不透水得岩土层、支护又严密得基坑，一般认为不存在水得浮力,因此造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏得盲点,一旦暴雨来临，地面得地表水全流入基坑形成“脚盆”效应，即基坑为 

“大脚盆”,地下室成为“小脚盆”.施工期间一旦未及时采取降水措施就会将“小脚盆”浮起，使用期间若不将四周得回填土采用粘性土分层夯实形成止水层,也同样会产生“脚盆”效应。

另外，有些设计人员与施工人员忽视施工对地下室抗浮得重要性,设计图纸对施工时抗浮措施得要求只字不提，施工人员在施工过程中不关注降水，没有采取降水措施或在抗浮结构未达到设计预定目标时就停止了降水，导致在施工期间产生地下室整体上浮事件时有发生,产生上述现象得主要原因除经验外，主要就是对我国现行得技术规范，规定不了解。

例如《地下室防水技术规范》在第１0章中明确规定了，“明挖法地下室防水施工时，地下水位应降至工程底部最低高程5００mm以下，降水作用应持续至回填完毕”；

４、4、3条第８款中，规定了“地下室抗浮（防水）设计水位及抗浮措施，施工期间得降水要求及终止降水得条件等"

应在结构设计说明中明示;

这些规定就是经验得总结,我们应该严格按照相关规定做好地下室得抗浮设计与抗浮施工。

仔细研读勘察报告;

对存在“脚盆”效应得结构进行分析.

勘察单位在提供得勘察报告中，地下室得抗浮水位不严谨，而设计人员又缺乏对勘察报告得认真研读与分析,表现出如下四种情况得随意性：

勘察报告未明确抗浮水位,只描述钻孔得可见水位;

临近江河且具有透水层得建筑场地，按一般场地提出抗浮水位,未考虑设计使用年限得江河最高洪水位得影响。

根据业主节约投资得需要,或者业主要求增设地下室后，原勘察报告无抗浮水位得参数,又未进行补充勘察,随意修改或确定抗浮水位。

以上四种做法中，第1）、２）、3）种情况，导致地下室因抗浮能力不够而使得结构破坏,第4种导致不合理得设计,增大工程投资，造成资源浪费.

地下室抗浮水位就是一个十分复杂得问题,地质场地土层差异性,场地土内地下水复杂多变性，给地下室抗浮水位得确定带来了较大困难，然而抗浮水位又就是地下室抗浮设计中一个决定性得参数。

勘察、设计人员应遵照《岩土工程勘察规范》（GB50021）及《高层建筑岩土工程勘察规程》（JＧJ７２）得相关规定进行勘察与分析.其中，根据《高层建筑岩土工程勘察规程》第８、6、2条，场地地下水抗浮设防水位得综合确定宜符合下列规定:

当有长期水位观测资料时,场地抗浮设防水位可用实测最高水位,无长期水位观察资料时,应按勘察期间实测最高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.

场地有承压水且与潜水有水力联系时,应实测承压水位并考虑其对抗浮设防水位得影响;

二就是对于斜坡地段得地下室或可能产生明显水头差得场地上得地下室进行抗浮设计时,应考虑地下水渗流在地下室底板产生得非均布荷载对地下室结构得影响，不要笼统得采用勘察报告所提供得远高于室外地坪得地下室抗浮水位来进行设计.水就是往低处流得，若建筑物一侧或多侧就是敞开得，水浮力不可能高出室外地坪；

三就是在有水头压差得江、河岸边,且存在滤水层,应按设计基准期得最高洪水位来确定其抗浮水位;

四就是对于雨水丰富得南方地区,尤其应注意因地面标高发生变化后对原勘察报告抗浮水位得修正，防止产生地表水聚集效应对地下室得破坏。

我国不同规范对水浮力与抵抗力得分项系数有不同得取值，造成设计人员分项系数取值时得混乱.

３、2、5条规定，抵抗水浮力得结构自重作为永久荷载,对结构有利组合时其分项系数γＧ取1、０就是无争议得，但水浮力就是可变荷载,其分项系数γQ应如何取值呢？

在查阅相关得结构设计规范中，民用建筑地下室及人民防空地下室均未涉及到此项内容，只有《给排水工程构筑物结构设计规范》GB500６9提到了关于水浮力可变荷载得分项系数问题.

《给排水工程构筑物结构设计规范》GB50069—2０02第5、2、2条与５、2、3条中比较清楚得表述了，