關(guān)于地下室抗浮設(shè)計(jì)的思考

1、精選文檔關(guān)于地下室抗浮設(shè)計(jì)的思考近幾年來(lái)，有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故，如某醫(yī)院兩層獨(dú)立地下車(chē)庫(kù)，在施工過(guò)程中，消滅整體上浮，最大上浮高度達(dá)1.42m；又如，某體育中心游泳館，地下室上浮造成上部結(jié)構(gòu)梁、板、柱產(chǎn)生大量裂縫；再如，某高層建筑地下室底板局部隆起高達(dá)350mm，柱間板消滅45破壞性裂縫諸如此類(lèi)問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，造成了財(cái)產(chǎn)的損失。本文對(duì)產(chǎn)生這些事故的緣由歸納總結(jié)成以下四個(gè)方面，與同行們共同爭(zhēng)辯：一、抗浮設(shè)計(jì)中基本概念在多個(gè)地下室因水浮力作用而引發(fā)的工程亊故中，我們發(fā)覺(jué)有些設(shè)計(jì)人員對(duì)地下水的作用生疏不足，抗浮設(shè)計(jì)的基本概念不夠清楚，常見(jiàn)的有下列幾種狀況：1）重視地下室的梁、板、柱

2、、墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，忽視整體抗浮驗(yàn)算分析，忽視施工的抗浮措施，總認(rèn)為具有上萬(wàn)噸自重的地下室怎么會(huì)浮起來(lái)呢2）地下室底板裂縫、漏水，甚至成為地下游泳池，把某些實(shí)質(zhì)上是由于地下水的作用遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載而造的工程事故，錯(cuò)判為溫度應(yīng)力作用、砼施工質(zhì)量問(wèn)題等。3）對(duì)于基底為不透水土層的地基（基巖、堅(jiān)硬粘土），深基坑支護(hù)又接受了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，忽視水的浮力。試想萬(wàn)噸級(jí)以上大船能在江、河、海中航行，可見(jiàn)水的作用力之大。地下室就像一條“船”，地下室底板和側(cè)墻形成一個(gè)密閉的船身，它的水浮力有多少呢，是它浸泡在水中的體積乘以水容重，若一個(gè)50100m的地下室，抗浮水位為5m，它的浮力為2500

3、0噸，可見(jiàn)水浮力之大。地下室的抗浮設(shè)計(jì)就是要使這個(gè)船既不上浮，船身又不破壞，因此，地下室的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行整體抗浮和局部抗浮驗(yàn)算。為防止地下室整體上浮我們通常接受兩類(lèi)做法，一類(lèi)為“壓”，一類(lèi)為“拉”。當(dāng)接受“壓”的做法時(shí)，利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)及建筑裝修、上部覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力，當(dāng)不能平衡時(shí)，必需增加“拉”的做法，即接受樁或錨桿等來(lái)抵制地下水的浮力。無(wú)論是“壓”還是“拉”的做法，都必需進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算，保證抗浮力（壓重+抗拉力）大于水的總浮力，即。局部抗浮驗(yàn)算，除了梁板墻柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算、變形驗(yàn)算和裂縫驗(yàn)算，還應(yīng)包括局部的抗浮驗(yàn)算，對(duì)于大面積地下室上建有多棟高層和

4、低層建筑，建筑自重不均勻，當(dāng)上部為高層或恒荷載較大時(shí)，該范圍的整體抗浮力量可能較高，但上部沒(méi)有建筑或建筑層數(shù)不多的局部范圍，特殊應(yīng)進(jìn)行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗(yàn)算，例如：柱、樁、墻的壓力或拉力能否平衡它所影響區(qū)域里的水浮力總值。然而有些設(shè)計(jì)人員對(duì)上述最基本的概念還不夠清楚，例如，有些設(shè)計(jì)人員只對(duì)地下室底板的梁、板、墻在地下水浮力荷載作用下的強(qiáng)度計(jì)算，未做整體抗浮的認(rèn)真分析，特殊是獨(dú)立地下室、水池等，造成地下室整體上浮，給地下室結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)峻破壞，難以進(jìn)行復(fù)原處理。又如有些設(shè)計(jì)人員利用上部結(jié)構(gòu)自重抗浮，只計(jì)算上部結(jié)構(gòu)總自重標(biāo)準(zhǔn)值大于總的水浮力設(shè)計(jì)值，就認(rèn)為抗浮設(shè)計(jì)滿足要求。既不分析其上部建筑荷載的分布

5、，又未計(jì)算局部抗浮，局部范圍因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)大面積破壞。再如，在地下室底板計(jì)算中只驗(yàn)算強(qiáng)度不進(jìn)行變形的裂縫寬度的計(jì)算，造成底板產(chǎn)生裂縫，漏水嚴(yán)峻，形成“地下游泳池”。更值得一提的是，有些設(shè)計(jì)人員和施工人員對(duì)地表水作用生疏不足，當(dāng)?shù)叵率业鼗鶠椴煌杆膸r土層、支護(hù)又嚴(yán)密的基坑，一般認(rèn)為不存在水的浮力，因此造成施工期間或使用期間地下室上浮破壞的盲點(diǎn)，一旦暴雨來(lái)臨，地面的地表水全流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)，即基坑為“大腳盆”，地下室成為“小腳盆”。施工期間一旦未準(zhǔn)時(shí)實(shí)行降水措施就會(huì)將“小腳盆”浮起，使用期間若不將四周的回填土接受粘性土分層夯實(shí)形成止水層，也同樣

