抗浮设计论文篇1
2)在地下结构使用阶段,应根据设计基准期抗浮设防水位进行抗浮验算。
3)抗浮验算的公式。抗浮验算除有关现行国家或行业规范规定外一般采用以下公式进行验算。G/S≥K(1)式中:G为结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和，不包括活荷载;S为地下水对地下结构的浮力标准值;K为地下结构抗浮安全系数,一般取1.05。
常用的地下结构抗浮措施
当地下结构抗浮验算不满足公式(1)要求时,必需采取适当的抗浮措施,保证地下结构的安全。常用的方法有:加大结构自重法、利用顶盖覆土、底板外挑、设置抗拔桩、布置抗浮锚杆、底板下释放水浮力的方法。常用的抗浮措施一般设计与施工结合不是很紧密,安全可靠,但未考虑施工阶段必要的一些措施,经济性较两者结合考虑要差,同时工期相对更长。
地下结构特殊方法抗浮工程案例
1)利用基础基坑支护进行抗浮设计。地下结构的施工通常需要开挖较深的基坑，在无法放坡开挖的情况下,往往需要进行基坑支护。基坑支护常常采用挡土挡水结构,有桩基础、有土钉墙;形成了很强的挡墙,通常作为施工阶段一次性使用,将基坑支护结构与地下结构结合考虑,用作抗浮经济效益十分可观。广东韶关某冶炼厂污水零排放工程关键项目,10m深的全厂雨水收集池，就是设计时考虑到施工过程必须采用嵌岩排桩基坑支护,利用在排桩中植入抗剪钢筋,并利用嵌岩排桩基坑支护作为污水池侧板外模,把抗剪钢筋与侧板浇为一体,通过抗浮验算,完全满足抗浮要求,节省了巨额的配重抗浮费用。工程已经投入使用6年,安全可靠。
2)利用施工过程形成的隔水层进行抗浮。在地下结构基坑回填方案和材料会直接影响地下结构的抗浮能力,尤其表现在以隔水层土质如粘性土和粉土为基础底板持力层的地下结构,而且地下潜水位低于基础底板。在地上室外墙与基坑侧壁间采用三、七灰土等不透水材料进行回填,地表排水良好,而且在一定范围内做好隔水层,地下室可不做抗浮设计。否则,同样要考虑上层滞水浮力作用。江西德兴某矿山的原料库为地下结构,地上有钢结构顶盖,建设在半山腰上,原料库的底板大大高于地下水位,并全部在挖方区。设计未考虑抗浮设计，施工过程中，在底板、侧板施工完成后,施工方未按设计回填不透水材料,恰逢大雨,山上的雨水涌入施工场地,造成地板和侧板开裂漏水。通过现场查勘分析,上层滞水浮力作用是破坏结构的主要原因,混凝土浇筑质量是次要原因。因此，采用在侧板四周进行注水泥浆形成不透水层施工，地表一定范围内进行硬化,并做截水沟进行处理,处理后效果良好。
抗浮设计论文篇2
引言：随着我国城市化进程的不断深入，城市建筑在向高层发展的同时，地下空间的利用已经成为了一种趋势。地下建筑设计中最重要的核心问题就是抗浮设计，其关键是以抗浮设计水位的确定和抗拔桩的合理设计方法为主。
本文在水浮力分类计算方法的基础上，提出了通过对含水地层的不同分布，对地下水赋存状态的不同情况与产生地下水位的不同，有针对性地选取合理的抗浮水位；并根据水位变化的范围来考虑桩基础的抗拔与抗压受力性状的变化，以此提出抗拔桩的合理设计方法。
一、抗浮设防水位的确定方法
1.对抗浮设防水位认识的现状
现有的岩土工程勘察报告只提及最高水位及常年平均水位。因此，设计人员出于安全考虑，通常以最高水位作为设计水位。但以勘察报告提及的最高水位作为设计水位显然缺乏合理性和经济性。
其实，地下水位包括历年最高水位、最低水位、静止水位、稳定水位等，它是随季节或补给条件而变化的。地下水位变化是一个随机过程，受人为因素和自然因素影响很大，因此，确定合理的抗浮水位十分困难，取历史最高水位明显是不合理的。
合理的确定方法应该是，在结构设计基准周期内(包括施工期)，对多层地下含水层的水位进行测量，确定各含水层的赋存状态和地下水位，在此基础上确定抗浮水位。
2.地下水的类型
根据赋存状态，一般将地下水划分为上层滞水，潜水和承压水。
(1)上层滞水：是指埋藏在地表浅处，且具有自由水面的地下水。它的分布范围有限，其来源主要是由大气降水补给。
(2)潜水：是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，具有自由水面的地下水。潜水直接受雨水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄。
(3)承压水：是指埋藏在上下两个隔水层之问的地下水。承压水主要是依靠大气降水与河湖水通过潜水补给的。
3.地下室埋深与含(隔)水层的几种关系
就抗浮设计而言，抗浮设防水位确定与地下水位的类型以及建筑物所处位置都有关系一个共同的特点就是，对地下室的浮力作用取决于地下室底板直接持力含(隔)水层的类型及地下水位(水头)值，设计水位的确定是需要全面了解地下水各含水层状况。按照岩土工程勘察规范 强制性条文要求：“对多层含水层的水位测量，应采取止水措施，将被测含水层与其他含水层隔开”。因此，在进行岩土工程勘察时，对于地下建筑一定要按要求，根据地下室的埋深及所在地层，分层测量含水层的地下水位，为抗浮设计提供可靠的依据，做到安全指标和经济指标的统一。
二、浮力的合理计算
浮力的计算原理。基本原理是根据阿基米德定律：浮力等于它所排开水体体积之重量，即 式中p为单位面积水浮力；A为物体底面积；为水容重；h为物体在水中的高度。水浮力的实用计算方法这里就不做具体阐述。
三、考虑水位变化幅度对桩基设计的影响
1.水位变化幅度
当地下室底板处于上层滞水或潜水层中时，由于其受大气降水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄。因此，其水位的变化直接受气候条件变化影响。
针对此情况，勘察部门应该对拟建场地进行较长期的跟踪观测和水文地质勘察，在此周期内给出历年的最高最低水位，为设计人员提供合理的抗浮设计水位的变化范围作为设计依据。
2.抗拔桩与抗压桩的关系
由于抗拔桩与抗压桩的工作机理不同，所以其受力模型不同。随着地下建筑受力状态变化，桩的受力性状也会出现变化，而这种桩受力模型的改变正是由于地下水位的变化而造成。
例如，当单建式地下室埋深较浅、地下水位又较高且变化幅度范围大时，考虑上部覆土等的较大恒载及上部消防车等的较大活载，由于水位变化，荷载组合形式不同，会出现抗拔桩转换成抗压桩的情况。
因此，需要就两种情况进行分类讨论，设计人员往往会忽略这个问题。对各工况下的荷载也没有统一、较合理的荷载组合方法。
下面将着重讨论一种考虑水位变化的桩基设计方法。
3.考虑水位变化的抗拔桩设计
计算步骤
(1)抗浮状态下设计。 ①浮力计算：根据地下室底板直接持力含(隔)水层的类型及地下最高水位(水头)值选取合适的浮力计算模型，确定产生最大水浮力的设计水位，并按照本文前述方法完成对水浮力的计算；②荷载组合恒载：地下室顶板覆土，结构自重；活载：车库内车辆，地下室顶板处车辆(消防车)；水浮力：在抗浮设计状态下，应取最大水浮力，并在设计中作为活载考虑。 根据建筑结构荷载规范GB5009-2001，对活载仅考虑其对结构的不利效应，分项系数取1．4。恒载其效应对结构有利时的分项系数取0．9，不利时的分项系数取1．35。
综上，抗拔桩设计公式为式中，K为安全系数，通常取结构的重要性系数。以此求出抗拔桩总承载力设计值；③桩长与桩数的确定，桩长确定应分两种情况讨论：当结构在任何情况下，桩基都是处于抗拔状态时，桩长仅根据单桩抗拔承载力的需要选取；当结构可能出现随水位变化，桩基由抗拔桩转变成抗压桩时，桩长需要根据抗压桩的需要选取合适的持力层，以此确定桩长。
在此基础上，综合各条件确定了桩长和桩径后，通过计算可得单桩抗拔承载力。则
(2)结果。选取抗浮设计总桩数与抗压设计总桩数的较大值作为设计总桩数的依据。
四、结论
在上述研究中，可得到如下结论：
(1)地下水浮力计算应该针对不同的含水层类型区别对待。浮力计算的关键是抗浮设计水位和赋存状态的确定。设计人员在进行浮力计算时，应根据地下室的埋藏深度及所在地层正确选择抗浮设计水位及计算模型。
(2)抗浮桩的设计应该考虑抗浮及抗压两种情况下的最不利组合，包括水位变化产生的最高最低水位，以及相应的最不利荷载组合。这样才能够使结构在抗浮、抗压两种状态下都保证安全。
参考文献
抗浮设计论文篇3
1 抗浮设计方法
1． 1 抗浮计算公式
在国家新规范GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范，以下简称《基础规范》颁布以前，广东、北京、上海等地方标准对抗浮设计的公式都做了不同的规定，归纳起来它们之间的不同在于安全系数的取值略有不同。新《基础规范》第3．0．2 条6 款规定: 建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算; 第3．0．4 条6 款规定: 当工程需要时应提供用于计算地下水位浮力的设防水位; 第5．4．3 条1 款给出了计算公式:
GK /NW，K≥KW
其中，KW为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1．05; 第5．4．3 条2 款规定: 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。至此，国家规范第一次较为明确的对抗浮计算给出了具体要求，设计人员据此进行抗浮设计。
1． 2 抗浮验算内容
虽然抗浮计算公式比较直观和简单，但是结构设计人员必须具备一定的基本概念，并且应明确哪些类型的工程需要进行抗浮设计，并且知道怎样进行抗浮验算，下文就讨论此问题。
1． 2． 1 整体抗浮验算
当建筑物的自重小于水的浮力时，建筑物处于不稳定状态，需要采取相应的抗浮措施并进行抗浮整体性验算以保持建筑的稳定性。在地下水位较高的地区，城市中的集中绿地或广场之间设置的单建式地下车库; 全埋于地下的水池、泵房等市政工程构筑物; 地下室层数较多而地面上层数较少的建筑，在这些情况下整体抗浮稳定性往往不满足要求。配重法( 通过增加结构的自重来抵御水浮力的作用) 简单、可靠也相对比较经济，可以在建筑物地下室或地下构筑物的底板、顶板用土、砂、石、混凝土( 包括钢渣混凝土重度30 kN/m3 ) 等材料压实回填。建筑物自重与浮力相差不大时，用配重法比较合理，相差较大时会使工程造价提高，这时采用抗拔桩和抗浮锚杆比较合理。抗拔桩多结合工程桩基而采用，单纯使用抗拔桩工程造价也往往比较高。抗浮锚杆由于造价低廉、施工方便、能够与结构的应力与变形相协调等优点在许多工程得到了运用。
1． 2． 2 局部抗浮验算
在工程实践中我们还会遇到由于上部结构荷载分布不均匀而导致的局部抗浮力不足的情况。比如现在常见的高层主楼和裙房或地下室车库基础之间不设沉降缝的工程，由于高层主楼荷载大，该范围的整体抗浮能力比较高，但是在裙房或者地下室车库范围内的抗浮能力就比较弱。有些设计人员只计算上部结构的总重量标准值大于总的水浮力就认为抗浮满足设计要求，没有考虑上部结构荷载分布的不均匀，忽略了局部抗浮验算，有可能会发生底板隆起、开裂甚至地下室及上部结构的局部范围出现破坏。局部抗浮验算不满足时，可采用提高基础刚度、配重法或抗浮桩、抗浮锚杆等措施解决抗浮稳定性问题，也可以通过几种手段联合使用达到较好的抗浮效果。局部区域建筑物自重与浮力相差不大时，通过增加基础刚度和增加配重法比较合理; 局部区域建筑物自重与浮力相差较大时，采用抗浮锚杆比较经济合理;当同时考虑其他因素，基础方案已经采用桩基时，才用抗拔桩也是比较合理的。
