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摘要：如今我国经济发展迅速，在城市建设对地下空间的开发利用过程中，地下结构越建越深，发生局部底板上浮或水浮力造成地下室顶梁柱开裂的工程事故也逐渐增多。因此，为了防止地下室浮起现象的出现，危及居民的财产安全，在设计过程中必须详细考虑地下室的整体抗浮与局部抗浮情况，根据实际条件选择合理的抗浮措施，地下建筑的抗浮问题应引起设计人员的足够重视。
关键词：地下结构；抗浮设计；抗浮措施
随着经济的发展及人们对地下空间利用的需求，近年来带地下室的多高层建筑、纯地下车库等建设数量日益增加，地下结构面积和深度也呈现增加的趋势。在地下空间利用方面，如果基础底板埋深比较大，则地下室底板容易受到地下水因素的影响，需要成熟较大的水浮力作用。如果结构自重以及上部荷载无法抵抗地下水浮力，就会造成底板上拱，甚至造成建筑工程被破坏。因此，对建筑地下室抗浮设计要点进行详细探究迫在眉睫。
1地下建筑结构的抗浮能力
地下建筑结构的抗浮能力需要结合工程地质条件以及水文条件进行分析，充分考虑丰水期、枯水期两种情况下的抗浮设计要求，并对施工阶段和使用阶段加以区分，通过全面周到的分析和设计，保证地下建筑结构的抗浮性能。对于地下建筑结构自身而言，其抗浮能力主要来源于自身重力负载，而地下建筑结构所要承担的浮力是地下水位至建筑结构基底的水体重量。在进行抗浮设计时，首先要对相关地质水文资料进行分析，掌握50年以内的地下水位变化情况，特别是最高地下水位数据。如果不具备相关地质水文资料，应以室外的地坪标高作为最高地下水位的参考。对建筑自身抗浮性能进行分析时，只计算地下建筑的永久荷载，即地下建筑结构顶板以上的填土荷载。对地下结构自身抗浮能力的分析计算采用《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2018中的计算公式及指标标准，对于使用期限为50年以内的地下结构建筑其重要性系数应大于1.0，对于使用期限超过100年的建筑，其重要性系数应大于1.1，若不满足此条件，必须采取相应抗浮设计措施。
2地下室抗浮的基本概念
在地下室的抗浮验算中，首先应该根据地勘报告确定合理的抗浮设计水位，如果估计过高，则极易造成工程设计上的浪费；估计过低，则会严重影响建筑物的使用安全。因此在实际工程中，勘察与设计双方应该加强沟通，对变化的地下水位进行全面的考虑，尤其降水较多的雨季更应注意，临近河道的建筑还要考虑河道丰水期河水上涨引发的抗浮水位变化，以及本区域的土层性质等因素，应该引起设计与勘察人员的足够重视。
针对地下室抗浮设计，国家规范和地方规范均提出了不同的要求，应根据工程所在地及具体情况执行相应的规定。其中，地基基础规范规定建筑物自重和压重标准值需满足1.05倍浮力作用标准值，才能保证结构不发生整体上浮，一般多高层建筑基本满足，而低层建筑和纯地下部分则可能不满足，需要根据计算结果采取相应措施。局部抗浮主要是防水板在水浮力作用下发生较大裂缝或者变形，向上的位移过大而影响结构使用功能或安全，此时可以采取增加结构刚度的措施。
3抗浮设计方法的合理选用
对纯地下车库、下沉式广场及地下室层数较多而地上层数较少的多层建筑等，当抗浮设防水位较高时，结构抗浮验算往往难以满足规范设计要求。为解决地下室的抗浮设计问题，通常采用以下三种设计方法：
一是增加结构配重的方法，即通过回填压重较大的材料如素砼、毛石砼、素填土、钢渣砼等，以增大抗浮重量，来平衡地下水浮力。根据以往工程设计经验，当结构自重与水浮力相差不多，且设计条件允许的情况下，采用压重法经济性较好又便于施工，其中素填土相比其他填料具有良好的经济效益。实际工程设计时可采取的具体做法如下：对地下室顶板通过楼板下沉而梁顶标高保持不变，来增加回填材料用量，从而提高抗浮压重；对地下室底板可通过下沉底板并在其上回填压重材料来增加配重，同时此做法对于存在集水沟的部位，可将集水沟做在填充材料内以简化施工；如设计条件有限，底板无法下沉时，可在柱下筏板部位局部增设下柱墩，或增大地下室底板边缘外挑长度等来增加抗浮配重。
