地下室结构抗浮设计中若干问题的探讨

地下室结构抗浮设计中若干问题的探讨
摘要：随着城市的高速发展，地下室工程越来越多，在地下室的建设过程中，
需要特别关注抗浮设计的问题，其关系到整个地下室工程的建设成本和施工的安
全性。

如果不重视该问题，就有可能使得地下室工程在建成之后，无法正常使用
而浪费成本，严重时还可能使得地下室工程因为抗浮能力的不足造成整体结构的
损坏，为此就需要在地下室工程设计过程中高度重视此问题。

一般来讲，抗浮水
位在确定过程中比较复杂，其不仅与施工现场地下水的情况有关，而且还与未来
一段时间内该地区地下水位的变化趋势有关。

为此，在地下室抗浮设计过程中，
就需要对施工现场的情况进行详细了解，同时还需要选择合理的失效模式进行抗
浮验算。

关键词：地下室；抗浮设计；应对措施
1、地下室抗浮设计的概念
在地下室主体抗浮设计工作开展过程中，主要是考虑地下水位的高低情况，
对建筑物所能够承受的浮力大小进行判断，维持建筑物整体平衡，将地下室所承
受的压重分散开来，确保地下室形态功能的逐步稳定，完善其主体功能。

除此之外，在具体地下室抗浮设计工作设计中，可以根据具体的抗浮设计面积和经验，
将其分成整体抗浮和局部抗浮。

而且在地下室抗浮设计方面，属于是对地下水浮
力因素的消除过程，尤其是在抗浮结构和功能呈现上，需要对浮力进行全面计算，让地下室设计方案变得更加全面、有效。

2、地下室抗浮设计存在的主要问题
2.1地下水浮力存在的问题
在我国高层建筑设计过程中，存在明显的设计经验不足等问题，这一点在地
下水浮力计算中体现得格外明显，也没有设计相关的计算参考和参数，进而导致
地下室水浮力计算存在很大程度的不足。

另外，很多设计人员缺乏地下室抗浮设
计的经验，进而导致地下室抗浮设计出现严重的不准确等问题。

由于地下室抗浮
设计之中不具备规范性特点，导致地下室抗浮设计参数计算难以得到提升，使设
计与实际情况存在较大的差异性。

2.2地下水水位确定的问题
整个地下水位设计的高与低，与地下室浮力大小存在直接关系。

因此，在具
体地下室抗浮设计工作开展之前，相关勘察设计工作人员需要做好地下水位调查。

除此之外，在相关工作开始之前，由于地质勘察工作中存在很多问题，进而导致
地下水位资料十分匮乏，使水位结果和资料出现不完善、不准确等问题，无法将
实际地下水位显现出来，进而对主体地下室抗浮设计工作产生了一定影响。

3、地下室抗浮措施的种类及设计要点
地下室结构一般为一个封闭的箱体，在地下水压力作用下，受到向上的水浮力，地下室设计时一般需要进行整体抗浮稳定性和局部抗浮稳定性验算。

根据
《建筑地基基础设计规范》GB50007－2011第 5.4.3条，抗浮稳定性计算公式为：Gk/Nwk≥Kw（即：建筑物自重及压重之和除以水浮力需大于等于抗浮稳定安全系
数一般情况下可取1.05），当抗浮稳定性不满足设计要求时，可采用增加压重或
设置抗浮构件等措施。

在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，也可采用增
加结构刚度的措施。

抗浮设计是地下室结构设计中的重要组成部分，有时抗浮设
计是地下室结构设计的控制因素，因此需根据不同的抗浮水位采用不同的抗浮措施，常用的地下室抗浮措施主要有以下几种：
3.1结构自重抗浮
根据抗浮稳定性计算公式，整体抗浮不满足要求是由于结构自身的重量小于
地下水对地下室结构的水浮力造成的，主要的解决方法有：增加地下室顶板上的
覆土厚度，既增加结构自重提高结构的抗浮能力，又能解决室外排水管在顶板上
的敷设及景观对覆土厚度的要求；地下室底板采用下沉板设计，在板面进行覆土，既增加结构自重提高结构的抗浮能力，又能解决地面排水沟及建筑渗水层等构造
做法的要求；另通过各专业之间的配合，比如建筑优选小柱网，设备专业对地下
室管道的布置进行优化等，减少地下室层高，从而降低地下室所受的水浮力而达
到提高结构的抗浮能力。

整体计算满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，可采用增加结构刚度，将地
下室水浮力荷载按“倒楼盖”的方式作用在地下室底板上，对地下室结构按一个整
体结构体系进行强度及变形的复核。

例如：某工程由两座20层的建筑及带两层
满铺地下室组成，两座主楼之间有三跨两层纯地下室，两座主楼其余的外围为单
跨两层纯地下室，主楼及两层纯地下室部分均为筏板基础，该工程的整体计算满
足抗浮稳定性要求，两层纯地下室部分计算不满足抗浮稳定性要求，因此可以采
用这种方法对两层地下室结构按一个整体结构体系进行强度及变形的复核，主要
剖面示意详图1。