6、會(huì)產(chǎn)生“腳盆”效應(yīng)。另外，有些設(shè)計(jì)人員和施工人員忽視施工對(duì)地下室抗浮的重要性，設(shè)計(jì)圖紙對(duì)施工時(shí)抗浮措施的要求只字不提，施工人員在施工過(guò)程中不關(guān)注降水，沒(méi)有實(shí)行降水措施或在抗浮結(jié)構(gòu)未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定目標(biāo)時(shí)就停止了降水，導(dǎo)致在施工期間產(chǎn)生地下室整體上浮大事時(shí)有發(fā)生，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要緣由除閱歷外，主要是對(duì)我國(guó)現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范，規(guī)定不了解。例如地下室防水技術(shù)規(guī)范在第10章中明確規(guī)定了，“明挖法地下室防水施工時(shí)，地下水位應(yīng)降至工程底部最低高程500mm以下，降水作用應(yīng)持續(xù)至回填完畢”；建設(shè)部建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定的第4.4.3條第8款中，規(guī)定了“地下室抗?。ǚ浪┰O(shè)計(jì)水位及抗浮措施，施工期間的降水要求

7、及終止降水的條件等”應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明中明示；這些規(guī)定是閱歷的總結(jié)，我們應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)定做好地下室的抗浮設(shè)計(jì)和抗浮施工。綜上所述，我們?cè)谶M(jìn)行工程的抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，要做到以下三個(gè)步驟：1）認(rèn)真研讀勘察報(bào)告；2）進(jìn)行整體抗浮和局部抗浮驗(yàn)算，并提出施工期間的抗浮措施和降水措施；3）對(duì)存在“腳盆”效應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。二、地下室抗浮水位的確定勘察單位在供應(yīng)的勘察報(bào)告中，地下室的抗浮水位不嚴(yán)謹(jǐn)，而設(shè)計(jì)人員又缺乏對(duì)勘察報(bào)告的認(rèn)真研讀和分析，表現(xiàn)出如下四種狀況的任憑性：1）勘察報(bào)告未明確抗浮水位，只描述鉆孔的可見(jiàn)水位；2）接近江河且具有透水層的建筑場(chǎng)地，按一般場(chǎng)地提出抗浮水位，未考慮設(shè)計(jì)使用年限的江河最高洪水位

8、的影響。3）依據(jù)業(yè)主節(jié)省投資的需要，或者業(yè)主要求增設(shè)地下室后，原勘察報(bào)告無(wú)抗浮水位的參數(shù)，又未進(jìn)行補(bǔ)充勘察，任憑修改或確定抗浮水位。4）對(duì)坡地建筑，供應(yīng)的抗浮水位遠(yuǎn)高于建筑設(shè)計(jì)的地坪標(biāo)高，設(shè)計(jì)人員未進(jìn)行認(rèn)真的分析造成鋪張。以上四種做法中，第1）、2）、3）種狀況，導(dǎo)致地下室因抗浮力量不夠而使得結(jié)構(gòu)破壞，第4種導(dǎo)致不合理的設(shè)計(jì)，增大工程投資，造成資源鋪張。地下室抗浮水位是一個(gè)格外簡(jiǎn)單的問(wèn)題，地質(zhì)場(chǎng)地土層差異性，場(chǎng)地土內(nèi)地下水簡(jiǎn)單多變性，給地下室抗浮水位的確定帶來(lái)了較大困難，然而抗浮水位又是地下室抗浮設(shè)計(jì)中一個(gè)打算性的參數(shù)。如何做到既平安又合理的確定其抗浮水位？勘察、設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵照巖土工程勘察規(guī)范

9、（GB50021）及高層建筑巖土工程勘察規(guī)程（JGJ72）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行勘察和分析。其中，依據(jù)高層建筑巖土工程勘察規(guī)程第8.6.2條，場(chǎng)地地下水抗浮設(shè)防水位的綜合確定宜符合下列規(guī)定：1）當(dāng)有長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料時(shí)，場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位可用實(shí)測(cè)最高水位，無(wú)長(zhǎng)期水位觀看資料時(shí)，應(yīng)按勘察期間實(shí)測(cè)最高水位并結(jié)合場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定。2）場(chǎng)地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時(shí)，應(yīng)實(shí)測(cè)承壓水位并考慮其對(duì)抗浮設(shè)防水位的影響；3）只考慮施工期間的抗浮設(shè)防時(shí)，抗浮設(shè)防水位可按一個(gè)水文年的最高水位確定。此外，設(shè)計(jì)人員對(duì)于下列一些特殊狀況還應(yīng)進(jìn)行必要的分析和論證：一是地下水賦存條件簡(jiǎn)單、變化幅度大、區(qū)