1． 2． 3 施工阶段抗浮验算
《建筑工程设计文件编制深度规定》的第4．4．3 条第8 款中，规定了“地下室抗浮( 防水) 设计水位及抗浮措施，施工期间的降水要求及终止降水的条件等”，因此除了进行整体和局部抗浮验算外，设计人员还应该对施工阶段的抗浮稳定性问题进行考虑，必要时应在施工图中对“施工期间的降水要求及终止降水的条件”做出明确要求。一般的来讲，在施工荷载的自重小于水浮力的阶段，通过施工期间的降水就能解决抗浮稳定性问题。需要指出一点: 对于主楼、裙楼及地下车库连成一体的工程，通过后浇带解决温度问题或差异沉降问题时，施工时应对后浇带采取超前止水措施( 详见GB 50108-2008 地下工程防水技术规范第5．2．14条) ，以避免当施工荷载的自重增加到满足施工阶段抗浮要求时由于后浇带的存在而不能停止降水的情况发生。还有，当地下室基坑的地基为不透水的土层、基坑侧壁又支护严密，地表水对基坑实施倒灌，引起地下室结构的抗浮。我国多数城市都发生过下暴雨时的地表水对深基坑的倒灌，这种问题也应引起足够的重视。
除此之外，无论何种措施都应考虑地下水浮力对地下室底板的作用，保证地下室底板构件在地下水作用下具有足够的强度和刚度，并满足构件的抗裂或裂缝宽度的控制要求。
2 抗浮验算中几个参数的探讨
2． 1 抗浮设防水位的确定
抗浮设防水位的确定是一个十分复杂的问题，它涉及到场地地形、区域水文地质等因素。在实际中有些勘察报告提出的地下室的抗浮设防水位并不严谨，鉴于抗浮设防水位是地下室抗浮设计中一个决定性的参数，所以需要设计人员对抗浮设防水位的确定方法有一定的了解。目前业界普遍认同JGJ 72-2004 高层建筑岩土工程勘察规范第8．6．2 条的方法确定抗浮设防水位。
1) 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; 当无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高水位并结合地形地貌、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度的最高水位确定。
2． 2 抗浮构件的布置方法
2．2．1 抗浮锚杆布置
抗浮锚杆的布置总结起来有三种布置方式:
1) 集中点状布置，一般布置在柱下;
2) 集中线状布置，布置于地下室底板梁下;
3) 面状均匀布置，在地下室底板下均匀布置。
2．2．2 抗拔桩的布置
抗浮设计论文篇4
抗浮设防水位是指基础砌置深度内起主导作用的地下水层在建筑物运营期间的最高水位。 抗浮设防水位是工程结构设计，尤其是纯车库或地下广场式结构设计的一项重要参数，通常由勘察单位在详勘报告中予以明确。但是在实际操作过程中，由于各勘察单位的工程经验不一，同时受勘探资料的数量及准确性的影响，在相邻场地上各单位提供的抗浮设防水位有时可能差别较大。
而抗浮设防水位对工程的安全性、经济性均会产生比较大的影响，所以我们在设计管理工作中应充分认识、理解抗浮设防水位的概念。下面以千佛山大厦工程抗浮设防水位的确定过程为例，阐述一下抗浮设防水位的确定原则及途径，希望对其它项目的类似工程能有所帮助。
需要考虑抗浮的情况
对于高层建筑的地下室，在建成之后的使用阶段，一般抗浮是没有问题的。在地下室的施工阶段，当地下室的侧墙已经施工完毕，如果场地没有采取降水措施或者已经停止了降水，即浮力就已经产生，这时如果荷载由于过小的话将是相当危险的，但如果高层建筑采取了桩基，桩基本身是能够承受拉力的，如果这时桩基能起作用，也是没有问题的。
抗浮问题比较严重的是纯地下车库或地下广场式建筑，上面没有楼房，一般只覆盖了些土做绿化，这种情况在工程的使用期间的抗浮验算一般是通不过的，这时就应考虑抗浮设防需要抗浮桩或抗浮锚杆。如果使用期间的抗浮验算没有问题，不需要采取抗浮措施，但是，一定要注意施工期间的验算，也就是当地下室的侧墙已经做好，顶板和上部荷载尚未完全施加时，千万不能因为施工已不再需要降水而将其停了，如果停了肯定要浮起来。
很多高层建筑的基础埋深超过10m，甚至超过20m，高层建筑的基础埋置超深或较深时，一般都有地下室抗浮问题，尤其是施工期间地下室刚做好而上部建筑还未施工时，如果遇暴雨，常发生地下室上浮等问题。地下室上浮是非常严重的工程事故，上浮时地下室可能开裂，而且产生倾斜，最终将报废等。
二、千佛山大厦工程简介
该工程位于历下区文化西路15号，南邻文化西路，西侧为佛山街，东侧为普利海辰大厦，北侧为小南营街。规划用地8553.8平方米，建筑面积63887.09平方米，其中地下建筑面积23641.87㎡平方米。地下4层，功能为车库，基底绝对标高为34.8米；地上12层，功能为商业、餐饮及写字楼。本工程的主楼部分自重足以抵消地下水浮力，不考虑抗浮问题，抗浮设计主要考虑主楼以外的纯车库部分。
为就解决主楼以外的地下车库部分的抗浮问题,该部分建筑地基需要采取抗浮措施的要求(如设置抗浮锚杆或采用高密度砼配重),因而给基础造价、施工难度和施工工期带来不少问题。需要不需要打抗浮锚杆或采用高密度砼配重呢，打多少抗浮锚杆或配置多少高密度砼配重，关键要看抗浮设防水位的高低。根据有关规范规定，确定抗浮设防水位，一般勘察单位按照该场地历年地下水最高水位和场地近3～5年地下水最高水位确定,但规范没有明确如何确定和如何利用这一水位。常使一些对水文地质条件不太熟悉的设计人员，简单地把近3～5年地下水位高程与建筑物地基底板高程之差作为抗浮水头设计，这样的计算方法，常得到过大的基底地下水浮力，从而被迫做出各种抗浮措施设计。
三、抗浮设防水位的确定
为避免地下水的浮力影响建筑物，确保基础正常使用功能和上部结构整体稳定性，同时避免工程造价的增加、施工工期的延长、施工难度的增大，合理地确定抗浮设防水位尤其重要。
（一）确定原则
1、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第7.1. 3条：
对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察。
2、《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）第8.6.2条规定：
（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；无长期观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位，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，应实测地下水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响。
3、《全国民用建筑工程设计技术措施（地基与基础）》（2009年版）第7.1.4条规定：
抗浮设防水位参照如下情况综合考虑：
（1）设计基准期内抗浮设防水位应根据长期水文观测资料确定；
（2）无长期水文观测资料时，可采用丰水期最高稳定水位（不含上层滞水），或按勘察期间实测最高水位结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；
（3）场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水位并考虑其对抗浮设防水位的影响；
（4）在填海造陆区，宜取海水最高潮水位；
（5）在大面积填土面高于原有地面时，应按填土完成后的地下水位变化考虑；
（6）对一、二级阶地，可按勘察期间实测平均水位增加1～3米；对台地可按勘察期间实测平均水位增加2～4米；雨季勘察时取小值，旱季勘察时取大值。
（二）地下抗浮水位的确定
1、当有长期水位观测资料时，抗浮设防水位可根据该层地下水实测最高水位和建筑物运营期间地下水的变化来确定；无长期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地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；在南方滨海和滨江地区，抗浮设防水位可取室外地坪标高。
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。
(三)需要掌握的资料
1、场地区域的气象资料、工程地质和水文地质背景；
2、地下水的补给与排泄关系、赋存状态与渗流规律；
3、地下水位的长期观测资料；
4、从长期观测资料与地下水补给、排泄关系分析得到的影响地下水位的主要因素。
（四）地下水位的影响因素
1、需预测的地下含水层的水位与大气降水入渗的关系；
2、城市规划中地下水的开采量变化对该地下水的影响；
3、建筑物周围的环境与周围水系的联系；
4、其它各层地下水与其补给排泄的影响。
四、抗浮设防水位的确定途径
本工程详勘工作由山东省地矿工程勘察院承担，其在详勘报告中明确本工程的抗浮设防水位为44.5米。建筑设计单位山东省城建设计院即按照此水位进行结构计算，计算的结果是纯车库部分自重不足以抵消地下水浮力，需要设置抗浮锚杆或采用高密度砼配重。需要增加费用约200万，增加工期约1个月。为节约投资及工期，开始考虑降低抗浮设计水位的可能性及途径。
经对详勘报告进行详细分析，并对周边工程的抗浮设计水位进行调研，发现存在如下问题：
1、详勘报告中所描述的第四系孔隙潜水径流趋势与周边区域内地下水流场径流趋势不符。周边区域内径流方向为自东南至西北方向，但场地内水位的最高点在西北侧，低点在东南方向，径流方向呈现自西北至东南方向。
2、场地东侧紧邻普利海辰大厦，经调研海辰大厦勘察报告，场地内未见孔隙潜水水位。
3、经调查周边环境，发现在场地西北侧紧邻场地红线处，有一废弃的暖气沟，沟内常年积水，深度在4米左右。并且在此部位的支护桩施工过程中，有两颗支护桩在灌注过程中出现异常水量增大的情况。
综合以上情况，高度怀疑西北侧勘察孔的水位偏高是受暖气沟内积水影响。若此影响消除，则可适当降低抗浮设防水位。出现此问题后，与勘察单位沟通，可否结合现场实际情况调整抗浮设计水位数值。勘察单位答复数值不能修改。遂与业主沟通确定，委托济南市勘察测绘研究院组织实施专项水文地质勘察。市勘院经过充分的调查取证，形成了《千佛山大厦水文地质调查与抗浮设防水位咨询报告》，报告查阅了自1962年开始记录的历年的降雨量、蒸发量、场地周边300米范围内13个项目的工程地质勘察报告、场地周边1978、2012年版1:500地形图，再次基础上对西北侧积水对抗浮水位的影响进行了详细论证。得出了以下结论：