图1地下室剖面示意图
3.2设置抗拔桩
当工程基础为桩基，抗浮稳定性计算不满足要求时，可利用工程抗压桩兼做
抗拔桩使用，从而达到满足地下室抗浮稳定性的要求。

抗压桩兼做抗拔桩使用时，桩与承台的连接需满足桩抗拔承载力及相应的构造要求，当为多节预制桩时，接
桩处的构造做法也需满足桩抗拔承载力及相应的构造要求。

如果工程基础为天然
基础，也可仅设置抗拔桩来满足抗浮要求。

3.3设置抗拔锚杆
当采用结构自重抗浮或当地土层无法采用普通抗拔桩时，可以设置抗拔锚杆
来满足地下室抗浮稳定性的要求。

抗拔锚杆的布置形式应综合考虑水浮力大小、
底板结构形式、基础类型及锚杆的数量等来确定，常见的形式有：在柱位下方周
边布置、沿地下室底板均匀布置。

4、施工期间地下室上浮的判断及处理
4.1设计图纸对施工期间地下室水位的要求
地下室设计图中需明确说明的内容有：考虑地下室抗浮问题，主体施工到一
定阶段方可停止降水（并征得设计单位同意）。

具体要求如下：1）最初降水必
须保证地下水位在基坑以下500mm；2）地下室顶板及地库上部附属配套建筑全
部施工完毕、且顶板上覆土和道路施工完毕，场地排水系统已能正常排水，高层
施工到一定的楼层（需根据实际情况进行计算，常规取上部楼层数能平衡水浮力时），方可停止降水。

4.2施工期间地下室上浮原因
施工期间地下室上浮主要原因是向上的水浮力大于向下的结构构件自重、抗
拔桩承载力或抗拔锚杆承载力的总和。

施工期间出现后浇带有超前止水功能、后
浇带封闭后地下室顶板覆土未施工、突遇大雨或连续雨水天气等情况时，没有及
时采用降水措施，水位超过设计要求的控制标高，最容易导致地下室上浮。

4.2施工期间地下室上浮的现场判断
主楼以外纯地下室部分上浮后结构构件的变形规律是：纯地下室部分梁板柱
结构构件通过标高的观测会发现有明显的抬高；纯地下室与主楼交接处在纯地下
室一侧结构的梁底出现裂缝；与主楼相邻的纯地下室第一跨结构板出现平行于主
楼外墙的裂缝；与主楼相邻的纯地下室第一排框架柱柱底及柱顶出现水平裂缝，
且柱底及柱顶水平裂缝分别出现在框架柱的两个相对的柱面上；框架柱柱角混凝
土可能产生崩裂；当为两层地下室时，地下室负一层的裂缝宽度及数量会比地下
室负二层大且多，具体裂缝分布详图2。

设计人员可根据上述描述的变形规律参
与现场分析，对是否是地下室上浮而引起结构构件变形做出初步判断，为进一步
判断可检测地下室的实际水位标高是否超过设计要求的控制水位。

当地下室底板
下的土层为透水层时，可以在地下室底板钻一个洞，根据水喷出的高度来判断实
际水位标高，否则需在地下室底板钻的洞中塞进一根竖向水管，根据竖向水管中
的静止水位来判断实际水位标高。

图2地下室上浮裂缝分布示意图
4.3施工期间地下室上浮的处理
首先采取措施降低地下水位，待地下室结构下沉复位稳定后，再对结构构件
进行综合评估，根据构件的具体变形及损害情况采取适当的修补或补强措施。

5、案例分析
5.1 工程概况
嘉善某住宅项目，包含多栋高层住宅、多层住宅及一层地库，各单体子项均
与地库脱开，地库典型柱网为5.4mx5.4m，结构层高为3.2m，地库顶板覆土
1.2m，采用板柱结构体系，基础形式为天然筏板基础加抗拔桩，筏板厚350mm，柱墩550~800mm高，一柱一抗拔桩，抗拔桩采用浙江图集《预应力离心混凝土
空心方桩》（图集号：2013浙G35），桩型为PS-AB350（170）13，单桩抗拔承
载力特征值为300KN。

地库于2017年底左右土建施工完毕。

5.2 情况说明
浙江地区2018年4月~6月份连续降雨，并且雨量很大，2018年6月初发现
地下室局部区域柱子的顶部及根部出现裂缝，并有漏水现象，详见图3；部分顶
板区域出现裂缝，详见图4；相关地下室区域的砌体填充墙也出现大量裂缝，并
伴有抹灰脱落，详见图5。

图3 柱根裂缝图4 顶板裂缝图5 填充墙裂缝，
抹灰脱落
5.3 原因分析
经过现场查勘及多方讨论分析，由于地库顶板还未覆土，施工单位在地库土
建施工初期早已停止降水，叠加了高强度降水之后，地下室产生上浮，造成了地
下室底板、顶板及框架柱的变形，且上浮区域的基础及顶板、框架柱等已经有了
一定程度的损坏，经由施工单位测量得出，地下室确实存在上浮现象。

5.4 处理方案
首选需采取措施，防止地下室继续上浮。

可以在底板钻孔泄压，同时通过在
地库周边增加设置降水井，使水位降至地库底板以下（后续地库顶板覆土完成，
方可停止降水）。

待上浮区域恢复原位后，需对损坏的构件进行加固处理，如柱、顶板、底板裂缝区域采用压力注浆封闭，释放孔需用微膨胀混凝土浇筑密实等。

6、结束语
地下室已成为许多建筑中不可缺少的部分，地下室抗浮设计已成为地下室设
计中的重要内容，地下室抗浮设计关系到地下室工程造价及使用安全，施工期间
的地下室水位控制关系到地下室施工期间的安全，因此应充分重视地下室抗浮设计及施工期间的地下室水位控制。

参考文献：
[1]建筑地基基础规范 GB 50007-2011
[2]鲁昂，阎钟巍，尤天直，毕磊.建筑地下室抗浮设计若干问题探讨[J].建筑结构，2017，47（S1）：1142-1145.
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