10、域性補(bǔ)給和排泄條件可能有較大轉(zhuǎn)變或工程需要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行特地論證；二是對(duì)于斜坡地段的地下室或可能產(chǎn)生明顯水頭差的場(chǎng)地上的地下室進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地下水滲流在地下室底板產(chǎn)生的非均布荷載對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的影響，不要籠統(tǒng)的接受勘察報(bào)告所供應(yīng)的遠(yuǎn)高于室外地坪的地下室抗浮水位來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。水是往低處流的，若建筑物一側(cè)或多側(cè)是放開(kāi)的，水浮力不行能高出室外地坪；三是在有水頭壓差的江、河岸邊，且存在濾水層，應(yīng)按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的最高洪水位來(lái)確定其抗浮水位；四是對(duì)于雨水豐富的南方地區(qū)，尤其應(yīng)留意因地面標(biāo)高發(fā)生變化后對(duì)原勘察報(bào)告抗浮水位的修正，防止產(chǎn)生地表水聚集效應(yīng)對(duì)地下室的破壞。三、抗浮驗(yàn)算中的幾個(gè)參數(shù)爭(zhēng)辯水浮力的分項(xiàng)系數(shù)

11、和抵制力的分項(xiàng)系數(shù)，以及抗浮錨桿鋼筋抗拉工作條件系數(shù)、抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度如何取值，是目前在地下室抗浮設(shè)計(jì)中很有爭(zhēng)議的問(wèn)題。1.我國(guó)不同規(guī)范對(duì)水浮力和抵制力的分項(xiàng)系數(shù)有不同的取值，造成設(shè)計(jì)人員分項(xiàng)系數(shù)取值時(shí)的混亂。荷載規(guī)范中第3.2.5條規(guī)定，抵制水浮力的結(jié)構(gòu)自重作為永久荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)有利組合時(shí)其分項(xiàng)系數(shù)G取1.0是無(wú)爭(zhēng)議的，但水浮力是可變荷載，其分項(xiàng)系數(shù)Q應(yīng)如何取值呢？在該條第3款中，“對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆、滑移和漂移驗(yàn)算，荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定接受”。在查閱相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，民用建筑地下室及人民防空地下室均未涉及到此項(xiàng)內(nèi)容，只有給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50069提到了關(guān)于水浮力可

12、變荷載的分項(xiàng)系數(shù)問(wèn)題。給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50069-2002第5.2.2條和5.2.3條中比較清楚的表述了，對(duì)于抗浮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，地表水或地下水作用應(yīng)是第一可變荷載，1）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，它的分項(xiàng)系數(shù)取為1.27；即，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，水浮力的基本組合設(shè)計(jì)值為標(biāo)準(zhǔn)值乘上1.27。2）當(dāng)計(jì)算整體抗浮的穩(wěn)定性時(shí)，抵制力只計(jì)入永久荷載，水浮力接受標(biāo)準(zhǔn)值乘以抗力系數(shù)Ks（取1.05）。民用建筑地下室和給排水構(gòu)筑物在使用功能上存在著肯定的差異，但其水浮力的作用和結(jié)構(gòu)的受力性能應(yīng)是相像的。在相關(guān)規(guī)范還沒(méi)有做出明確規(guī)定之前，此規(guī)范的相關(guān)參數(shù)值得借鑒。3）若設(shè)計(jì)者對(duì)抗浮水位存在質(zhì)疑

13、，應(yīng)將水浮力按荷載規(guī)范中的永久荷載和可變荷載的方法來(lái)確定分項(xiàng)系數(shù)。依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范第3.1.1條的條文說(shuō)明，“按工程結(jié)構(gòu)牢靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50153的規(guī)定，水位不變的水壓力按永久荷載考慮，水位變化的水壓力按可變荷載考慮”，是否可以理解為當(dāng)抗浮水位平室外地坪時(shí)，水壓力是不行能再增加了，視為不變的水壓力。加之，在驗(yàn)算抗浮時(shí)，水浮力為主要可變荷載效應(yīng)來(lái)把握的組合，它的分項(xiàng)系數(shù)宜取1.20；當(dāng)抗浮水位低于室外地坪，水壓力有可能再增加，視為可變荷載，它的分項(xiàng)系數(shù)宜取為1.4。2.錨桿工作系數(shù)和錨桿鋼筋取值錨桿抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，錨桿鋼筋截面面積計(jì)算現(xiàn)行的規(guī)范中無(wú)明確的計(jì)算規(guī)定，因此設(shè)計(jì)單位有兩種不同版本的設(shè)

14、計(jì)公式。第一種，接受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范正截面受拉承載力計(jì)算公式：其次種，接受建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中，錨桿鋼筋截面面積的計(jì)算公式：從兩個(gè)公式中，我們可以看出鋼筋強(qiáng)度f(wàn)y是全都的，可依據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第4.2.3條表4.2.3-1的抗拉鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值。公式中不同的是，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范公式中多了兩個(gè)系數(shù)，一是邊坡工程重要性系數(shù)0，若取1.0，在本文中不做爭(zhēng)辯，二是錨桿鋼筋的抗拉工作條件系數(shù)2，作為永久性錨桿時(shí)取0.69。上述兩公式計(jì)算得出的錨桿鋼筋截面面積就比較大了。加之，一般錨桿的抗拉鋼筋直徑大、強(qiáng)度高，有些設(shè)計(jì)人員接受砼規(guī)范中鋼筋的軸心受拉強(qiáng)度公式，既未取工作條件系數(shù)，而且未按

