唐堂
成都基准方中建筑设计有限公司西安分公司 陕西省西安市 710061
摘要：随着建设用地的日益减少，高层地下室的开发可以暂时缓解目前的土地紧张状况，同时也是日后建筑领导的发展方向。在高层地下室开发中，建筑自重无法平衡地下水时，就会产生抗浮问题，沿海地区特别严重。而地下室抗浮设计则是一个普遍存在的技术问题，一旦处理不当将影响建筑的安全性。因此，浅析地下室抗浮设计具有重要的意义。本文首先对高层地下室抗浮设计实例相关内容进行了概述，总结了地下室抗浮设计方法,旨在促进我国地下室工程的发展。
关键词：地下室；抗浮设计；锚杆布置；抗浮水位
一、实例概况
某项目集财物商场、电影院及各类餐饮为一体，建筑高度45m，总建筑面积198543m2，地上六层，地下四层，平面呈长方形，通过两道防震缝将整栋建筑分成三个独立的结构单元。首层建筑平面如图1。
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图 1 首层建筑平面图
本项目设计绝对标高值为36.00m，纯地下室标高-20.7m，勘探深度45.00m范围内有四层地下水，除了第一层类型为潜水，其余三层类型为承压水。第一层的稳定水位埋深为11.70~16.00m，标高为22.64~17.53m。第二层水头埋深为18.50~22.10m，标高为17.09~12.18m。第三层水头埋深为26.6031.40m，标高为8.39 ~3.36m。第四层水头埋深为35.00~40.80m，标高为0.58m~-6.64m。建议抗浮验算水位标高按29.60m核算，相当于-6.4m。中庭部分和纯地下室部分需进行抗浮设计。
二、抗浮措施
? 抗浮锚杆是一种有效的抗浮技术手段，具有良好的地层适应性，易于施工。锚杆布置非常灵活，锚固效率高，由于其单向受力特点，抗拔力及预应力易于控制，有利于建筑结构的应力与变形协调，可减少结构造价，在许多条件下优于压重和抗浮桩方案。
普通抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆，孔径不大于200mm，锚杆间距不小于15mx1.5m。土层锚杆长度4~10m，岩层锚杆长度3~8m。抗浮锚杆长度由计算确定，锚杆主筋锚入底板的长度应符合有关结构规范要求。主筋宜采用单根HRB400类钢筋，方便锚杆防水处理，并设杆体隔离架，使锚杆居中。为防止抗浮锚杆锈蚀，在底板与岩土界面上下一定范围内涂环氧树脂或防锈漆，在杆头底板内设止水板。相对抗浮桩，抗浮锚杆荷载水平较低，布置灵活，数量较多，锚固效率高，有利于底板均匀受力，减少底板厚度。抗浮锚杆为单向受力构造，只承受拉拔力，可避免抗浮桩在低水位期可能承受的反向受压状态，有利于结构的变形协调。抗浮锚杆施工作业面小，具有良好的地层适应性，若工期紧，还可在地下室逆作施工。抗浮锚杆易于施加预应力，可主动制约，减少基础上浮变形。按抗裂要求，抗浮桩的配筋量较大，或需施加预应力。锚杆耐久性要求较高，需采取可靠的锚杆形式，基础节点的防水也非常关键。
三、抗浮锚杆设计
根据现场情况，结合建设单位的意见，本工程抗浮采用抗浮锚杆方案。按结构设计要求，两侧纯地下室部分和中庭部分由于结构自重及基底标高均不同，应别做抗浮设计。两侧纯地下室部分抗浮水头14.3m，中庭部分抗浮水头15.1m。两侧纯地下室部分结构自重140kN/m2，中庭部分结构自重90kN/m2。两侧纯地下室部分抗浮锚杆直径150mm，锚杆锚固段长度10m，杆体采用1根Φ28mm，HRB400级钢筋，在8.5m x 8.5m板格内布置13根。中庭部分抗浮锚杆直径200mm锚杆锚固段长度l0m，杆体采用1根Φ40mm，HRB400级钢筋，以1.5mx 1.5m间距布置。