1、场地内含水层为：第四系孔隙含水层、风化闪长岩裂隙含水层、石灰岩裂隙岩溶含水层。第四系孔隙水补给风化闪长岩裂隙水，且水力联系密切，石灰岩裂隙岩溶承压水多年水头低于本工程基底设计标高，本场地抗浮设防水位标高可不考虑风化闪长岩裂隙水、石灰岩裂隙岩溶承压水的影响。
2、场地内第四系孔隙水为潜水类型，主要赋存于场地上部粘性土及其下部碎石层、砾岩层内。其地层的渗透性较弱，富水性差；上游迳流补给区短，地下水位季节性变化幅度大。
3、场地内地下水补给主要为大气降水补给，同时受场地北侧暗埋暖气管沟与污水管道渗漏补给影响，导致场地地下水位北高南低，与区域地下水流场迳流趋势存在异常。
4、场地地下水主要以大气蒸发与补给风化闪长岩裂隙含水层形式排泄。
5、岩土工程勘察期间实测场地最高稳定水位42.49米，基坑降水前期地下水位监测实测2012年丰水期最高水位为43.00米。
6、结合场地区域地形地貌特征、场地内第四系孔隙潜水补给、排泄特点及各工程项目实测最高稳定水位、及场地内勘察时期实测最高稳定水位、水位监测阶段丰水期最高水位综合考虑，建议建筑场地内地下室抗浮设防水位为43.50米。
抗浮设计论文篇5
随着城市化进程的加快，城市建设用地相对紧张，为了满足需要，地下车库、地下室的开发和利用越来越多。地下室等地下建筑不得不面临的问题，就是地下结构物的防水与抗浮问题。抗浮设计关系到地下室工程的质量和造价，抗浮设计的重点就是设防水位的确定。所谓抗浮设防水位就是指地下室抗浮评价计算所需的、保证设防安全和经济合理的地下水位。但影响设防水位的因素很多，加之目前针对这方面的研究并不多，因此，对于抗浮设防水位的确定还存在着很多争议和不足。
1 问题的提出
地下室等地下建筑设计的关键就是抗浮问题，核心内容无外乎抗浮设计水位的确定和结构托浮力的计算。抗浮设计水位取值过高，势必要增加结构自重或抗拔桩等复杂的抗浮措施，造成浪费。抗浮设计水位确定过低，修建或使用期间遇到地下水位上升，则会造成结构开裂、渗水，甚至失效浮起，国内此类安全事故已发生多起。
现行的有关规范对抗浮设计均有说明，但均不具体。《高层建筑岩土工程勘察规程》8.6节中规定:“根据地下水类型、各层地下水位及其变化幅度和地下水补给、排泄条件等因素，对抗浮设防水位进行评价，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、排泄等因素综合确定。”《岩土工程勘察规范》7.3节中规定:“对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮作用，原则上按设计水位计算浮力，对节理不发育的岩石和粘土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定。”可见，规范要求对结构物进行抗浮验算，但具体方法没有明确。现有的岩土工程勘察报告也是只提及最高水位及常年平均水位，常使一些对水文地质条件不太熟悉的设计人员出于安全的考虑简单地以最高水位作为设计水位，这种简单的设计方法显然缺乏合理性和经济性，因此探讨该问题很有必要。
2 抗浮设防水位确定方法
2.1 设防水位的概念
《高层建筑岩土工程勘察规程》2.1.6给出了抗浮设防水位的概念，即“地下室抗浮评价计算所需的、保证抗浮设防安全和经济合理的场地地下水水位。”设防水位是保证建筑物服役安全，在此期间不致因地下水上升、浮力加大而引起抗浮失效；另外，设防水位是场地水位，从较大范围的整个场地来考虑，而不是以某个单独建筑来考虑。
地下水位是随机变化的，不但与地下水本身天然变幅、地层赋存条件以及气候变化、降水多寡等自然因素有关，而且还受地下水开采、水资源利用、水库蓄洪泄水等人为因素影响，变得十分复杂。因此，抗浮设防水位的确定应根据整个场地的水文地质条件，从地下水的类型、分布、埋藏深度、含水层数目、岩性结构、含水层构造特点以及地下水的补给、排泄条件等方面综合确定。
2.2 准备工作
首先，要了解场地的水文地质条件，搞清地下水的赋存状态。地下水依据赋存状态划分为上层滞水、潜水和承压水。上层滞水存于地表浅处，主要依靠大气降水补给。潜水埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，其补给得益于雨水渗透或河流渗入，排泄依靠大气蒸发或流入河流。承压水埋藏在上下两个隔水层之间的地下水，依靠大气降水与河流湖泊水通过潜水补给的。不同的地下水赋存状态对地下结构的作用效应亦不同。文献认为:滞水是弱透水层上积聚的具有自由水面的重力水，季节性强，通常是暂时性的，不考虑其浮力效应，不作为场地抗浮设防水位。
其次，要了解当前场地含水层的分布、补给、径流、排泄关系及其相互间的影响。通过地质勘察，探明场地地下水类型和分布，了解场地附近地面水体与场地地下水的侧向补给情况，掌握近3～5年内地下水位的年变化幅度。地下水位的动态变化主要受到大气降水与人类活动的影响。有关研究表明，大气降水对年动态变化有较大影响，但不会引起多年的水位升降变化，而人为因素影响剧烈，甚至于改变了各层地下水的赋存关系和渗流状态，对已建工程和拟建工程造成重大影响。
然后，要了解建筑物基底所在含水层层位和标高。结构基底浮力由基础所处的地下水层最高水位标高来控制。弱透水层的存在，改变了地下水的补排关系，形成了各自的赋存和渗流特征。在水力梯度驱动下，不同含水层间会发生越流渗透。由于弱透水层渗透性小，地下水垂直进入该层后水力坡度增大，水头衰减加快。文献介绍了北京某建筑场地现场测试地下水压的实验，经过现场37d的观测，验证了水头在通过弱透水层越流补给过程中发生较大“水头损失”的事实。
当基底位于两个含水层间的弱透水层中某一高程时，要根据上下层地下水最高水位标高，对地下水经过弱透水层渗流哀减后到达基底高程后的水头高程计算，经过哀减后，哪层地下水的水头高，基底的地下水浮力就由哪层地下水的压力决定。
2.3 设防水位的合理确定
抗浮设防水位的确定取决于地下结构基础底板所处土层地下水类型和水头高度，在查询本区域水文地质研究资料和多年水位动态变化统计资料的前提下，需对建筑物施工期及近百年使用期可能产生的最高水位进行合理计算。首先，对地下结构埋深与地下土层的相对关系情况进行分析，无外乎表1所列的几种情况。
表1地下结构与地下水层的相对关系
明确了地下结构物所受上浮力的控制含水层后，下一步需结合该水层补给、排泄条件和年度变化幅度对其后期的最高水位进行预测分析。经研究浅层地下水赋存与渗流特性、水位变化的历史过程和影响因素，开发了地下水位预测预报系统，已经很好地服务于工程建设。目前，我国很多城市还缺乏本地区水文地质系统研究的资料，没有长期观测网络，更没有相应的水文分析预报系统。因此，地下结构物抗浮设防就需结合水文地质条件和工程经验综合确定。目前，应用比较方便的经验公式是:地下水最高水位=勘察期间该层地下水最高水位+该层地下水在相当于勘察时期的年变幅+可能的意外补给造成的该层水位上升值。其中，该层地下水位在相当于勘察时期的年变幅即为:在枯水期勘察加整个年变幅，在丰水期勘察就少加甚至可以不加；意外补给系指非本区大气降水的补给，如水库放水或引水工程等。
3 浮力的实用计算
3.1 浮力计算原理
根据阿基米德定律，浮力等于它所排开水体体积的重量，即
式中:p―单位面积水浮力；
A―物体底面积；
―水容重；
h―物体在水中的高度。
3.2 现场实测法
地下水经过弱透水层渗流，会有一定的水压力衰减，其程度与渗透系数ki和弱透水层厚度mi有关。水头损失， β是一个与土质相关的量。通过现场测试原始水压力或孔隙水压力，绘制勘察深度内的分布曲线，分析推断衰减规律，据此计算基底浮力。
某工程在现场进行了弱透水层的水压力测试，绘制了水压力随深度的变化曲线，如图1所示。
图1某工程实测水压力与理论计算水压力比较
由图1中的结果可以看出，在弱透水层中的水压力要比理论静水压力低很多。因此，利用现场测试水压力结果进行抗浮设计，符合工程实际，相对传统的最高水位设防设计方法要经济得多。
3.3 实用计算方法
在没有现场水压力实测数据资料的情况下，需寻求一种经济稳妥的方法进行抗浮设计。结合表1内容，本文分情况探讨了基础底板水浮力计算方法，其模型和公式列于表2中。
表2建筑基础砌筑在不同土层时的水浮力模型
4 工程实例
4.1 工程简介
某工程地上5层，地下4层。地勘资料显示该场地有3层地下水:第1层台地潜水:水位标高29.25～35.82m，年变幅2～3m；第2层层间潜水:水位标高21.12～23.40m，年变幅1～2m；第3层承压水:水位标高16.43～19.12m，年变幅4～5m。每层间均有一厚度约5m的弱透水层。建筑物基底高程为19.50m，基底位于层间潜水层中。要求论证建筑物基底地下水浮力和建议抗浮措施。
4.2 设防水位论证
基础底板位于层间潜水中，按照2.3论证该场地层间潜水的最高水位。考虑到勘察期间正值丰水期，地下水位较高，所以，在勘察最高水位的基础上再加少量的年变幅是趋于安全的；为方便计算，并保证经济安全，这里考虑选择半个年变幅。对于本区的可能意外补给，需要考察周边地区水利设施活动对场地地下水的影响。本场地所在区域水位升高近4m。勘察资料显示，层间潜水水位年变幅约为承压水位年变化幅度的一半，那么，人为放水对层间潜水的影响亦按承压水情况的一半考虑，台地潜水不受河流泄水的影响。
场地各层地下水可能的最高水位计算为:
台地潜水:35.82+1/2(2～3)+0=37.32
层间潜水:23.40+1/2(1～2)+2=26.40
承压水层:19.12+1/2(4～5)+4=25.62
由于基底位于层间潜水层中，该工程抗浮设防水位标高按26.40m考虑。
4.3 基底水浮力计算
由地层剖面介绍可知，该工程基础埋深与地下水层关系符合表2中的计算模型m情况。依据提供的相应实用方法进行浮力计算，并依此结果进行结构物的抗浮验算和抗浮措施设计。
p=rw(hz+d)=10@(26.4-19.5)=69kN/m2
5 结论
综上所述，抗浮设防水位的确定关系到建筑物的抗浮安全和造价投资，这就要求在考虑建筑物地下室抗浮时，应根据场地工程地质、区域水文地质、建筑条件和地貌情况综合确定。分析各种因素对抗浮设防水位的影响，采用最合理、科学的确定方法，这样才能使得抗浮设计既经济又安全。
抗浮设计论文篇6
0引言
随着我国经济的快速发展和城市建设进程加快，工程建设的规模越来越大，而城市建设用地越发显得紧张，城市地下空间的开发由广度向深度发展。大体量的地下商业街、地下车库、地下车站、地下管廊等地下结构的基础越来越深，随之而来的就是地下水浮力对地下结构的影响日益突出。当出现暴雨或沿海地区潮汐作用使地下水位大幅上升时，可能引起地下结构抗浮力不足，导致地下结构的失稳或倾斜。这对会工程造成巨大的经济损失。抗浮问题也已经引起工程界的广泛关注，目前现行的建筑结构及地基设计规范已明确要求，应对地下结构进行抗浮稳定性验算。不同的规范也提出了抗浮稳定性计算的表达式，但表达式的形式也不尽相同，且抗浮稳定性验算的计算方法、计算原则也并未明确，工程实践中对规范的理解也因人而已。因此本文通过对现行的建筑结构设计规范和地基基础设计规范等相关规范对比分析，对抗浮稳定性验算的计算方法、荷载（作用）组合及荷载设计值、荷载（作用）分项系数等方面进行分析和探讨，为地下结构工程抗浮设计提供参考。