15、規(guī)范4.2.3-1表注取值，“在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值對(duì)于300N/mm2時(shí)，仍應(yīng)按300N/mm2取用”，而設(shè)計(jì)人員接受HRB400級(jí)鋼筋時(shí)，仍取fy=360N/mm2。而有些設(shè)計(jì)人員接受建筑邊坡技術(shù)規(guī)范錨桿鋼筋截面計(jì)算公式，工作條件系數(shù)2取0.69，HRB400鋼筋的抗拉強(qiáng)度又取300N/mm2，錨桿鋼筋的計(jì)算面積之大，使人難以接受，兩種不同的版本形成了相差一倍的計(jì)算結(jié)果，是值得我們探討和爭(zhēng)辯的，從抗浮錨桿的工作條件，參照建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范的計(jì)算公式，并無(wú)道理，但抗浮錨桿的成孔及構(gòu)造要求較之邊坡錨桿要穩(wěn)定得多，如清孔較簡(jiǎn)潔，砼強(qiáng)度要求C30等，接受

16、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范較為接近構(gòu)件的受力特征。在錨桿鋼筋截面的計(jì)算中，我們建議按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的正截面受拉承載力計(jì)算的公式，但鋼筋的取值應(yīng)當(dāng)按軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算，這樣顯得較為合理。四、錨桿抗浮驗(yàn)算傳力途徑在目前的地下室接受錨桿抗浮設(shè)計(jì)中，有下列2種混亂的方法：1）上部建筑結(jié)構(gòu)荷重不滿足整體抗浮要求，接受錨桿抗浮。其計(jì)算方法為：總的水浮力設(shè)計(jì)值/單根錨桿設(shè)計(jì)值所需錨桿根數(shù)。具體做法：底板下（連柱底或砼墻下）滿鋪錨桿，水浮力全部由錨桿擔(dān)當(dāng)，既不考慮上部建筑自重，也不考慮地下室底板自重可抵制水浮力的作用，保守且不合理。2）利用上部結(jié)構(gòu)自重和錨桿共同抗浮，其計(jì)算方

17、法為：（總的水浮力設(shè)計(jì)值底板及上部結(jié)構(gòu)自重設(shè)計(jì)值）/單根錨桿設(shè)計(jì)值所需錨桿根數(shù)。具體做法：將錨桿均勻分布在底板下（包括柱底或砼墻下），錨桿間距用底部面積除所需錨桿根數(shù)確定。以上兩種抗浮設(shè)計(jì)方法，都消滅了傳力途徑不清楚的錯(cuò)誤。從理論上說(shuō)，不管接受“壓”還是“拉”的方法抵制水浮力，水的浮力是均勻作用在底板上，而結(jié)構(gòu)抗浮力作用（除底板自重外）都具有不均勻性，并不是在整個(gè)地下室底板區(qū)域均勻分布的，可能是集中在一個(gè)點(diǎn)上（即柱、樁和錨桿）或一條線上（即墻、梁），因此，分析其傳力途徑尤為重要。如圖所示，由于與柱、墻相連的梁板肯定范圍內(nèi)具有肯定的剛度，水浮力可直接與上部結(jié)構(gòu)自重平衡，而上部自重很難傳遞至遠(yuǎn)離梁

18、、柱、樁、墻的區(qū)域。因此，上述第一種方法全部接受錨桿抗浮，上部結(jié)構(gòu)自重未充分利用。其次種方法，減去上部建筑自重后的水浮力由錨桿平均擔(dān)當(dāng)，存在平安隱患。由于，中間區(qū)域的錨桿實(shí)際受力不會(huì)是減去上部自重的水浮力，上部建筑自重是集中在一個(gè)點(diǎn)（即柱）或一條線（即墻、梁）上的，要達(dá)到將自重均勻分布到底板上的假定，底板必需具備兩個(gè)條件，一是完全按自重抗浮，底板的梁板接受倒置樓蓋計(jì)算，保證水浮力傳至柱上或墻上，二是做到底板剛度無(wú)窮大，才有可能將點(diǎn)線作用力均勻分布與錨桿共同抗浮。實(shí)際結(jié)構(gòu)未滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，一旦地下水達(dá)到抗浮設(shè)計(jì)水位，首先中間純底板抵制區(qū)域的錨桿破壞和失效，然后漸漸延長(zhǎng)至柱、墻、梁影響區(qū)域的錨

19、桿，造成全部錨桿失效，最終底板隆起，梁板開(kāi)裂破壞。合理做法是：抗浮力與水浮力平衡計(jì)算可分成兩種區(qū)域：柱、墻、梁影響區(qū)域和純底板抵制區(qū)域。純底板抵制區(qū)域的計(jì)算方法應(yīng)是抗浮錨桿設(shè)計(jì)承載力除以每平方米水浮力（減去每平米底板自重），得到抗浮錨桿的受力面積；而柱、墻、梁影響區(qū)域應(yīng)充分利用上部建筑自重進(jìn)行抗浮，驗(yàn)算傳遞的上部建筑自重是否能平衡該區(qū)域的水浮力，此外，還應(yīng)驗(yàn)算在水浮力作用下梁強(qiáng)度和裂縫滿足要求。計(jì)算方法具體可分解為以下四個(gè)方面：1）在柱、墻、梁影響區(qū)格中：梁、墻可以傳遞的建筑自重線荷載除以每平方米的水浮力，得到影響區(qū)域的寬度b。其中梁傳遞的建筑自重荷載，依據(jù)柱子的建筑自重依據(jù)與其相連的梁剛度安