二是设置抗拔受拉构件的方法，即通过在结构底板设置抗拔桩、抗拔锚杆或锚索等抗拔受拉构件来抵抗地下水浮力。其中抗拔桩兼有抗压和抗拔的作用，在实际工程中应用广泛，设计理论及工程经验相对成熟，施工质量基本可得到保证；抗拔锚杆一般用于建在基岩上的基础，适用于基岩较浅场地；抗拔锚索一般采用预应力，其耐久性和抗浮性能较好，但工序相对较多、与底板连接处防水处理较复杂，在实际工程中应用不多。
三是降低抗浮水头高度的方法，即通过改变结构梁板体系的布置形式如采用无梁楼盖、空心楼盖等板式楼板体系以降低地下室层高，或采用单层机械停车代替两层地下车库以减少地下室层数等措施，来降低抗浮水头高度，此方式对改善地下室结构的综合造价效果显著。
综上，当结构自重与水浮力相差不多时，采用增加配重的抗浮设计方法更经济合理；而当结构自重与水浮力两者相差较大时，应根据工程实际情况，采取上述的一种、两种或多种组合抗浮方案进行对比分析，在保证结构抗浮安全的前提下，做到更经济合理。
4水压力的合理确定
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）第3.1.1条条文说明中规定“在建筑结构设计中，对水位不变的水压力可按永久荷载考虑，而水位变化的水压力应按可变荷载考虑”，但规范未明确给出何种情况下为水位不变及水位变化，导致在实际工程设计中做法不一。整体抗浮稳定性计算时，一般条件下满足GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》中5.4.3条中的验算公式，
式中：GK为建筑物自重及压重之和；Nwk为浮力作用值；KW为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。在设置抗拔桩和抗拔锚杆的情况下该式可修改为：
（GK+NK）/Nwk≥KW
式中：NK为荷载效应标准组合的基桩拔力。计算Nwk时的抗浮水位取抗浮设计水位。
在进行地下室底板结构构件的配筋计算时，水浮力作为不利荷载分项系数的取值一般有以下3种取法：第一种是把水浮力当成可变荷载，则其分项系数取为1.5；第二种是把水浮力当成永久荷载，则其分项系数取为1.3；第三种是把部分一直稳定存在的水压作为永久荷载考虑，部分随外部环境变化较大的水压作为可变荷载考虑，则底板底部的水压力设计值：
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式中：Hwd为勘查期间最低水位标高，Hdd为底板板底标高，hb为常年水位变化幅度，Hkf为抗浮设计水位标高。本文建议按第一种取值，但是如果有相关水文观测资料时，也可采用第三种方法取值；同时人防计算时水浮力分项系数建议由GB 50038-2005《人防地下室设计规范》中的1.2调整为1.3。因为GB 50068-2018《建筑结构可靠度设计统一标准》中已将对承载力不利时的永久荷载的分项系数由原来的1.2修改为1.3。
5施工过程抗浮措施
在对需要抗浮设计的地下室进行施工时，基础开挖时，应采取妥善的降水和排水措施。为确保结构安全，停止降水必须满足以下条件之一：（1）后浇带封闭或已经采用超前止水措施，其上部的永久荷载已经满足抗浮要求。（2）后浇带不封闭或在底板上预留了排水孔洞，这样停止降水虽然不会导致地下室上浮，但是会引起地下水灌入地下室中，对地下室结构构件的耐久性会产生不利影响。
进行底板设计时，可在底板上预埋紧急泄压孔，局部还可做成水位监测孔，这样既可以实时监测地下室水位，当遇到大雨或连日暴雨导致排水来不及或排水设备失效时，可以随时开孔泄压，避免地下室上浮，还能有效控制进入地下室内水位的深度。
6小结
以上是对地下室抗浮设计及抗浮措施的简单讨论，地下环境不稳定，抗浮设计中也存在诸多不确定因素，每一种方法措施都不是单一的，需要根据当地的规范规程及规程特点，地质情况、场地条件综合考虑经济、技术、安全、施工合理性来进行综合考虑选择，选择最佳有效的抗浮方案，做到具体详实，专业有据，设计准确安全。
参考文献：
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