浅析地下室抗浮设计原理

一、地下室整体抗浮设计的基本原理
1.地下室最主要破坏形态即为抗浮破坏，因此抗浮设计显得尤为重要。

2.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{即基底单位面积所受的水浮力为γh的（γ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。

3.地下室与潜水艇的根本区别：
地下室底板除受水浮力外还受土反力，而潜水艇底板只有水浮力。

(注意此时的地下室基础形式，若为独基+防水板，防水板是不允许受土反力的,而只受水浮力作用；基础范围均受土反力与水浮力。

)
潜水艇完全沉没在海里面时，其所受总的浮力是个定值，因为此时排开水的体积不再变化,即为：顶板向下水的压力+自重=潜水艇底板向上水的压力。

地下室抗浮设计中，力的平衡公式：
F顶板表面（定值）+G地下室自重(定值)=P基底土反力(不允许为0)+水浮力。

从中得出：即随着地下水位的上升，水浮力逐渐增大，土反力逐渐减小,若基底土反力小于或等于0时，地下室出现整体抗浮破坏。

当水位在地下室顶板或者超过顶板面时，地下室整体所受的水浮力是个定值。

注意：地下室顶板所受的荷载大小是个定值，跟有没有水不相干；而地下室底板所受的水浮力（γh）大小只与水头高度相干，随着水头高度变化而变化。

4.在抗浮中起有利作用的及一些自身安全储备有:
a. 地下室的自重和覆土重对抗浮有利;
b. 地下室底板与土（存在水的情况）存在张力作用；侧壁的回填土（质量要有保证），
对侧壁有个摩擦力。

5.地下室抗浮验算：
《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的3.2.4条的第1.2款规定：“当永久荷载效应对结构有利时，组合分项系数不应大于1.0”。

在地下室整体抗浮验算中，永久荷载对结构有利，荷载分项系数一般应取1.0。

广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31-2003第5.2.1条规定，地下室抗浮稳定性验算应满足式6.1.6的要求：
W/F≥1.05 （6.1.6）(我院要求最少1.1倍)
式中 W——地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；
F——地下水浮力。

【注意】：此处F应为地下水浮力的标准值。

二、抗浮水位的确定
《高层建筑岩土工程勘察规程》第8．6．2 场地地下水抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：
1. 当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定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；
2. 场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响；
3. 只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。

注：目前地质勘查单位提供的岩土工程勘查报告中一般会提出建议抗浮水位标高。

三、抗浮设计的措施
1.压重抗浮
抗浮失效（建筑物倾斜或出现裂缝）是由于建筑物自重小于地下水浮力造成的，因此解决此问题最简便的办法就是增加建筑物自重，比如在地下室顶板部位覆盖一定厚度的土层。

对于土体的选择，不同地区可结合当地地质条件，就近选择可利用覆土材料。

2.工程桩抗浮
工程桩，就是在工程中使用的，最终在建构筑物中受力起作用的桩。

按承载性状可分为摩擦型桩和端承型桩，工程桩基础大多是现浇大直径柱，整体性好，工程桩周围与土层间摩擦力大。

但同时也应当注意工程桩在使用过程中经常会出现的裂缝及耐久性较差的问题，因此在地下室结构抗浮设计中使用工程桩抗浮应当对于使用过程中可能涉及到的桩体变形问题进行有效预估。

3.锚杆抗浮
锚杆抗浮是建筑工程地下结构抗浮措施的一种，在建筑物采用天然地基且基岩情况下，锚杆抗浮是地下室抗浮设计很好的选择，锚杆抗浮为抗拔桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化，因此当地下水压力较大，松散砂层太厚，锚杆受到的拉力也随之发生变化，不宜采用锚杆抗浮，这种情况下如果采用锚杆，就会产生较大的变形，不利于结构稳定，造成抗浮失效此外，当软
弱土层较厚或锚杆自由段过长时，这种方案抗浮也是不合适的，锚杆自由段长其永久防腐蚀措施要求就较高，工程费用也会显著增加。

注意:禁止使用土锚杆。

(问题：布置在基础之下与均匀布置在底板之下的哪个好？)
4.排水法抗浮
排水法抗浮主要是通过修建排水盲沟将地下室周围的地下水自流排到较低区域，这种方法只适用于建筑场地标高相对于周围地面较高或附近有较低水位的排水系统工程中，不能普遍使用当前比较流行的一种排水法抗浮是标准静水压力释放系统，该系统通过多孔聚乙稀排水管网将地下水位降到地下室底板以下，使地下室地板不受或受很小的水浮力，能够有效地防止地下室上浮。

四、目前地下室抗浮设计中存在的常见问题
1.只重视地下室的梁、板、柱、墙的结构构件设计，忽视整体抗浮验算分析，忽视施工的
抗浮措施，总认为具有上万吨自重的地下室不会浮起来；
2.地下室底板裂缝、漏水，甚至成为地下游泳池，把某些实质上是因为地下水的作用远大
于设计荷载而造的工程事故，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的地基（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，忽视水的浮力。

五、地下室整体抗浮模型
条件图如下：
在PKPM模型中，只考虑竖向荷载作用，这时顶板荷载输入为：G+Q=(10+8)x1+0=18kN/平，底板荷载输入为：G+Q=(0.2x20-10x5.8X1.1)+0=-60kN/平。

注意：a.此时顶板厚度及底板厚度的准确取值；b.模型中须勾选“自动考虑楼板自重计算”。

组装模型如下：
算完后，查看底层柱最大内力组合标准值（D+L），若柱底轴力为负数（如：N=-2300kN）,证明柱子承受向下的压力，则地下室整体抗浮验算满足；若柱底轴力为正数（如:N=2100kN）,证明柱子承受向上的拔力，则地下室整体抗浮不满足，须采取相应的措施进行抗浮，如采用加自重、抗拔桩或者抗浮锚杆等措施。

六、地下室局部抗浮模型
局部抗浮采用倒楼盖法模型计算。

注意：a.局部抗浮主要解决水浮力对底板及梁产生的破坏，这时构件迎水面受拉区应考虑裂缝验算; b.分清计算出来的水浮力何时为设计值、何时为标准值；c.在PKPM模型中，荷载均按恒载输入，活载输入为0。

（我院一般做法：A、底板一般不考虑裂缝计算；B、不管抗浮水位在哪，水浮力的分项序数取1.4来计算计算构件强度,给予充足的安全储备）以下模型仅供参考
1.当抗浮水位在室外地坪时,底板所受水浮力已经是最不利情况,按恒载考虑输入模型:
2.当抗浮水位不在室外地坪的情况一,考虑各种因素,如暴雨等,这时的水浮力按活荷载考
虑大小输入模型:
3.当抗浮水位不在室外地坪的情况二,考虑各种因素,如暴雨等,抗浮水位有可能上涨到室
外地坪,这时的水浮力大小按最不利情况考虑输入模型:。