20、排所得。2）靠近梁、墻的第一排錨桿：其從屬寬度b0應(yīng)是梁、墻傳遞建筑自重影響區(qū)域的寬度b，即b0=b，由于每根錨桿的抵制面積有限，當(dāng)上部自重較大時(shí)，為充分利用該部分自重，可以考慮加密靠近地梁第一排錨桿的間距。3）純底板抵制區(qū)域的計(jì)算方法應(yīng)是抗浮錨桿設(shè)計(jì)承載力除以每平方米水浮力，得到抗浮錨桿的受力面積，即A單根錨桿=c2=q水/F單根錨桿，其中c為純底板抵制區(qū)域中間排錨桿的間距。例如，水浮力設(shè)計(jì)值為每平方米50kN，單根抗浮錨桿的設(shè)計(jì)承載力為250kN，它能承受的抗浮力的受力面積為5平方米，若接受點(diǎn)式布置，錨桿的間距為2.25*2.25米。4）第一排錨桿與其次排錨桿的間距a=b/2+c/2。無(wú)論

21、是柱、墻、梁和純底板區(qū)格的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（錨桿、梁、板、墻）計(jì)算時(shí)應(yīng)留意兩個(gè)問(wèn)題，一是水浮力設(shè)計(jì)值都不應(yīng)當(dāng)直接接受抗浮的水浮力值，應(yīng)減去底板本身的自重。二是梁、板、柱、墻構(gòu)件計(jì)算時(shí)應(yīng)依據(jù)其實(shí)際受力狀況確定相應(yīng)計(jì)算模型，進(jìn)行強(qiáng)度、裂縫寬度計(jì)算。例如，梁傳遞建筑自重的影響區(qū)域的寬度為2米，每平米水浮力設(shè)計(jì)值為50kN，作用在梁上的線荷載為每米100kN。梁要將該荷載傳遞到柱、樁上，該梁必需依據(jù)其跨度計(jì)算其強(qiáng)度、裂縫寬度，以確保梁能將實(shí)際的受力荷載傳遞給柱、樁、墻形成平衡。近幾年來(lái)，有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故，如某醫(yī)院兩層獨(dú)立地下車(chē)庫(kù)，在施工過(guò)程中，消滅整體上浮，最大上浮高度達(dá)1.42m；又

22、如，某體育中心游泳館，地下室上浮造成上部結(jié)構(gòu)梁、板、柱產(chǎn)生大量裂縫；再如，某高層建筑地下室底板局部隆起高達(dá)350mm，柱間板消滅45破壞性裂縫諸如此類(lèi)問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，造成了財(cái)產(chǎn)的損失。本文對(duì)產(chǎn)生這些事故的緣由歸納總結(jié)成以下四個(gè)方面，與同行們共同爭(zhēng)辯：一、抗浮設(shè)計(jì)中基本概念在多個(gè)地下室因水浮力作用而引發(fā)的工程亊故中，我們發(fā)覺(jué)有些設(shè)計(jì)人員對(duì)地下水的作用生疏不足，抗浮設(shè)計(jì)的基本概念不夠清楚，常見(jiàn)的有下列幾種狀況：1）重視地下室的梁、板、柱、墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，忽視整體抗浮驗(yàn)算分析，忽視施工的抗浮措施，總認(rèn)為具有上萬(wàn)噸自重的地下室怎么會(huì)浮起來(lái)呢2）地下室底板裂縫、漏水，甚至成為地下游泳池，把某些實(shí)質(zhì)上是由

23、于地下水的作用遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載而造的工程事故，錯(cuò)判為溫度應(yīng)力作用、砼施工質(zhì)量問(wèn)題等。3）對(duì)于基底為不透水土層的地基（基巖、堅(jiān)硬粘土），深基坑支護(hù)又接受了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，忽視水的浮力。試想萬(wàn)噸級(jí)以上大船能在江、河、海中航行，可見(jiàn)水的作用力之大。地下室就像一條“船”，地下室底板和側(cè)墻形成一個(gè)密閉的船身，它的水浮力有多少呢，是它浸泡在水中的體積乘以水容重，若一個(gè)50100m的地下室，抗浮水位為5m，它的浮力為25000噸，可見(jiàn)水浮力之大。地下室的抗浮設(shè)計(jì)就是要使這個(gè)船既不上浮，船身又不破壞，因此，地下室的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行整體抗浮和局部抗浮驗(yàn)算。為防止地下室整體上浮我們通常接受兩類(lèi)做