1规范对抗浮稳定性验算的规定
1.1《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
鉴于地下工程一般为混凝土结构，按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1](以下简称为《混凝土规范》GB50010)第3.3.1条的规定，混凝土结构的承载能力极限状态计算包括了结构的倾覆、滑移、漂浮验算，结构构件承载能力极限状态设计表达式：
(1)
式中：为结构重要性系数，为承载能力极限状态下作用的效应设计值（对持久设计状态和短暂设计状态应按作用的基本组合计算），为结构构件的抗力设计值。
1.2《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012[2] (以下简称为《荷载规范》GB50009)第3.2.2、3.2.3和3.2.4条的规定，采用基本组合对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时，荷载的分项系数应满足有关的建筑结构设计规范的规定。目前随着规范的修订和更新，虽然各结构标准已广泛采用分项系数表达方式，但对永久荷载分项系数的取值，如地下水荷载的分项系数，各地方有差异，目前还不能采用统一的系数。对基本组合中永久荷载效应在结构漂浮稳定性验算时，一般永久荷载效应对结构是有利的，因此《荷载规范》提出了对永久荷载分项系数在其他结构设计规范中没有具体规定时，应按工程经验采用不大于1.0的值。
1.3《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011[3] (以下简称为《地基基础规范》GB50007)第3.0.5条第3款对基础抗浮稳定验算也提出了规定，计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。
同时规范中第第5.4.3条第3款规定：对于简单的浮力作用情况，基础抗浮稳定性应符合下式要求：
(2)
式(2)中：为建筑物自重及压重之和（kN）；为浮力作用值（kN）；为抗浮稳定安全系数，一般取1.05。
1.4上海市规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010
上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）[4]中第12.1.4条规定：地下结构的抗浮验算采用以分项系数表达的极限状态设计法，作用效应采用基本组合，但分项系数均为1.0。
同时该规范中第12.3.2条明确给出了明挖法地下建筑物采用自重或桩基抗浮的地下结构抗浮稳定验算公式，具体公式如下：
(3)
(4)
式(3)、(4)中：为浮力设计值（kN）；为地下建筑物自重标准值及其上作用的永久荷载标准值之和（kN），不包括可变荷载；为自重抗浮分项系数，可取1.05～1.1，当仅采用自重进行抗浮时，不宜小于1.1；为抗拔桩数；为单桩抗拔承载力设计值（kN），应按7.2.9条确定；为浮力作用分项系数，取1.0；为水的重度（kN/m3），可按10 kN/m3采用；为地下建筑物排开水的体积（m3）。
1.5广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）
《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）[5]对地下室抗浮稳定性给出了明确的规定，地下室抗浮稳定性验算应满足下式的要求：
(5)
式(5)中：为地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；为地下水浮力，水浮力不需考虑荷载分项系数，即为标准值。
1.6北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501-2009）
北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501-2009）[6]8.8节抗浮设计中给出了建筑物基础的抗浮验算公式：
(6)
当抗浮不满足表达式(6)时，抗浮构件按表达式(7)进行计算：
(7)
式(6)、(7)中：为地下水浮力标准值；为建筑物自重及压重之和；为永久荷载的影响系数，取0.9～1.0；为抗拔构件提供的抗拔承载力标准值。
1.7《地铁设计规范》GB50157-2003
《地铁设计规范》GB50157-2003[7]第10.5.2条中明确的提出明挖结构根据地质、埋深、施工方法等条件，必要时应进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算。对地下结构水浮力的取值原则以及抗浮力给出了较为明确的规定，水浮力取值：①对于渗透系数较小的粘性地层中的地下结构，可结合当地工程经验，对浮力作适当折减或把地下结构底板以下的粘性土层作为压重考虑；②对于砂性土层中的地下结构，应按全水头确定浮力。
地下结构的抗浮力一般有自重、内部静荷载及上部的有效静荷载，也可考虑侧壁与地层之间的摩擦力。同时对抗浮安全系数的选取也进行说明，目前尚无统一规定，结合即将实施2013版《地铁设计规范》，不计地层侧壁摩阻力时不应小于1.05；当计及地层侧摩阻力时，根据不同地区的地质和水文地质条件，可采用1.10～1.15的抗浮安全系数。
2 不同规范抗浮验算对比分析
通过查阅与地下结构相关设计规范，针对现行不同设计规范对抗浮稳定验算的有关规定进行整理分析。根据《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2008和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001中对极限状态法、单一安全系数法等设计方法和作用（荷载）组合、作用（荷载）设计值的定义和划分，对抗浮稳定验算的设计计算方法、作用（荷载）组合、作用（荷载）设计值和荷载组合分项系数等方面进行了分析对比，具体如下：
（1）《混凝土规范》GB50010规定了混凝土结构漂浮验算时，采用承载能力极限状态下作用的效应设计值采用基本组合，给出了基于承载力极限状态设计法的抗浮验算的广义表达式。
（2）《荷载规范》GB50009提出了基于承载力极限状态设计法的结构漂浮验算时采用基本组合，规定了基本组合下永久荷载、可变荷载的分项系数取值原则及取值范围，但尚未明确水浮力属于永久荷载还是可变荷载。
（3）《地基基础规范》GB50007明确规定了基础抗浮稳定验算时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。同时提出了简单浮力作用下基础抗浮稳定性的计算公式，明确了抗浮稳定安全系数取值，抗浮验算计算公式与地基稳定性的计算公式形式相同，但浮力和自重作用值为基本组合下的荷载设计值，单一安全系数法采用的是抗力和作用标准值，不符合单一安全系数法的界定，因此仅从计算公式形式上划分为类似单一安全系数法。
（4）上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）也明确规定了地下建筑物抗浮验算采用以分项系数表达的极限状态设计法，作用效应采用基本组合，但分项系数均为1.0。同时也提出了明挖法地下建筑物基于极限状态设计法的抗浮稳定性的详细计算公式，浮力和抗浮力作用值为基本组合下的荷载设计值，明确了抗浮力和浮力的荷载组合的分项系数。该规范中的抗浮验算设计规定是现行规范中唯一与《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153、《荷载规范》GB50009等规范一致，采用以分项系数表达的极限状态设计法。
（5）广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）规定了地下室抗浮稳定性计算公式，浮力和抗浮力采用荷载标准值。从抗浮稳定性计算公式形式，可界定为单一安全系数法。
（6）北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501-2009）提出了建筑物地基的抗浮验算计算公式，计算公式中水浮力和抗浮力采用标准值，规定了抗浮力中建筑物自重及压重等永久荷载的影响系数取值范围。抗浮验算计算方法可界定为基于以分项系数表达的极限状态设计法。
（7）《地铁设计规范》GB50157-2003规定了明挖法结构根据地质、埋深、施工方法等条件，必要时应进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算。仅对浮力和抗浮力的取值计算原则进行说明，并未明确浮力、抗浮力的采用标准组合值，还是基本组合值。同时该还给出抗浮安全系数的取值，但未明确采用何种计算方法。由于仅给出抗浮安全系数，结合工程设计人员理解和应用，笔者在此暂推断为单一安全系数法。
通过对各个规范中对抗浮稳定性规定的对比分析和理解，通过各规范中对抗浮稳定验算的设计计算方法、作用（荷载）组合、作用（荷载）设计值和荷载组合分项系数等方面的分析解读，整理结果详见表1。
表1不同规范抗浮稳定验算计算的对比分析
项目
规范 验算公式 作用（荷载）组合 作用（荷载）的设计值 荷载组合分项系数 抗浮验算设计方法
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 基本组合 效应或抗力设计值 基于概率理论，以分项系数表达的极限状态设计法
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 ￣ 基本组合 荷载设计值 永久荷载在其他结构设计规范中没有具体规定时，应按工程经验采用不大于1.0的值。
上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010
基本组合 荷载设计值 自重抗浮分项系数可取1.05～1.1，当仅采用自重进行抗浮时，不宜小于1.1；水浮力作用分项系数取1.0；
北京市标准《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》DBJ 11-501-2009
￣ 荷载标准值 永久荷载的影响系数，取0.9～1.0 极限状态设计法
国标《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 基本组合 荷载设计值 荷载分项系数均为1.0，抗浮稳定安全系数一般取1.05 类似单一安全系数法
