地下建筑结构抗浮设计及措施探讨

地下建筑结构抗浮设计及措施探讨

摘要：抗浮是地下室设计过程非常重要的一部分，如何解决地下室的抗浮问题已经成为一个经常面临的问题，引起建筑结构设计师的广泛关注。地下室的抗浮一旦处理不当将直接影响建筑的安全性。本文对地下室的抗浮设计进行了探讨。

关键词：地下；建筑结构；抗浮设计；措施

随着城市建设的快速发展，地下室得到了广泛的开发和利用。地下室不得不面临的问题就是抗浮问题，尤其埋深较大的地下室。因为浮力的存在，会对地下结构及上部结构产生破坏，地下建筑物整体或不均匀浮起，导致梁柱节点处开裂和底板破坏以及建筑物的倾斜等，如不进行抗浮设计，将给结构留下安全隐患。因此，地下室的抗浮设计不容忽视。做好地下建筑抗浮失效分析及处理的研究具有非常重要的意义，本文主要阐述了有关地下结构的抗浮设计的问题。

一、 地下室工程抗浮措施的选择

1.地下水对于地下建筑有着非常大的危害，我们一般会采取一些有效地措施来应对这一问题。当前在我们施工的过程中，为解决地下工程抗浮问题主要采取的途径有：配重法、进行抗浮桩的设置或者抗浮锚杆的设置。具体来说，配重法主要是对工程自重进行利用起到都对水浮力进行抵御的效果，至于抗浮锚杆以及抗浮桩则主要是对锚杆拉力以及桩侧阻力进行利用，起到和浮力平衡的效果。

一般来说，配重法的应用范围非常广泛，其配重部位多为底板，常见的措施是在底板之上进行回填层的设置，利用砂、土、混凝土以及石等进行回填，进而完成增加工程自重的效果。而在采取抗浮桩措施的时候，其抗浮能力取决于桩径、桩型、桩长以及周边的地质条件，这种措施造价较低、施工比较方便，因此应用较为广泛。总而言之，我们在施工的过程中要结合周边的具体环境选择最为合适的抗浮措施。

2.建筑抗浮失效的原因分析

在地下建筑抗浮失效中，主要原因在于不良地下水。具体来说，在工程工勘的过程中，没有进行抗浮评价，也没有提出抗浮水位以及抗浮设计参数。GB50021—2001《岩土工程勘察规范》中明确要求要对地下水作用及影响进行正确评价，针对地下结构物、基础以及挡土墙，要按照设计水位进行浮力的计算。一般的场地地下水类型属于上层滞水，存在于上部杂填土之中，在勘察期间，地下水的水位埋深为1.23m到4.30m。此类地下水容易受到季节气候的影响，而其场地中的软岩在受到大气降水的影响下会出现松散、膨胀以及软化蚀变的问题。

（一）由于工程施工期周期长，也加重了地下水的破坏性，具体来看，一般的基坑开挖如果经历了两次大气降水丰水期，在基坑形成之后，大气降水的大量渗入导致坑内、外土层吸水饱和，滞水转变为孔隙潜水。

（二）周边道路基础土层经过高强度夯实之后形成阻水隔水边界，导致孔隙水只进不出，使地下水位不断的抬高，形成承压水。而在地下建筑设计的过程中，没有进行相应的抗浮设计。

（三）在地下室施工的过程中，底板基础以下缺乏物理力学强度好的隔水岩土层，加之地下室部分基础处于下伏层，这就违反了相关的抗浮规定，最终使得地下室底板持力层以及变形速度在不良地下水的活动下破坏越来越严重。

（四）如果工程部分地段使用了毛石砼换填法，使得其在地下水的反复影响下，基础持力层也反复的隆起、沉降，进而使得地下室地面反复隆起、沉降，对地上建筑物造成了极限破坏。

3.针对地下建筑抗浮失效的采取的措施

（一）在工程勘察以及设计的过程中没有对基坑不良地下水进行充分的考虑，将其简单的认为是上层滞水，在这种背景下，施工方只顾基坑排水，忽视了排水导致的地面沉降以及基坑周边止水，最终使得大量地下水向基坑深入，破坏了岩土层的岩土体，并导致岩土孔隙及裂缝变大，地下水的渗流速度以及渗流压力也越来越大。

