地下建筑物的抗浮设计

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1、广东建材2010年第7期建筑设计与装饰地下建筑物的抗浮设计彭军(广东省珠海市规划设计研究院)摘要：本文根据作者的工作经验结合有关规范对地下建筑物抗浮设计原则及一些具体问题进行探讨。关键词：抗浮设计；抗浮水位；抗浮稳定；抗拔构件对于一些容积大的地下结构，常常因自重不足以抵抗地下水的浮力而存在抗浮设计问题。首先，抗浮设计有以下几个问题：①地下建筑物抗浮设计是一个复杂的技术问题，由于对抗浮设计的一些重要问题有不同看法，因此相关规范未对抗浮设计作出明确的具体规定，导致设计工作的困难。②抗浮水位不易确定。③抗

2、浮现状——施工阶段浮起，使用阶段浮起，特殊情况浮起。④浮起底板未见开裂，柱上下端横向裂缝浮起时常发生倾斜，水位下到四周，等高，受力不均匀，形成与重心不重合。为解决抗浮设计的操作问题，以求抗浮设计的合理完善。在此我们应了解出现以上问题的原因，并将如何解决：I地下建筑物浮起的基本条件水对地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，水对物体的浮力等于物体排开同体积水的重量。同时水的浮力作用也遵循连通管原理，即不同截面尺寸的各连通管水位等高，且压强相等。因此，当地下建筑物与周围介质间存在薄层自由水膜时，无论水的性

3、质是潜水、上层滞水或承压水，即可产生强度为Yh的浮力(Y为水的重度，h为建筑物基底以上的水深)，当水浮力强度大于地下建筑物单位面积的重量时，建筑物即可浮起，当水不断补充时，建筑物将不断上浮，所以，建筑物浮起是一个渐进过程。水量的大小只是控制着建筑物上浮速度和上浮量，而水位高低则是控制建筑物上浮的基本要素。至于地下建筑物基底及周边水在土中的渗流影响是深层次的抗浮机理问题。可以肯定，只要建筑物周边与土介质之间的水位达到一定高度，且水的补充速度大于水在土的渗流速度时建筑物即可能被浮起。2抗浮设计应进行下列

4、几项验算(1)地下建筑物的外墙、底板等构件的强度及抗裂验算。在抗浮整体及局部稳定得到保证的前提下，才能进行地下建筑结构的验算，验算中应重如外墙应按静止土压力考虑水、土压力，同时应考虑超载的影响。底板的荷载组合较为复杂，对构造底板，尚应计及由于基础沉降引起地基对底板的反力，这个反力一般取建筑物竖向荷载总值(扣除水的浮力)的10％～15％。与此同时，尚应计及水对构造底板的浮力。底板有荷载组合时，应考虑两种最不利情况：①考虑浮力及板底土反力，只考虑板自重及板上荷载。②考虑浮力、板底土反力、底板自重及板上合

5、载的组合。(2)施工阶段，使用阶段及特殊情况下地下建筑物整体及局部抗浮稳定验算。明挖法施工的地下建筑，在施工阶段发生浮起的事故较为常见。当施工阶段建筑物自重及抗拔构件的抗拔力不足以平衡水的浮力时，应提出施工中排水或其它抗浮措施。在施工阶段及使用阶段，地下建筑物的整体及局部抗浮稳定均必须得到保证，设计中往往忽略了局部稳定的验算。如地下室考虑外墙自重及其它局部墙体自重后，满足整体抗浮稳定要求，但在墙体或荷载较少的部分，建筑物荷载不能平衡水的浮力，此时地下建筑物局部浮起，使结构应力重分配，造成部分结构受损

6、或破坏。再如为了平衡水的浮力，将地下室底板外挑，以外挑部分的上覆土重增加稳定力，此时，如果地下结构面积较图1——189·—建筑设计与装饰广东建材2010年第7期小，刚度很好时，可以起到作用，反之，也将造成结构的受损或破坏。特殊情况下的整体及局部抗浮稳定验算，指的是水池，游泳池及其它储仓等，当换水、检修需减少稳定荷载时，也应考虑此工况的抗浮稳定性。珠海旭日湾花园小区会所的游泳池，就考虑了上述工况的抗浮稳定性。(3)抗拔构件的抗力及强度验算。当建筑物重量不能平衡水的浮力时，需设置抗拔构件，如抗拔桩及锚杆

7、等。抗拔构件的抗力(抗拔力)应通过抗拔试验确定，不能以估算值为依据。在抗拔试验的基础上尚应对抗拔构件的强度及抗裂进行验算。抗拔构件中的抗裂验算较为复杂，当采用预应力管桩作抗拔桩时，如何考虑截桩后的预应力损失，抗拔计算以及连结构造等尚应进一步研究。3抗浮水位的确定抗浮水位分为整体稳定和局部稳定的抗浮水位及结构构件设计的抗浮水位。规范规定，抗浮水位应由岩土工程勘察单位提供。《岩土工程勘察规范》GB5002卜2001嘲第4．1．1l一6条要求，“查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度”。第4．1．

8、13条要求‘‘工程需要时，⋯⋯提出防水设计水位和抗浮水位的建议”。第7．1．i-5条要求掌握‘‘勘察时的地下水位、历史最高的地下水位、近3--5年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素。，，．上述规定并未明确抗浮水位的具体确定方法。可见，抗浮水位的确定是一个复杂的问题，抗浮水位的高低与地形地貌、地下水类型、土质、环境情况等多种因素相关，特别是环境及上层滞水的变化更是难以预测。因此，不能简单地取用勘察报告提供的勘察时的混合水位。应综合各种因素分析确定。4抗浮设计时，抗