广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003 ￣ 荷载标准值 ￣ 单一安全系数法
《地铁设计规范》GB50157-2003 ￣ ￣ ￣ 抗浮安全系数不计侧壁摩阻力时不小于1.05，考虑侧壁摩阻力时不小于1.15 单一安全系数法
注：表中单元格显示为“￣”，则认为规范未说明。
通过表中所列几种规范的对比，目前结构和地基抗浮稳定性验算的计算方法有两种：概率极限状态设计法和单一安全系数法。概率极限状态设计法是建立在以往大量的统计数据为基础上，是目前工程结构设计常用的设计方法，同时也是《工程结构可靠性设计统一标准》推荐的设计方法。单一安全系数法是根据可靠的工程经验或必要的试验研究得出的，是相对比较传统的一种稳定性计算方法。目前在基坑的稳定性验算中应用广泛。
鉴于目前《混凝土结构设计规范》和《建筑荷载》均是采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法，建议对地下结构的抗浮稳定性验算也从规范上统一采用概率极限状态设计法，避免规范采用不同计算方法，给工程设计人员带来不必要的误导。当然也不是机械的将结构构件设计的方法照搬到结构的抗浮稳定性验算设计中，简单的采用相同的荷载组合和相同的荷载系数，这样表面上是统一了设计方法，但实际上不正确的。地下结构的抗浮稳定性验算从规范上统一采用概率极限状态设计法，还需要工程科研和设计人员付出更多的努力，在工程实践中进行相关的监测，以便收集相关统计数据，为采用概率极限状态设计法奠定基础。
鉴于目前上海市工程建设规范《地基基础设计规范》中已明确提出了地下建筑物抗浮稳定性验算以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计法的计算公式，在其它规范或地方标准中未明确给出地下结构抗浮稳定性验算计算方法和公式时，可采用《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010的计算方法和公式。
3结论和建议
综合上述，地下结构抗浮稳定性验算设计方法宜与现行的建筑结构设计规范中结构构件的设计计算方法统一，采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法。在其它规范或地方标准中未明确给出地下结构抗浮稳定性验算计算方法和公式时，建议可采用《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010的计算方法和公式。水浮力和抗浮力采用基本组合，自重荷载的分项系数取1.05～1.1，水浮力作用分项系数取1.0。为地下结构的抗浮稳定性验算提供了参考，能更加明确的对地下结构工程抗浮进行设计，避免出现抗浮问题。
参考文献
中华人民共和国住房和城乡建设部．中华人民共和国国家标准：GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010．
中华人民共和国住房和城乡建设部．中华人民共和国国家标准：GB50009-2012建筑结构荷载规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012．
中华人民共和国住房和城乡建设部．中华人民共和国国家标准：GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．
上海现代建筑设计（集团）有限公司．上海市工程建设规范：DGJ08-11-2010地基基础设计规范[S]．上海，2010．
抗浮设计论文篇7
0引言
近年来，随着社会主义现代化建设的行进，人们对地下空间利用的要求也越来越高，城市地铁的数量也越来越多。地铁穿越城市的地下空间难免会遇到工程地质条件较为恶劣的区域。因此，在结构设计中不可避免地将涉及到地下室的抗浮问题，特别是南方地区雨水较多，地下水位比较高，地下结构的抗浮问题显得尤为重要。本文通过对宁波市轨道交通3号线一期工程KC301标段鄞州大道站的详细勘察和对其场地的天然地基进行了分析与评价。通过这个实例，介绍了地铁车站主体结构设计中需进行的抗浮问题的分析研究。
1工程简介
1.1工程概况
拟建宁波市轨道交通3号线鄞州大道站位于鄞州大道南侧，宁南南路东侧，呈东西方向布置，现状为双向六车道。根据设计提供资料，车站侧墙开洞范围内底板下设置抗拔桩，均为钻孔灌注桩，桩径800mm，有效桩长为坑底以下约30m，按本车站标准段基坑深度约16.71m，端头井处基深度为18.31m，桩长约为地面下47～50m。
1.2场地工程地质条件
1.2.1场区地层、地貌条件
根据本次勘察报告，该地貌类型属于滨海淤积和冲湖积平原，地势开阔较平坦，高程在1.84～4.01m之间。场地上地层分布如下表1所示：
1.2.2场区抗浮问题
场区地下水位埋深浅，勘察期间测得潜水位埋深一般在地面下勘察期间测的各勘探孔潜水位埋深为0.3～3.5m，由于地下工程埋深大，地下水位高，浮力较大，应考虑设抗浮桩。
2抗浮措施选比
当地下结构的自身重量不能抵抗地下水浮力时，地下结构物则会产生上浮，导致结构变形破坏，由此需进行抗浮设计。常用抗浮方法主要包括以下几种。
2.1增加自重法
增加自重法包括顶板压载、基板加载及边墙加载等方法增加地下结构物自身重量，使其自重始终大于地下水对结构物所产生的浮力。这种方法的优点是施工及设计简单，缺点是费用较大。
2.2摩擦抗浮法
土体与地下结构物间存在摩擦力也可以抵抗地下水的浮力。该力的大小依土体的侧压力及各土层的力学性质而定。但是土体侧压力的大小较难确定，所以它的可靠度较低。
2.3抗拔桩加固法
抗拔桩是指抵抗建筑物向上位移的各种桩型的总称。抗拔桩不同于一般的工程抗压桩，它有其自身的独特性能。抗浮桩桩体承受拉力，桩体受力大小随地下水位的变化而变化，二者在受载机理上不同。在实际工程中常用的桩型有预制桩和灌注桩。抗浮桩大多采用人工挖孔灌注桩或机械钻孔灌注桩。
2.4方案比选
拟建车站主体结构基坑埋深较大，车站全长211.7m，标准段基坑宽度19.7m，地下车站地面无构筑物。地铁车站一般靠顶板覆土、结构自重及周边围护结构侧壁摩阻力等来进行抗浮，当上述措施不足以与地下水浮力相抵时，一般考虑设置抗拔桩来进行抗浮。根据1、2号线工程经验，建议鄞州大道站地下2层主体结构基坑采用抗浮桩，桩型宜采用钻孔灌注桩。
3抗浮桩设计分析
抗拔桩是常用的抗浮设计方案，在合适的条件下，抗拔桩一般嵌入坚硬埋藏较浅的基岩中。抗拔桩需要对入岩桩段部分进行灌浆处理。如果上浮土层较厚，桩无法入岩，则只能靠桩侧土的表面摩阻力抗拔。若摩阻力较小，在桩端设置扩大头能较大提高桩的抗拔能力。
3.1抗浮计算方法
3.2抗拔极限承载力计算
根据地基土的岩性特征、埋藏条件及物理力学指标，参照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等，并结合本地区的建筑经验，综合确定各土层的预制桩、钻孔灌注桩的极限侧阻力标准值、抗拔系数、沉井井壁与土体间的摩阻力标准值详见表2。
根据表2中推荐的桩基承载力参数，按照式（1）进行单桩竖向承载力估算（未做尺寸效应系数修正），估算结果详见表3。假设钢筋混凝土重度为25kN/m3。
4结论
本文通过对宁波市轨道交通3号线一期工程KC301标段鄞州大道站的抗浮设计分析研究。得出如下观点。
（1）通过对抗浮设计的讨论分析选择了合理的设计参数，并进一步选出造价较为合理的的抗浮设计方案。（2）在计算抗拔极限承载力时采用最新的桩基设计规范，其结果满足该场区的抗浮需求。（3）在计算过程中由于抗浮研究理论的不成熟，通过经验公式的结果与原位载荷试验结果对比分析，虽然其满足要求但是偏安全。
参考文献
[1]GB50007--2002，《建筑地基基础设计规范》6[S].
[2]应高飞.从工程事故谈地下室抗浮问题[J].福建建筑，2007.1.
抗浮设计论文篇8
建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。基础是建筑物的根本，属于地下隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量直接关系着整个建筑物的安危。因此基础设计的重要性可想而知，其中地下室的抗浮设计更是不容忽视。
2 地下室的抗浮设计分为三种情况
2.1 地下室施工完毕后便停止降水，这时即便地上结构层数较多，但因上部结构还没有施工，地下室的自重无法抵抗地下水的浮力。这种情况下应对地下室进行施工阶段的抗浮验算，并采取相关的抗浮措施。
2.2 下水位较高，且地下室埋深较大、地上结构层数较少。这种情况下，结构的自重无法抵抗地下水的浮力，需对整体结构进行抗浮验算。
2.3 本身的自重可以抵抗地下水的浮力，但是地下室底板也需进行抗浮设计。
3 地下室的抗浮设计水位选取
一般情况下，抗浮设计水位可采用地质勘察报告会所提供的抗浮设防水位。当地勘中没有提供该参数时，抗浮设计水位可综合考虑如下几种情况：
3.1 设计基准期内抗浮设防水位应根据长期水文观测资料确定；
3.2 无长期水文观测资料时，可采用丰水最高稳定水位（不含上层滞水），或按勘察期间实测最高水位并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；
3.3 当平整场地后的场地标高高于原有地面时，应按照整平后场地的情况来确定水位标高。
3.4 对于台地可按照勘察期间的实测平均水位增加2~4m；对于一、二级阶地，可按勘察期间实测平均水位增加1~3m；雨季勘察时取小值，旱季勘察时取大值。
3.5 施工期间的抗浮设防水位可以按照1~2个水文年度的最高水位确定。
4 地下室抗浮验算
在抗浮验算当中，永久荷载的效应对结构是有利的，因此现行的《建筑结构荷载规范》规定荷载分项系数小于1.0，也可以按照安全系数法进行验算：
s——地下水对地下室的浮力标准值；
g——结构自身重量及上部永久荷载标准值之合；
k——抗浮安全系数，可取1.05.
除对地下室进行抗浮验算外，还应对地下室底板进行承载力验算。
5 抗浮措施
5.1 增加自重
当k>1.05时，如果安全系数刚刚超过限值，可以采取增加自重的方法来抗浮要求。
5.2 设置抗拔桩、抗浮锚杆：
这里着重介绍一下抗浮锚杆的布置。抗浮力与水浮力平衡计算可分成两种区域：柱、墙、梁影响区域和纯底板抵抗区域。纯底板抵抗区域的计算方法应是抗浮锚杆设计承载力除以每平方米水浮力（减去每平米底板自重），得到抗浮锚杆的受力面积；而柱、墙、梁影响区域应充分利用上部建筑自重进行抗浮，验算传递的上部建筑自重是否能平衡该区域的水浮力，此外，还应验算在水浮力作用下梁强度和裂缝满足要求。
6 结论
地下室的抗浮设计往往被忽略，而导致的不良后果便是地下室浮起、地下室底板裂缝渗水等等，都是直接影响到结构的正常使用甚至是安全的。因此，地下室的抗浮应引起足够重视。
参考文献:
[1]《全国民用建筑工程设计技术措施—结构（地基与基础）》.北京：中国计划出版社，2010.