24、法，一類(lèi)為“壓”，一類(lèi)為“拉”。當(dāng)接受“壓”的做法時(shí)，利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)及建筑裝修、上部覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力，當(dāng)不能平衡時(shí)，必需增加“拉”的做法，即接受樁或錨桿等來(lái)抵制地下水的浮力。無(wú)論是“壓”還是“拉”的做法，都必需進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算，保證抗浮力（壓重+抗拉力）大于水的總浮力，即。局部抗浮驗(yàn)算，除了梁板墻柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算、變形驗(yàn)算和裂縫驗(yàn)算，還應(yīng)包括局部的抗浮驗(yàn)算，對(duì)于大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑，建筑自重不均勻，當(dāng)上部為高層或恒荷載較大時(shí)，該范圍的整體抗浮力量可能較高，但上部沒(méi)有建筑或建筑層數(shù)不多的局部范圍，特殊應(yīng)進(jìn)行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗(yàn)算，例如：

25、柱、樁、墻的壓力或拉力能否平衡它所影響區(qū)域里的水浮力總值。然而有些設(shè)計(jì)人員對(duì)上述最基本的概念還不夠清楚，例如，有些設(shè)計(jì)人員只對(duì)地下室底板的梁、板、墻在地下水浮力荷載作用下的強(qiáng)度計(jì)算，未做整體抗浮的認(rèn)真分析，特殊是獨(dú)立地下室、水池等，造成地下室整體上浮，給地下室結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)峻破壞，難以進(jìn)行復(fù)原處理。又如有些設(shè)計(jì)人員利用上部結(jié)構(gòu)自重抗浮，只計(jì)算上部結(jié)構(gòu)總自重標(biāo)準(zhǔn)值大于總的水浮力設(shè)計(jì)值，就認(rèn)為抗浮設(shè)計(jì)滿足要求。既不分析其上部建筑荷載的分布，又未計(jì)算局部抗浮，局部范圍因抗浮力小于水浮力，底板隆起、造成地下室及上部結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)大面積破壞。再如，在地下室底板計(jì)算中只驗(yàn)算強(qiáng)度不進(jìn)行變形的裂縫寬度的計(jì)算，造成

26、底板產(chǎn)生裂縫，漏水嚴(yán)峻，形成“地下游泳池”。更值得一提的是，有些設(shè)計(jì)人員和施工人員對(duì)地表水作用生疏不足，當(dāng)?shù)叵率业鼗鶠椴煌杆膸r土層、支護(hù)又嚴(yán)密的基坑，一般認(rèn)為不存在水的浮力，因此造成施工期間或使用期間地下室上浮破壞的盲點(diǎn)，一旦暴雨來(lái)臨，地面的地表水全流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)，即基坑為“大腳盆”，地下室成為“小腳盆”。施工期間一旦未準(zhǔn)時(shí)實(shí)行降水措施就會(huì)將“小腳盆”浮起，使用期間若不將四周的回填土接受粘性土分層夯實(shí)形成止水層，也同樣會(huì)產(chǎn)生“腳盆”效應(yīng)。另外，有些設(shè)計(jì)人員和施工人員忽視施工對(duì)地下室抗浮的重要性，設(shè)計(jì)圖紙對(duì)施工時(shí)抗浮措施的要求只字不提，施工人員在施工過(guò)程中不關(guān)注降水，沒(méi)有實(shí)行降水措施

27、或在抗浮結(jié)構(gòu)未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定目標(biāo)時(shí)就停止了降水，導(dǎo)致在施工期間產(chǎn)生地下室整體上浮大事時(shí)有發(fā)生，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要緣由除閱歷外，主要是對(duì)我國(guó)現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范，規(guī)定不了解。例如地下室防水技術(shù)規(guī)范在第10章中明確規(guī)定了，“明挖法地下室防水施工時(shí)，地下水位應(yīng)降至工程底部最低高程500mm以下，降水作用應(yīng)持續(xù)至回填完畢”；建設(shè)部建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定的第4.4.3條第8款中，規(guī)定了“地下室抗?。ǚ浪┰O(shè)計(jì)水位及抗浮措施，施工期間的降水要求及終止降水的條件等”應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明中明示；這些規(guī)定是閱歷的總結(jié)，我們應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)定做好地下室的抗浮設(shè)計(jì)和抗浮施工。綜上所述，我們?cè)谶M(jìn)行工程的抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，要做到

28、以下三個(gè)步驟：1）認(rèn)真研讀勘察報(bào)告；2）進(jìn)行整體抗浮和局部抗浮驗(yàn)算，并提出施工期間的抗浮措施和降水措施；3）對(duì)存在“腳盆”效應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。二、地下室抗浮水位的確定勘察單位在供應(yīng)的勘察報(bào)告中，地下室的抗浮水位不嚴(yán)謹(jǐn)，而設(shè)計(jì)人員又缺乏對(duì)勘察報(bào)告的認(rèn)真研讀和分析，表現(xiàn)出如下四種狀況的任憑性：1）勘察報(bào)告未明確抗浮水位，只描述鉆孔的可見(jiàn)水位；2）接近江河且具有透水層的建筑場(chǎng)地，按一般場(chǎng)地提出抗浮水位，未考慮設(shè)計(jì)使用年限的江河最高洪水位的影響。3）依據(jù)業(yè)主節(jié)省投資的需要，或者業(yè)主要求增設(shè)地下室后，原勘察報(bào)告無(wú)抗浮水位的參數(shù)，又未進(jìn)行補(bǔ)充勘察，任憑修改或確定抗浮水位。4）對(duì)坡地建筑，供應(yīng)的抗浮水位遠(yuǎn)高