抗浮锚杆的布置方式有三种，集中点状布置、集中线状布置和面状均匀布置。集中点状布置一般布置于柱下，可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡部分水浮力，有很强的抵抗力，施工方便，但是基础梁板配筋较大，不适用于软岩与土体；集中线状布置一般布置于基础梁下，有较强的抵抗力，方便基础底板的外防水施工，但不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡部分水浮力，而且基础底板配筋较大；面状均匀布置是在基础底板下均匀布置，适用于所有土体和岩体，而且基础梁板配筋较小，但是抵抗力差，不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡部分水浮力。若沿底板均匀布置，由于底板上附加应力较小并均匀，可减少底板厚度，降低工程造价。
?四、 总结地下室抗浮设计方法分析
（一）抗浮设计方法
抗浮方法主要有降水井抽水、加载配重、设置锚固结构等三大类，其中抽水降水的可靠性很难保证，若遇暴雨时有抽水能力不足、抽水不及时、抽出的水无处排放、需工作人员蹲守等问题，一般只作为遇到暴雨时的应急措施，不会直接用于永久抗浮；压载配重抗浮方法，是利用增加覆土厚度或增加上部结构自重来平衡水浮力；锚固结构抗浮则利用锚固体与岩土层的摩擦力抗浮，已普遍用于工程实践中。按不抗浮设计时的结构布置加入水头进行抗浮稳定性验算，计算结果显示，结构不满足抗浮稳定性要求，且底板顶部负弯矩较大，经研究本工程采用压载配重结合设置锚杆2种方法进行抗浮。
?（二）外墙结构设计
设计地下室外墙顶部配筋时应考虑地下室顶板配筋，如果地下室的顶板接近墙身厚度，可使用两端嵌固方式计算。地下室外墙与建筑其他部位的外墙相比，存在一定特殊性，其承受的荷载包括各种形式的荷载力和源于各方向的荷载力。地下室外墙等级要与扶壁柱的混凝土强度等级相同，不包括塔楼柱兼作扶壁柱。纵筋之间要相互匹配。为避免产生竖向裂缝或最大程度地减少竖向裂缝，水平构造筋单边配筋率应超过0.2%，水平筋之间的距离要控制在150mm以内。地下室采用的防水混凝土需具备一定的抗渗等级，按照《地下工程防水技术规范》选择防水混凝土。在实际的建筑工程地下室施工中，要采用科学的方法分析外墙受力情况，优化分析过程，简化处理，提高外墙的设计质量。在设计地下室外墙时，需严格按照准则进行设计，地下室的外墙接触土壤，需设计保护层，要求混凝土保护层的厚度超过40mm；地下室外墙的外侧配置水平钢筋，内侧配置竖向钢筋。此外，混凝土强度不是越高越好，如果过高，收缩力就会非常大，导致地下室出现混凝土裂缝问题。所以，在进行外墙设计过程中，需要设置好一定数量的后浇带，保证地下室结构不会存在质量问题。
?（三）抗拔桩、抗拔锚杆法
抗拔桩基础设计首先在不考虑水浮力作用时，抗拔桩应能满足竖向承载力要求，在满足竖向承载力要求前提下地下计算抗浮承载力。在充分利用结构自重及柱下桩基础抗拔承载力前提下，经过比较分析，于板内设置纯抗拔桩，既能满足抗拔要求还能减少板跨，大幅降低底板配筋，降低造价。当结构在不抗浮的情况下采用浅基础就能满足地下室及上部结构荷载要求的情况下，采用抗拔桩时，因桩受压作用不大，经济性较差。此时在地质条件允许的情况下，可使用抗拔锚杆法。抗拔锚杆应有可靠的锚固土层，锚固段不应设置在未经处理的有机质土层、液限大于50%的土层或相对密实度小于0.3的土层中。锚杆可根据锚固段土质、锚杆承载力、长度选择不同的锚杆类型。抗拔锚杆可选用全长粘结拉力型锚杆、拉力型预应力锚杆、拉力型分散型预应力锚杆、压力型预应力锚杆、压力型分散型预应力锚杆或扩大段（端）锚杆、囊式锚杆等。锚杆设计应明确锚杆总长及锚固长度，锚杆抗拔承载力，成孔直径，锚杆注浆材料，锚杆钢筋配置等。应对筋体与锚固体的锚固承载力验算、群锚效应稳定性验算及锚固体裂缝计算。锚杆施工前应选择典型岩层进行抗拔力基本试验，以确定岩土层摩阻力及锚杆抗拔承载力。抗浮锚杆的布置形式可采用集中布置于柱下或分散布置（均匀布置或梅花形布置）于防水板。抗浮锚杆集中布置于柱下时可更好得使锚杆承载力合力点与柱下水浮力合力点重合。抗浮锚杆分散布置在防水板内时，水浮力传递给锚杆更直接，但防水板应有足够的刚度，且防水板配筋要留有一定的富裕度防止锚杆可能的失效。
五、 结束语
综上所述，浅析地下室抗浮设计对工程的抗浮问题具有重要的作用。因此要进一步加强抗浮设计问题的处理措施，这样才能促进我国地下室工程的发展。
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