抗浮设计论文篇9
一、工程概述
某建筑工程3栋，楼层数28层，设两层地下室，鉴于场地地处沟谷内，周边地下水位较高且向该低洼处渗流补给，抗浮设防水位统一取27．0m，地下水水头差为9．7m，则地下水浮力为97kPa。根据结构自重不同，将场地需采取抗浮措施的区域分为I、Ⅱ两个区，为便于抗浮设计，根据中风化岩体埋深又分为若干个小区，见图l所示。其中场地西北部消防车回车场为I区，结构自重为39kPa，地下水净浮力为58kPa；其余区域为Ⅱ区，结构自重为53．45kPa，地下水净浮力为43．55kPa。因此，需考虑抗浮措施。
图1 地下室抗浮锚杆设计分区图
二、抗浮技术措施的选取及设计
（一）抗浮技术措施选取
抗浮技术措施一般采用降排截水、压重、抗浮桩、抗浮锚杆(索)以及联合措施。该工程抗浮技术措施的选取经历了曲折过程，曾经先后论证了设置排水盲沟+压重方案、人工挖孔桩方案、抗浮锚杆方案，以及人工挖孔桩与抗浮锚杆联合方案。
排水盲沟+压重方案：在地下室周边及底部设置排水盲沟，将地下水向西南角低洼处的市政雨水井中自溢，使地下水位稳定地控制在高程24．0m，然后在纯地下室的顶板上(即广场区)覆土来抗浮。排水盲沟方案在星河丹堤E区F区等项目中有成功采用。但考虑到本工程若采用覆土又需加深地下室埋深，造价将增高，因此该方案被放弃。
人工挖孔桩方案：该地块内的3栋高层建筑物采用人工挖孔桩基础，因此抗浮措施也可采用人工挖孔桩方案。挖孔桩作为抗拔桩，入岩需有一定深度才能保证提供足够的抗拔力，但鉴于本场地基岩埋深起伏大挖孔桩施工需采取爆破措施，经爆破松动的桩周岩体难以提供较高的摩阻力，而且地下水量较大，因此该方案被放弃。
人工挖孔桩+抗浮锚杆联合方案：基本设想是在场地西北部基岩埋深大的区域采用挖孔桩抗浮，其余区域采用抗浮锚杆抗浮。这种联合方案的作用效果很难理论上分析清楚，因此这个方案也被放弃。
经过多次专家论证，最终采取较成熟的抗浮锚杆方案。
（二）抗浮锚杆设计
(1)土层锚杆的加固机理
土层锚杆是一种新型的受拉构件，它把来自外部的荷载，通过拉杆的拉结作用传递到锚固体，再由锚固体将荷载分散到周围稳定土体中去。它一端与结构物或挡土桩联结，另一端锚固在地基的土层中，以承受结构的抗拔水浮力。当它垂直于地面方向，通过锚固体对其周围土的摩擦力，将锚杆所受的抗拔力传递到周围稳定土体中去，便起到土层锚杆的抗浮作用。
(2)抗浮锚杆设计与计算
场地内中风化岩体埋深(从地下室底板底起算)，除场地西北角外一般小于12．0m，特别是场地东南角中风化岩体已出露，因此采用岩石抗浮锚杆，要求锚杆均进入中～微风化岩体中，以利于变形协调。按地区经验，锚固体直径不小于150mm，锚杆抗拔力特征值不小于 400kN，配筋为3根HRB400型直径28mm钢筋点焊成束。纯地下室柱网间距一般为7．9mX7．9m，各柱网内锚杆问距2．0m X 2．0m，两柱间地梁下布设2根锚杆。I区面积11 l1m2，布设222根锚杆；Ⅱ区面积5397m2，布设904根锚杆。
①整体稳定性验算
整体稳定性验算按下式计算：
(1)
式中w——结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和(kN)；
N——锚杆数量
n——锚杆数量；
Nth——单锚抗拔力标准值(kN)；
F——地下水浮力。
对于I区，结构自重总和W为43329kN，地下水浮力F为107767kN，抗浮锚杆提供的总抗拔力为71040kN，则整体稳定性系数为1．06，满足要求。
对于Ⅱ区，结构自重总和W为288469．65kN，地下水浮力F为523509kN，抗浮锚杆提供的总抗拔力为289280kN，则整体稳定性系数为1．10，满足要求。
②裂缝控制验算
关于抗浮锚杆裂缝控制的验算，国标或行标中暂未明确要求。在地方规范中有提及：广东省标准中要求，对锚固杆件应有可靠的防腐措施；对抗拔桩应验算桩身裂缝宽度，其最大裂缝宽度不应超过0．2mm；上海市标准中规定，土锚锚固体根据所处地下介质腐蚀情况，可分别按轴心受拉构件验算其强度及裂缝开展宽度，在一般情况下，永久性锚杆锚固体轴心受拉最大裂缝宽度不超过0．2mm。
因此，按上海市标准计算锚固体最大裂缝宽度为0．1 1mm，满足规定要求。另外，若按“混凝土结构设计规范”，最大裂缝宽度计算值为0．26mm，两者的区别在于计算公式及参数取值略有不同。
③设计原则及设计参数
根据水质分析、土的易溶盐分析报告，场地地层对永久性锚杆无腐蚀性，采用Ⅱ级简单防腐措施。锚杆为全长粘结型砂浆锚杆，灌注 M30水泥砂浆；锚侧土层(含砂粘性土、砾质粘性土、全风化及强风化花岗岩)综合摩阻力特征值大于25kN／m，中～微风化岩体综合摩阻力特征值大于90kN／m，微风化岩体综合摩阻力特征值大于l 50kN／m。锚杆非锚固段长度取2．5m，考虑到基岩裂隙发育且锚侧岩土层厚度变化大，锚杆须锚人中～微风化岩体中。
根据结构设计要求，抗浮锚杆在设计荷载作用下位移量应小于l5mm。锚筋伸入底板中35d(d为锚筋直径)取1．0m。在锚头与底板接合处，待砂浆体凝固后凿一深l50mm槽，填充S 的防水砂浆。
④抗浮锚杆长度分区
场地西北部I1区，含砂粘性土残留厚度0．21～0．26m，砾质粘性土厚4．6～5．3m，全风化岩体厚1．5～2．5 m，强风化岩体厚 1．8～2．2m，中风化岩体厚0．0～0．4m。中风化岩体埋深8．16～10．21m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于3．0m，锚杆长度为12．0m。
抗浮设计论文篇10
Key words: House River Road Court; underground structures; anti-floating anchor
一、引言及工程概况
“府河•路苑”工程聚住宅、商业用房、幼儿园于一体，其中9号楼周边为二层地下室，总面积3287，主体面积1086，周边需进行抗浮锚杆设计地下室面积约2200。±0. 00 为绝对海拔高度508.63m ,抗浮地下水位为绝对海拔高度506.63 m ,基坑计算深度为10. 0m。由于基础为独基＋抗水板, 结构专业在确定抗浮方案时，经常选择抗浮锚杆做为抵消地下水浮力的方案，而不是抗浮桩方案，因为选择抗浮锚杆方案造价相对便宜，施工也方便。因此采用抗浮锚杆进行抗浮设计是最为合适的。根据工程地质勘察报告提供的断层剖面,与地下室抗浮设计有关的土层及相关指标如下:
③稍密卵石层:土层与锚杆的摩阻力qsk =90 kPa , ④中密卵石层: qsk = 110 kPa ,⑤密实卵石层: qsk = 130 kPa。
二、设计理论
1.浮力的计算
理论上以基底的孔隙水压力作为抗浮水位标高是科学的,因为基底的孔隙水压力与水位高低有关,还与水在土体中的连通与渗透条件有关;而且真正处于静止状态的地下水是很少的,水在土体中多表现为流动状态。但是为了简化计算,还是采用长期稳定水位或实测稳定最高水位进行抗浮设计,浮力还是按照静力计算,计算如式(1) 所示:
F浮= PA =ρg hA(1)
式中:ρ为水密度; g 为重力加速度; h 为计算深度,即地下水位到基底的高度; A 为基底面积。
2.单锚极限承载力及锚杆根数确定
(1) 单根锚杆抗拔极限承载力标准值Uk
Uk = Σλiqsik ui l i(2)
式中:λi 为摩阻力折减系数; qsik 为第i 土层与锚杆的摩阻力; ui 为锚杆横截面周长; li 为锚杆进入第i 土层的深度。
(2) 锚杆自身抗拉强度极限值Uq
锚杆采用二次注浆工艺,近似认为水泥浆和钢筋结合为一个整体,且以钢筋的屈服作为整个材料的破坏标准。因此锚杆自身抗拉强度极限值为:
Uq = f yA s (3)
式中: f y 为钢筋抗拉强度; As 为锚杆的横截面积。
(3) 确定单根锚杆抗拔承载力设计值N
N = min (Uk /γk ,γqUq) (4)
式中:γk 为抗力分项系数;γq 为永久性锚筋抗拉工作条件系数。
(4) 确定锚杆数量n
nN +γg S g ≥ F浮 (5)
式中: n 为锚杆根数; S g 为上部结构自重;γg 为荷载分项系数,当对结构有利时取0. 9 。
三、设计与计算
1.抗浮设计
两层地下室，水头高度7.8 m，地下室部分结构主体自重52 kN/m2，锚杆间距2 m x 2m。则水浮力标准值为9.8 ×7.4－52=24.44 kN/m2，设计值为1.2 × 9.8 ×7.8－52=39.7 kN/m2 (水位常年变化幅度不大)。锚杆锚同土(岩)层为强风化泥岩层。
(1) 锚杆数量确定
根据建设单位提供的各柱抗浮自重与浮力,对于竖向抗浮自重小于浮力的柱及其基础,采用抗浮锚杆进行设计。采用的锚杆成孔直径150 mm ,钢筋采用HRB335 ,直径为22 mm ,暂定长度为6.3m ,锚固长度la ≥34 d = 34 ×32 = 1088 mm ,取la = 1. 2 m ,则锚杆计算长度为6.3 - 1. 2 - 0. 1 = 5 m。本文按地勘资料(最不利情况) 进行设计,锚杆进入土层深度如表1 。
表1 锚杆进入土层深度
土层 进入土层深度m
稍密卵石层 1.3(除去无效长度0.5，取0.8)
中密卵石层 3.5
密实卵石层 10
由式(2) 得单根锚杆抗拔极限承载力标准值:
Uk = Σλiqsik ui l i = πd Σqsik l i= 0. 15 ×π×(90×0.8 + 110×3.5 +130×0.7)= 0. 471 ×548 = 258 kN
由式(3) 得锚杆自身抗拉强度极限值:
Uq = f yA s = 300×(π/ 4) ×222×3 /1000= 342 kN
由式(4) 得到单根锚杆抗拔承载力设计值:
N = min (Uk /γk ,γqUq)= min (252/ 1.43 , 0. 69 ×342) = 180 kN
所以锚杆根数
n =（F浮－γg S g）/N=39.7×22000/180=489根
(2)锚固长度及配筋计算
《岩土锚杆(索)技术规程》CECS22：2005
La>(kNt)/(πφDfmg) (7.5.1-1)
式中：K=2.2，Nt=180KN，D=150mm，fmg=200kpa，φ=1.3
则La>（2.2×180）/（π×0.15×200×1.3）=3.2m
La>(kNt)/(nπφdξDfms)（7.5.1-2）
式中：K=2.2，d=22mm，ξ=0.75，fms=2000kpa，φ=1.3
La>(2.2×234)/(3×π×0.022×0.75×2000×1.3)=1.3m
La> max（3.2,1.3）=3.2m满足实际长度