29、于建筑設(shè)計(jì)的地坪標(biāo)高，設(shè)計(jì)人員未進(jìn)行認(rèn)真的分析造成鋪張。以上四種做法中，第1）、2）、3）種狀況，導(dǎo)致地下室因抗浮力量不夠而使得結(jié)構(gòu)破壞，第4種導(dǎo)致不合理的設(shè)計(jì)，增大工程投資，造成資源鋪張。地下室抗浮水位是一個(gè)格外簡(jiǎn)單的問(wèn)題，地質(zhì)場(chǎng)地土層差異性，場(chǎng)地土內(nèi)地下水簡(jiǎn)單多變性，給地下室抗浮水位的確定帶來(lái)了較大困難，然而抗浮水位又是地下室抗浮設(shè)計(jì)中一個(gè)打算性的參數(shù)。如何做到既平安又合理的確定其抗浮水位？勘察、設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵照巖土工程勘察規(guī)范（GB50021）及高層建筑巖土工程勘察規(guī)程（JGJ72）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行勘察和分析。其中，依據(jù)高層建筑巖土工程勘察規(guī)程第8.6.2條，場(chǎng)地地下水抗浮設(shè)防水位的綜合確定

30、宜符合下列規(guī)定：1）當(dāng)有長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料時(shí)，場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位可用實(shí)測(cè)最高水位，無(wú)長(zhǎng)期水位觀看資料時(shí)，應(yīng)按勘察期間實(shí)測(cè)最高水位并結(jié)合場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定。2）場(chǎng)地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時(shí)，應(yīng)實(shí)測(cè)承壓水位并考慮其對(duì)抗浮設(shè)防水位的影響；3）只考慮施工期間的抗浮設(shè)防時(shí)，抗浮設(shè)防水位可按一個(gè)水文年的最高水位確定。此外，設(shè)計(jì)人員對(duì)于下列一些特殊狀況還應(yīng)進(jìn)行必要的分析和論證：一是地下水賦存條件簡(jiǎn)單、變化幅度大、區(qū)域性補(bǔ)給和排泄條件可能有較大轉(zhuǎn)變或工程需要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行特地論證；二是對(duì)于斜坡地段的地下室或可能產(chǎn)生明顯水頭差的場(chǎng)地上的地下室進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地下水滲流在地下室底板

31、產(chǎn)生的非均布荷載對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的影響，不要籠統(tǒng)的接受勘察報(bào)告所供應(yīng)的遠(yuǎn)高于室外地坪的地下室抗浮水位來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。水是往低處流的，若建筑物一側(cè)或多側(cè)是放開(kāi)的，水浮力不行能高出室外地坪；三是在有水頭壓差的江、河岸邊，且存在濾水層，應(yīng)按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的最高洪水位來(lái)確定其抗浮水位；四是對(duì)于雨水豐富的南方地區(qū)，尤其應(yīng)留意因地面標(biāo)高發(fā)生變化后對(duì)原勘察報(bào)告抗浮水位的修正，防止產(chǎn)生地表水聚集效應(yīng)對(duì)地下室的破壞。三、抗浮驗(yàn)算中的幾個(gè)參數(shù)爭(zhēng)辯水浮力的分項(xiàng)系數(shù)和抵制力的分項(xiàng)系數(shù)，以及抗浮錨桿鋼筋抗拉工作條件系數(shù)、抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度如何取值，是目前在地下室抗浮設(shè)計(jì)中很有爭(zhēng)議的問(wèn)題。1.我國(guó)不同規(guī)范對(duì)水浮力和抵制力的分項(xiàng)系數(shù)有不同的

32、取值，造成設(shè)計(jì)人員分項(xiàng)系數(shù)取值時(shí)的混亂。荷載規(guī)范中第3.2.5條規(guī)定，抵制水浮力的結(jié)構(gòu)自重作為永久荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)有利組合時(shí)其分項(xiàng)系數(shù)G取1.0是無(wú)爭(zhēng)議的，但水浮力是可變荷載，其分項(xiàng)系數(shù)Q應(yīng)如何取值呢？在該條第3款中，“對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆、滑移和漂移驗(yàn)算，荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定接受”。在查閱相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，民用建筑地下室及人民防空地下室均未涉及到此項(xiàng)內(nèi)容，只有給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50069提到了關(guān)于水浮力可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)問(wèn)題。給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50069-2002第5.2.2條和5.2.3條中比較清楚的表述了，對(duì)于抗浮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，地表水或地下水作用應(yīng)是第

33、一可變荷載，1）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，它的分項(xiàng)系數(shù)取為1.27；即，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，水浮力的基本組合設(shè)計(jì)值為標(biāo)準(zhǔn)值乘上1.27。2）當(dāng)計(jì)算整體抗浮的穩(wěn)定性時(shí)，抵制力只計(jì)入永久荷載，水浮力接受標(biāo)準(zhǔn)值乘以抗力系數(shù)Ks（取1.05）。民用建筑地下室和給排水構(gòu)筑物在使用功能上存在著肯定的差異，但其水浮力的作用和結(jié)構(gòu)的受力性能應(yīng)是相像的。在相關(guān)規(guī)范還沒(méi)有做出明確規(guī)定之前，此規(guī)范的相關(guān)參數(shù)值得借鑒。3）若設(shè)計(jì)者對(duì)抗浮水位存在質(zhì)疑，應(yīng)將水浮力按荷載規(guī)范中的永久荷載和可變荷載的方法來(lái)確定分項(xiàng)系數(shù)。依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范第3.1.1條的條文說(shuō)明，“按工程結(jié)構(gòu)牢靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50153的規(guī)定，水位不