（二）基坑开挖在没有任何解决措施的前提下，如果其持续时间达到了293天，地下室以及浇注的时间就会达到93天，这种长时间的开挖又形成了时空效应，这也加重了地下水的不良影响。

（三）整个施工的过程中，尤其是地下水施工使其又处于丰水期，这对于地下水的破坏也形成了有利条件。最终，在这三方面原因的影响之下，地下室地面出现了大面积隆起，高度达到307mm。

二、地下室的抗浮设计 

1.采用复合处理地基, 比较常用的方法是在主体结构部分采用CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基,在裙房及纯地下室部分采用天然地基;CFG桩技术成熟、经济合理,根据地基处理程度的不同,分为CFG桩地基处理+设置沉降后浇带和CFG桩地基处理+不设置沉降后浇带两种不同的情况。 

2.设置抗浮桩 

这是一种解决抗浮问题行之有效的方法, 其实质也是增加地下室的重量，并利用桩侧与地基土之间的摩阻力来抗拔。但仔细分析,这种方法也有一定的局限性,且不说设置抗浮桩的造价如何,单从结构受力方面讲,“抗浮桩”实际上长期起着“抗压桩”的作用,这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降, 而这种变化将会使不设沉降缝的大底盘地下室在上部塔楼和裙房水平区域之间产生较大的不均匀沉降差, 由于上部塔楼比裙房的重量大，所以上部塔楼的地下室通

常不会存在上浮的问题，我们可以先考虑和估算设抗浮桩的裙房地下室的沉降值，然后估算不设桩的塔楼的沉降值，以两者之差作为调整塔楼与裙房地下室之间沉降差异的依据，在塔楼地下室底部布置合理的抗沉桩，从而减少塔楼与裙房地下室之间的不均匀沉降差。如果地下水位在桩长范围内变化很大，在布桩时还需考虑桩侧负摩阻力的影响。因此,抗浮桩在使用时需要仔细考虑。 

3.抗浮加固处理方法

在经过对水文工程地质条件进行分析以后，结合地下室基础的结构特点以及施工的环境条件，笔者认为一般的地下室水文地质条件、基坑内部环境以及基坑外部环境的复杂性并不高，主要的问题在于缺乏一套行之有效的施工方案及施工程序。基于此，我们可以采取以下抗浮加固措施：

（一）确保地下室基坑岩体工程以及水文地质资料的可靠性、真实性以及适用性，通过这些资料才能够将各种参数确定下来，这也是进行基坑优化设计以及施工的前提。

（二）做好勘察、设计、施工以及监测的配合工作，他们虽然各司其政，但是却有彼此相互倚重，不可分割，如果能够建立一个信息化的质量管理体系，笔者相信地下室的抗浮失效问题便不会发生。

（三）采取合理的抗浮加固方法，这主要包括集水井排水法、排水沟排水法、泄水减压法、注浆填充加固法以及换填粘土夯实法。其中，集水井排水法主要是在距离地下室一段距离位置处进行两口人工挖孔降水井的布置，井之间间隔为10m，如果两井方向和周边道路呈纵向排列，作用在于永久性长期降水，效果非常明显。至于排水沟排水法，主要是对泄水孔中流出的水进行疏排。而泄水减压法则是于地下室外墙内侧底板位置以及下部位置进行泄水孔的设置，直径取为100mm，其抗浮效果也很好。注浆充填加固法则是于地下室地基土和底板之间的间隙位置进行注浆，并灌注密实，起到抗浮作用。最后，换填粘土夯实法则是对地下室周边进行换填粘土夯实，避免地表水的渗入。

在地下建筑施工的过程中，如果处理不好不良地下水的影响，很容易导致建筑使用受到影响。但是在解决抗浮失效问题的过程中，由于涉及的内容比较多，因此整体难度还是比较大的，基于此，还希望各位能够加强这方面的学习和探索，笔者相信经过我们的努力，地下水建筑抗浮失效问题也将越来越少。所以对地下室的抗浮设计进行深入的研究是有着十分重要的意义。

参考文献：

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[3]周朋飞;城市复杂环境下地下水浮力作用机理试验研究[D];中国地质大学（北京）;2006年 

[4]张第轩;地下结构抗浮模型试验研究[D];上海交通大学;2007年