As（KtNt）/fyk（7.4.1）
式中：Kt=1.6，Nt=180KN，fyk=335kpa
As（180×1000×1.6）/335=8602 ＜1140 满足实际配筋
四、施工要求
(1) 锚杆杆体采用直径22 mm 的二级钢并进行防腐处理(除锈、刷沥青船底漆) ;定位器采用Φ6. 5钢筋焊接制作,定位器间距不宜大于2000 mm。
(2) 注浆材料为P. O42. 5R 普通硅酸盐水泥,水灰比为0. 4～0. 5 ,28 d 无侧限抗压强度不得小于30MPa 。二次注浆采用高压,注浆压力为2. 0 MPa ,注浆管应随钢筋一同放入锚孔,其头部距孔底30 cm ,水泥用量不得少于80 kg/ m。
(3) 锚杆试验与检测:锚杆施工前,进行3 根锚杆的工艺检测及抗拔试验,其最大试验抗拔力为340kN 。锚杆施工结束后,应进行抗拔力试验检测,检测数量不宜少于锚杆总数的6 % ,且不宜少于6 根。
五、结论
(1) 施工前后对锚杆进行试验与检测,最大抗拔力均超过340kN ,证明采用的假设条件及设计计算方法是可行的,为类似的工程设计提供了参考经验。而且由于抗浮锚杆造价低廉、施工方便,可以广泛地应用于地下工程的抗浮设计。
(2) 采用锚杆进行抗浮，其方法较简单，经济性较高，但没有专门的计算规范和公式。建议有关部门抓紧制定抗浮锚杆设计及施工的规范，以指导目前越来越广泛的抗浮锚杆的设计、施工及检测。
参考文献
[1 ] 曾国机,王贤能,胡岱文. 抗浮技术措施应用现状分析[J ] . 地下空间, 2004. 24 (1)
[2 ] 建筑地基基础设计规范( GB50007 - 2002) [ S] . 北京:中国建筑工业出版社,2002
[ 3 ] 建筑桩基技术规范(J GJ94 - 2008) [ S] . 北京:中国建筑工业出版社,2008
[4 ] 龚晓南,高有潮. 深基坑工程设计施工手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,1998
[ 5 ] 叶书麟. 地基处理工程实例应用手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,1999
抗浮设计论文篇11
随着我国改革开放的不断深入，城市用地越来越紧张，城市地下空间的开发和利用日益得到政府部门的重视，许多城市利用广场、绿地等建设地下工程，但是建设地下工程，都受到着地下水的浮力作用，如地下铁道和隧道、地下商场、地下人行通道等地下工程都受到地下水浮力的作用，导致建筑底板破坏、梁柱节点处开裂及底板的破坏等。因此，工程的抗浮设计是否正确合理，直接关系到工程的安全可靠和工程造价，应引起设计者的高度重视。
1 存在的问题
地下建筑的层数一般不高，但是建筑面积非常大，导致地下室处在地下水的浮力作用下，不能用自身重量来平衡这种浮力，导致地下建筑的顶板受到巨大力的作用，对于层数在3层以下或底板埋深＞7m的地下室来说，永久抗浮安全度往往不够，导致地下室整体或局部上浮的工程事故时有发生，给国家和人民带来了极大的损失，随着地下空间的逐步利用，人们总结了出现这种问题的原因：
1）没有考虑到地下水浮力的作用或没有对水浮力作用机理有足够的认识，导致在建设地下工程时没有做抗浮验算；
2）没有做好施工现场的地下水勘察工作，导致抗浮设计中地下水水位的取值不当，没有考虑到极端天气下出现的最高水位；
3）设计人员忽视了抗浮计算中的一些因素，导致抗浮措施不当；
4）施工单位在地下工程建设过程中对于抗浮措施没有引起足够的重视。
2 地下工程抗浮措施的选择
下水浮力的作用机理，可以采取配重法来平衡水浮力，这种方法简单有效，主要可以通过增加自身的重量来抵御水的浮力；工程上也采用设置抗浮桩的方法解决抗浮问题，其原理和配重法一样，只不过设置抗浮桩是利用桩侧面和土体的阻力来平衡浮力的。
对于配重法，适用范围广，可以将增加的重量设置在底板上，通过抗浮计算得到需要配置的重量，然后再底板上设置回填层，用土、砂、石等密度大的材料进行回填，利用回填物的重量来增加地下工程的总体重量，达到抗浮的目的。有时可以利用底板外挑部分回填一部分配重，达到增加自身重量的目的；对于底板为板柱或梁板结构，可以利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填土，这种方法可以解决地下工程抗浮问题，还可以作为底板的防水处理。综上，配重法作为一种简单可行的方法，不受地理条件、施工环境的影响，不但可以降低造价，还可以解决抗浮问题，常常作为基本方法予以采用。
采用抗浮桩进行抗浮设计，主要是利用抗浮桩侧面与土体的摩擦来抵消地下水浮力的，抗浮桩的效果与桩长、桩径、桩型以及周围的地质条件都有很大的关系，因为制造抗浮桩的造价高，所以一般使用在柱、墙下等抗浮面积较大、受环境条件、施工条件影响大的地方。
抗浮锚杆是利用锚杆与砂浆组成一个锚固体，保证锚固体和岩土层的结合力，可以提高地下建筑的抗浮能力。抗浮锚杆具有造价低、施工方便、受力合理等优点，广泛的用于地下空间抗浮施工。在实际施工中，施工人员要根据地下工程的结构形式、地质条件、浮力大小、施工条件和工期要求等因素确定采用何种抗浮措施。
3 地下工程的抗浮设计
3.1 设计流程
对于地下工程抗浮设计总原则，应该满足下式要求：
式中：W为地下建筑自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；
F为地下水浮力。
当地下建筑自重及地面上作用永久荷载标准值的总和不满足（1）式要求时，应进行地下建筑抗浮设计。
在具体设计时当建筑物的地面上结构外边线与地下建筑外边线基本重叠时，地下建筑的抗浮设计按以下原则进行：
1）当结构重量大于地下水的浮力且满足（1）式时，不必考虑地下水对地下建筑整体浮力作用，但应在设计中提出施工中必须采取隔水或降水措施降低地下水位；
2）当结构重量小于地下水浮力时，地下建筑肯定要设置永久性抗浮构件或采取其他有效措施以平衡地下水对整体结构的浮力；
3）上述两种情况还必须考虑地下水浮力对地下建筑底板的反向作用，保证地下建筑底板构件在地下水反向作用下应具有足够的强度和刚度，并满足构件的上拱抗裂要求。
3.2 水浮力计算
一般情况下，水浮力可以由岩土工程勘察报告提供的用于计算地下水浮力的设计水位，根据阿基米德定律依照公式：
（2）
其中，V0为水浮力；F3为地下建筑重力；F4为覆土重力；A为承重地下水浮力作用的竖向受力单元的地下室柱网面积；F1为桩柱重力；F2为承台重力；F5为±0.000以上主体垂直荷载。
若计算结果v＞0，则应采取抗浮措施。在浮力计算过程中要注意：当地下建筑面积与上部主体结构面积相同时，可简单比较地下建筑水浮力与建筑总荷载的关系，来判断是否可能发生上浮；当地下建筑面积大于上不主体建筑±0.000层面积时，或按裙房楼层比较浮力与建筑总荷载，浮力大于建筑总荷载时，应以竖向受力构件为单元分析浮力的平衡状态。
3.3 抗浮设计
当计算所得的浮力V>0时，应采取抗浮措施，在选择抗浮措施时，要做到经济合理，首先要分析工程地质和水文地质条件，并分别区别施工阶段和竣工后使用阶段的不同情况。
1）施工阶段的抗浮措施。地下建筑物若处于透水系数比较大的粉质粘土、粉土、砂土中，由于正值施工期间，地下建筑的顶板和覆土尚未完成，此时底板和外墙已施工完成。在地下水的作用下，形成了水浮力，当浮力不大时，可以利用排水明沟、集水井进行排水，以减少水浮力；当土质的渗透系数大，应在地下建筑底板中设置后浇带，利用板下的垫石作为倒滤层，排除水后，直到地下建筑底板的水排干净后，浇筑后浇带的混凝土；
2）永久性抗浮措施。在上面提到利用配重法、抗浮桩法、抗浮锚杆等来平衡地下水浮力，工程中常用的永久性抗浮措施：抗浮锚杆，由于粘质粉土、硬塑状粘土或风化基岩适宜钻孔注浆，若地下建筑底板下是这些土层，可以利用注浆锚杆法。抗浮锚杆具有良好的底层适应性，易于施工，锚杆布置非常灵活，锚固效率高。由于其单向受力特点，抗拔力及预应力易于控制，有利于建筑构件的应力与变形协调，降低结构造价，在许多条件下，优于配重法和抗浮桩法。
4 地下建筑上浮后处理措施
当发生地下建筑上浮后，应尽快采取措施增加配重和降低地下水水位，以减小水浮力，再检查地下建筑上浮是否造成建筑结构的破坏，破坏过程是否可以修复。常用的几种地下建筑上浮处理方法：1）加载。设法迅速增加地下建筑的重量，以克服水浮力及地下建筑侧墙与土体之间的摩擦力，使卡在土层中的地下建筑沉回原位；2）抽水。可以在现场重新启动原有的抽水井或另行打设抽水井以降低水压；3）解压。在地下室底板上钻孔，以宣泄地下水，此外如果地下建筑外侧有足够的场地，可以考虑将周边塌方部分挖除，可以使地下建筑较易于下沉。
5 结论
地下室的抗浮设计是结构设计中的一个重要组成部分。设计人员应根据地下工程具体情况进行认真分析，正确计算水浮力与抗浮力，处理好工程整体抗浮与局部抗浮的关系，选择合理的抗浮措施，既保证地下工程的安全，又节省投资。
参考文献
抗浮设计论文篇12
一、前言
正常基础与地基之间是压力，当地下水汇聚到基坑中，使得基坑内有水此时就会存在浮力（F=γhA）问题，当上部荷载P＜F（浮力）时就会发生地下室上浮现象。在使用或者施工过程期间，如果地下水汇聚到基坑中，使得基坑内有水，此时就存在浮力问题。同时各种土壤（粘土、沙土或高风化的岩石）只要有空隙形成联通，缝中的水形成水迳，水越积越多就会有水压力进而产生浮力，就很有可能因为浮力过大而导致地下室上浮。
二、危害性
从大量的例子中我得出了地下室上浮的三种形式；同时也从中概括总结了地下室上浮的损害。
1、局部抗浮失效，结构每个单元的重力都大于水浮力，多发生在地下室底板承载力不足处。质量分布均匀，层高较高，层数较多板较薄配筋较少。
2、局部整体抗浮失效，结构部分区域重力大于水浮力，部分区域小于水浮力，部分区域发生的上浮现象。
3、整体抗浮失效，结构任意单元的重力都小于水浮力，地下室水浮力使结构整体向上位移的现象。
不论那种抗浮问题，在这我简单的将其危害总结为四点
1、使用问题，柱子的倾斜过大、板起拱过大；裂缝产生严重漏水影响使用；隔墙等构筑物被挤裂挤碎等。
2、结构问题，梁柱等主要受力构件受到较为严重的破坏使其承载力降低；顶板有时候也会因为变形过大而出现结构性的裂缝等。
3、耐久性问题，裂缝导致混凝土碳化加快；钢筋的锈蚀也加快；这些都直接影响到地下室的适用寿命。
4、经济问题，只要出现了地下室上浮问题就需要补救。此时，鉴定加固的费用、延后投入使用或影响使用所带来的损失等就随之而来。
综上所述，找到导致地下室上浮问题的原因和补救措施就十分必要了。
三、原因分析