34、變的水壓力按永久荷載考慮，水位變化的水壓力按可變荷載考慮”，是否可以理解為當(dāng)抗浮水位平室外地坪時(shí)，水壓力是不行能再增加了，視為不變的水壓力。加之，在驗(yàn)算抗浮時(shí)，水浮力為主要可變荷載效應(yīng)來(lái)把握的組合，它的分項(xiàng)系數(shù)宜取1.20；當(dāng)抗浮水位低于室外地坪，水壓力有可能再增加，視為可變荷載，它的分項(xiàng)系數(shù)宜取為1.4。2.錨桿工作系數(shù)和錨桿鋼筋取值錨桿抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，錨桿鋼筋截面面積計(jì)算現(xiàn)行的規(guī)范中無(wú)明確的計(jì)算規(guī)定，因此設(shè)計(jì)單位有兩種不同版本的設(shè)計(jì)公式。第一種，接受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范正截面受拉承載力計(jì)算公式：其次種，接受建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中，錨桿鋼筋截面面積的計(jì)算公式：從兩個(gè)公式中，我們可以看出鋼筋強(qiáng)度

35、fy是全都的，可依據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第4.2.3條表4.2.3-1的抗拉鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值。公式中不同的是，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范公式中多了兩個(gè)系數(shù)，一是邊坡工程重要性系數(shù)0，若取1.0，在本文中不做爭(zhēng)辯，二是錨桿鋼筋的抗拉工作條件系數(shù)2，作為永久性錨桿時(shí)取0.69。上述兩公式計(jì)算得出的錨桿鋼筋截面面積就比較大了。加之，一般錨桿的抗拉鋼筋直徑大、強(qiáng)度高，有些設(shè)計(jì)人員接受砼規(guī)范中鋼筋的軸心受拉強(qiáng)度公式，既未取工作條件系數(shù)，而且未按規(guī)范4.2.3-1表注取值，“在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值對(duì)于300N/mm2時(shí)，仍應(yīng)按300N/mm2取用”，而設(shè)計(jì)人員接受HR

36、B400級(jí)鋼筋時(shí)，仍取fy=360N/mm2。而有些設(shè)計(jì)人員接受建筑邊坡技術(shù)規(guī)范錨桿鋼筋截面計(jì)算公式，工作條件系數(shù)2取0.69，HRB400鋼筋的抗拉強(qiáng)度又取300N/mm2，錨桿鋼筋的計(jì)算面積之大，使人難以接受，兩種不同的版本形成了相差一倍的計(jì)算結(jié)果，是值得我們探討和爭(zhēng)辯的，從抗浮錨桿的工作條件，參照建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范的計(jì)算公式，并無(wú)道理，但抗浮錨桿的成孔及構(gòu)造要求較之邊坡錨桿要穩(wěn)定得多，如清孔較簡(jiǎn)潔，砼強(qiáng)度要求C30等，接受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范較為接近構(gòu)件的受力特征。在錨桿鋼筋截面的計(jì)算中，我們建議按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的正截面受拉承載力計(jì)算的公式，但鋼筋的取值應(yīng)當(dāng)按軸心受拉和小偏心

37、受拉構(gòu)件的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算，這樣顯得較為合理。四、錨桿抗浮驗(yàn)算傳力途徑在目前的地下室接受錨桿抗浮設(shè)計(jì)中，有下列2種混亂的方法：1）上部建筑結(jié)構(gòu)荷重不滿足整體抗浮要求，接受錨桿抗浮。其計(jì)算方法為：總的水浮力設(shè)計(jì)值/單根錨桿設(shè)計(jì)值所需錨桿根數(shù)。具體做法：底板下（連柱底或砼墻下）滿鋪錨桿，水浮力全部由錨桿擔(dān)當(dāng)，既不考慮上部建筑自重，也不考慮地下室底板自重可抵制水浮力的作用，保守且不合理。2）利用上部結(jié)構(gòu)自重和錨桿共同抗浮，其計(jì)算方法為：（總的水浮力設(shè)計(jì)值底板及上部結(jié)構(gòu)自重設(shè)計(jì)值）/單根錨桿設(shè)計(jì)值所需錨桿根數(shù)。具體做法：將錨桿均勻分布在底板下（包括柱底或砼墻下），錨桿間距用底部面積除所需錨桿根數(shù)確定。以上兩種抗浮設(shè)計(jì)方法，都消滅了傳力途徑不清楚的錯(cuò)誤。從理論上說(shuō)，不管接受“壓”還是“拉”的方法抵制水浮力，水的浮力是均勻作用在底板上，而結(jié)構(gòu)抗浮力作用（除底板自重外）都具有不均勻性，并不是在整個(gè)地下室底板區(qū)域