导致地下室出现上浮问题的原因是非常多的，在阅读的大量文献后本人进行了总结，目的是找出其中比较重要的和比较常见的原因供设计、施工、组织、监理等技术人员参考。
1、地下室地下空间发展不是很久。2、基础的持力层的复杂性。3、软件即电算设计的可靠性问题。4、锚杆、锚桩加固规范不统一等问题。5、环境等外在条件不可预见性。6、详勘报告的误导。7、设计上的问题。8、施工不当。监理要求不够及时严格。
综上所述，导致地下室上浮的原因多种多样，根据所搜集的实例资料、研究文献等，下表3.1是各种因素在总的所有因素中所占的比重。
表3.1各因素百分比
四、防治措施
防止产生地下室水浮力的措施可从大的方向概括为两大类：一种为抗力平衡方法；一种为浮力消除方法。抗力平衡法就是问了增大方向向下的力，顾名思义就是想方设法的通过增大上部结构物或者构筑物的重量来压住水浮力，亦或是通过下拉法（包括锚杆及抗拔桩等的下拉作用）来提供抗浮力。而消除浮力法是为了减小对地下室向上的力的作用，其主要就是做好排水减小水浮力。
（一）防止措施主要从以下五部分着手：
1、勘察。勘察单位一定要履行好自己的职责，对于自己所负责工程地区的地质条件在勘察过程中不但要把握好土层地质的特点，特别要勘明地下水的详细情况，弄清是否有暗流流径。同时地下水位的给顶关乎抗浮水位的选取，要确保严格按照现行规范给出地下水位高度。
2、设计。设计人员要综合考虑结构自身和地质勘察报告中场地地质及水文地质条件来决定基础类型。必须是有经验的设计人员来执行设计，才能准确的取定抗浮水位安全系数。
3、施工。大多施工单位或者负责人缺少对施工阶段本地自然条件与施工因素的思考，防水、排水措施设置不够完善；同时要有应急措施，防止突然气候、强降水的来临，做到有备无患；在一个要明确施工中停止降水的时间和阶段，严禁提早停止排水和降水。
4、监理。监理人员要履行好自己的职责，对于不按照正常工序的施工现象一定要叫停，要求其整改完善。
5、后期管理。后期管理可以设置溢水孔来防止突然降水和地下水的积聚；同时要定期检查地下室排水措施的使用情况，确保其处于可用状态。
（二）治理措施
1、抗浮锚杆方法。抗浮锚杆在地下室底板受到严重破坏时，此时的地板已经无法与锚杆进行最有效的连接，抗浮锚杆的作用不能得到完全发挥，此时不宜使用此法。
2、抗拔桩下拉法设计。抗浮桩尽量嵌入坚硬而埋藏较浅的岩石中，由于施工限制抗拔桩一般入岩不深，要进行桩底端处理，不能入岩的只能依靠摩阻力抗拔，此时需要增加桩的长度。要特别注意抗拔桩只能由人工挖孔或机械成孔的灌注桩。
3、摩擦抗浮法。土壤与地下结构物之间存在摩擦力，这种力量可以抵抗地下室的上浮。而该力的大小依土壤的侧压力及各土层的摩擦情况而定，但是这种侧压力的大小很难准确确定，所以它的可靠度不高，如需采用需要提高其可靠系数。若地下水不时的变动，这种方法的适用性就会受到很大程度的限制。
4、延伸基板法。延伸基板法是将地下室结构的基板向外延伸而形成翼板，由翼板承托覆土以抵抗上浮力。这种方法是相当有可以增大上部结构负重，但为了要延伸基板而形成翼板，开挖范围将因而加宽，土方和使用面积也会相应的加大，所以一般只适用于场地不受限制的规模较小的结构的抗浮，否则是不宜采用的。
5、补缝处理。先降水，代裂缝稳定后修补结构裂缝，渗水处裂缝处理应先做样板，确认治理效果较好时再继续施工。
6、排水处理。当地下室发生上浮问题后一般都要及时的进行临时处理。在地下室底板上钻孔使水流出以减小水压力；在地下室四周开挖若干集水井，持续降水。这种排水处理方法是典型的浮力消除法，可以起到立竿见影的效果，减小其进一步恶化的可能性，其抽水费用不高，且是最治本的方法。
7、加大荷载法：在地下室的内部或者地下室顶面加上土体或者其他材料荷载，来增大上部荷载的抗浮力左右。当无空间加载或者影响其他功能时就不宜使用了，因此此方法局限性较大，很多时候可能会影响结构的功能使用。
当在选择治理加固措施时，要综合考虑施工工艺，技术特点，适用范围和造价成本因地制宜的选择加固措施。
参考文献：
[1] 《建筑地基处理技术规范》--（JGJ79-2012）：
[2] 《建筑地基基础设计规范》--（GB50007-2011）：
抗浮设计论文篇13
随着地下空间的开发与利用，许多建筑物的地下室因地下水的问题处理不当而造成严重工程事故，给我们造成造成了巨大的经济损失。本文就这些事故的原因归纳总结为以下四个方面，希望能抛砖引玉。
一、基础抗浮设计的基本概念
对多个因水浮力作用而引发的地下室工程~故研究和分析，不难发现有些结构设计人员对地下水的作用认识不足，抗浮设计的基本概念与原理不够清晰。常见的可以归纳为下列几种情况：
1）忽视整体抗浮设计与验算；
2）错误判断裂缝产生原因；
3）错误的采用止水帷幕等支护、降水措施。
水之浮力巨大，万吨级货轮都能在海上、江河中航行。可以把地下室当作一条“船”，地下室底板和侧墙就形成一个密闭的船身，那么水浮力有多少呢？这是一个极其简单的中学物理题，，即是它浸泡在水中的体积乘以水重度。地下室的抗浮设计原则：要使地下室这个船既不上浮，船身又不被破坏。因此，地下室的抗浮设计必须进行整体抗浮、局部抗浮验算、裂缝和挠度验算。
地下室整体抗浮常用做法有三类，一为“压”，二为“拉”，三为“拉压”结合。 保证抗浮力（压重+抗拉力）大于水的总浮力，即
局部抗浮验算、构件的裂缝和挠度验算，应包括：梁板墙柱结构构件的强度验算、变形验算和裂缝验算和局部的抗浮验算。
当有些结构设计人员对上述最基本的概念还不够清晰，可能给地下室结构带来严重的破坏，将难以修复；或者就会出现底板隆起、造成地下室及上部结构局部范围内的破坏；甚至容易造成底板产生裂缝而严重漏水，形成“地下水池”。
更需要注意的是，有些结构设计人员和施工人员对地表水作用认识不足，当地下室地基为不透水的岩土层、而基坑支护又严密的时候，一般认为不存在水的浮力，因此造成施工或使用期间地下室上浮破坏的盲期，一旦暴雨来临，雨水流入基坑形成“脚盆”效应，即基坑是 “大脚盆”，地下室是“小脚盆”。施工期间一旦不能及时采取降水措施就会让“小脚盆”浮起，使用期间若不将基坑四周的回填土采用粘性土分层夯实形成止水层，也同样会出现“脚盆”效应。
另外，有些结构设计人员和施工人员忽视施工对地下室抗浮的重要性，施工设计图纸对施工时抗浮措施的要求不予注明，施工人员在施工过程中没有关注降水，没有采取降水措施或在抗浮结构还未达到设计预定目标时就停止降水，导致在施工期间产生地下室整体上浮事故时有发生，产生上述现象的主要原因除缺少经验外，主要是对我国现行的技术规范与标准，规定不了解。综上所述，结构设计人员在进行工程的抗浮设计时，要做到以下三个步骤：
1）仔细研读地勘报告；
2）进行整体抗浮和局部抗浮验算，并提出施工的抗浮措施和降水措施；
3）对存在“脚盆”效应的结构进行分析，并有相应措施。
二、抗浮水位的确定
地勘单位在提供的地勘报告中，地下室的抗浮水位不严谨，而结构设计人员又缺乏对地勘报告的认真研读和分析，表现出如下四种：
1）地勘报告未明确抗浮水位，只描述钻孔时的可见水位；
2）临近江河且又具有透水层的建筑场地，只按一般场地提出抗浮水位，未考虑设计使用年限的江河最高洪水位的影响。
3）根据业主节约投资的需要，或者业主要求增设地下室后，原地勘报告无抗浮水位的参数，又未进行补勘，就随意修改或确定抗浮水位。
4）对于坡地建筑，提供抗浮水位远高于设计的地坪标高，结构设计人员未进行认真分析而造成浪费。
在四种情况中，前3种情况会导致地下室因抗浮能力不够而使结构破坏，第4种会导致不合理设计，增大工程投资成本，造成不必要的资源浪费。
此外，结构设计人员对如下特殊情况还应进行必要的分析和论证：
（1）地下水条件复杂、变化幅度大、排泄条件和区域性补给可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证；
（2）斜坡地段的地下室或可能产生明显水头差的场地地下室进行抗浮设计时，应考虑水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室结构的影响，不能笼统的采用地勘报告所提供的远高于室外地坪的地下室抗浮水位来进行设计。水往低处流，若建筑物一侧或多侧是敞开的，水浮力不可能高出室外地坪位置；
（3）在有水压差的江、河岸边，且存在滤水层，应按设计基准期的最高洪水位来确定抗浮水位；
（4）雨水丰富的南方地区，尤其应注意因地面标高发生变化后对原地勘报告抗浮水位的修正，防止产生地表水聚集效应而造成地下室的破坏。
三、基础抗浮验算参数的选取
浮力的分项系数和抗力的分项系数，以及抗浮锚杆抗拉工作条件系数、抗拉设计强度如何取值等，目前在地下室抗浮设计中是没有统一确定的观点。
1. 我国众多规范对水浮力和抵抗力的分项系数取值各有不同，造成结构设计人员取值混乱。
2. 锚杆抗浮系数和锚杆钢筋取值
抗浮锚杆钢筋截面面积计算在现行的规范中无明确规定，因此设计院就不同的方法，主要有以下两种设计公式。
第1种，采用《钢筋混凝土结构设计规范》正截面受拉承载力计算公式：
第2种，采用《建筑边坡工程技术规范》锚杆钢筋截面面积的计算公式：
四、抗浮锚杆验算传力途径的设计
目前地下室采用锚杆抗浮设计主要有下列2种方法：
1）上部结构自重不满足整体抗浮要求，采用锚杆抗浮。其计算公式为：。具体做法：底板下（连柱底或砼墙下）满铺锚杆，水浮力全部由锚杆承担，不考虑上部建筑自重和地下室自重，保守且不经济。
2）利用上部结构自重和锚杆共同抗浮，其计算公式为：。具体做法：将锚杆均匀分布在底板下（包括柱底或砼墙下），锚杆间距依据底部面积除所需锚杆根数来确定。
上面两种抗浮设计方法，都有传力途径不清晰的错误。从理论上说，不管采用“压”还是“拉”的方法抵抗水浮力，水的浮力是均匀作用在基础底板上，而结构抗浮力作用（除底板自重外）是不均匀性，在整个地下室底板区域不均匀分布，可能是集中在一点上（即柱、桩和锚杆）或一条线上（即墙、梁），因此，分析传力途径极为重要。
正确做法是：抗浮力与水浮力平衡计算应分为两种区域：柱、墙、梁影响区域与底板抵抗区域。纯底板抵抗区域的计算公式：；而柱、墙、梁影响区域应充分利用上部结构自重进行抗浮，验算传递的上部结构自重是否能平衡该区域的水浮力，此外，还应验算在水浮力作用下梁强度、裂缝和挠度能否满足要求。
计算方法可分解为以下四个方面：
1）在柱、墙、梁影响区域中：。
2）靠近梁、墙的第一排锚杆：锚杆的从属宽度b0应是梁、墙传递建筑自重影响区域的宽度b，因为每根锚杆的抵抗面积有限，当上部自重较大时，为了充分利用该部分自重，可以加密靠近地梁第一排锚杆的间距。
3）纯底板抵抗区域的计算方法是：。
4）第一排锚杆和第二排锚杆的间距。
参考文献：
