抗浮设计范文

导语：如何才能写好一篇抗浮设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词:抗浮锚杆；设计

中图分类号：U455.7+1文献标识码： A 文章编号：

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。

场地西北部I2区，含砂粘性土和含粘性 土砾砂的厚度0．87～1．5m，砾质粘性土厚2．0～7．4m，全风化岩体厚2．8～6．7m，强风化岩体厚4．1～8．0m(其中zk18钻孔为钻穿强风化岩体)，中风化岩体埋深大于l5．8m。锚杆须进入中～微风化岩体中不少于1．5m，锚杆长度20．0m．

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关键词 地下空间；抗浮设计；水浮力；抗浮锚杆

中图分类号TV13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）39-0149-02

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

[1]裴豪杰.地下结构的抗浮设计探讨，2004.

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关键词：地下室；抗浮设计；抗浮验算；经济性分析

0 引言

随着城市建设用地相对紧张，建筑物朝着高、大、深、重的方向发展，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，尤其是在我国沿海及长江中下游地区，地下水位普遍较高，由地下水浮力引起的地下室上浮、地下结构破坏等事故屡见不鲜。因此，地下室的抗浮是地下空间工程中一个不可忽视的重要课题。

1 工程概况

某工程地下室部分为2层，主要功能为地下车库和设备用房，地下室平面尺寸约为140m×89m，标准柱跨为7.8m×7.8m，建筑面积约18538m2。地下层1层高3.8m，地下层2层高3.7m。地下层1顶板的塔楼以外部分有厚约0.9m的覆土，基础形式为柱下独立基础加防水板。

2 场地工程地质及水文地质情况

2.1 工程地质条件

场地土层主要由第四系杂填土层、第四系全新统冲洪积层、白垩系上统灌口组泥岩组成，各地层的分布从上至下依次为人工填土、粉质黏土层、细砂、卵石（稍密卵石、中密卵石、密实卵石）泥岩（强风化泥岩、中等风化泥岩）。

2.2 水文地质条件

场地内地下水主要由以孔隙水形式赋存于人工填土中的上层滞水和以孔隙水形式赋存于砂卵石层中的潜水及赋存于泥岩中的基岩裂隙水组成，场地水文地质条件简单。

2.3 地下室抗浮评价

工程地下室埋深低于地下水位，设计时应进行地下室抗浮稳定验算，地质勘察报告建议地下水抗浮设防水位取494.50m（±0.00标高为498.70m），纯地下室如需采取抗浮措施，建议采用抗浮锚杆。同时应进行专项的岩土工程抗浮设计。

3 抗浮设计

3.1 抗浮验算

抗浮验算依据标准进行。基本设计资料如下：地下层1顶板板厚0.16m，梁柱折算成板厚约为0.11m；地下层2楼板板厚0.11m，梁柱折算成板厚约为0.08m；地下室底板板厚暂取0.35m；顶板覆土0.9m（由于覆土高度各处不一，抗浮设计时予以折减，按0.75m考虑）。算得W=33kN/m2

3.2 锚杆布置

结合结构整体和局部抗浮，锚杆布置方式主要有以下3种：

（1）方式一：集中点状布置（所有锚杆布置在柱下独立基础范围内），总承载力特征值为F=1100kN。假定柱下布置4根锚杆，则单根锚杆承载力特征值为Nak=1100/4=275kN。此布置方式优点是可以充分利用上部结构传来的竖向力平衡掉一部分水浮力，便于地下室底板下的外防水施工；缺点是所布置锚杆不能充分抵抗水浮力对底板产生的弯矩，地下室底板配筋较大。

（2）方式二：面状均匀布置（在地下室底板下均匀布置），所需单根承载力特征值为（锚杆间距2.6m）Nak=285kN。此布置方式优点是锚杆布置均匀，地下室底板配筋较小；缺点是不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力，锚杆布置相对分散，不利于地下室底板下的外防水施工。

（3）方式三：签于以上两种方式均有各自的优缺点，如果有一种布置方式既能利用上部结构传来的竖向力，又能利用锚杆的布置减少防水底板的弯矩，即为一种较为经济合理的方式。可根据锚杆布置在跨中更能有效提供抵抗弯矩的原则，这种布置方式的优点在于锚杆和柱能共同抵抗浮力作用，在锚杆能保证稳定的情况下Nak≥275kN，即能满足抗浮要求。以柱为支座，以锚杆作为抵抗力的简化受力，在水浮力作用下基础底板会产生一个向上的变形，如果在锚杆布置处变形较大，则此抗浮锚杆失去作用，若变形很小，则能发挥抗浮作用，所以可根据锚杆处底板的变形来考察锚杆是否稳定。可以根据受力模型建立一个双向5跨连续的无梁楼盖，计算得此防水底板变形图，见图1。

图1 防水底板变形图/mm

根据图1并结合锚杆验收试验中可以看出：中间跨锚杆处最大变形为2mm，锚杆实际受力为268kN，略小于所输入荷载275kN，说明锚杆能保证稳定。端跨锚杆处变形为3.529mm时，锚杆实际受力为376kN，稍大于锚杆承载力设计值1.3Nak=357.5kN。此时，如果以锚杆实际受力376kN作为设计值，得出锚杆承载力特征值376/1.3=289kN。依此值进行设计应该是安全的。通过以上分析可知，按照布置方式三设计是安全的。

4 经济性分析

采用SAFE8.0.1软件根据受力模型进行计算。

4.1 按照锚杆布置方式一计算

根据图2，取防水板厚450mm，独立基础厚950mm，配筋可取14@150双层双向，不足的地方采用附加配筋。

图2 方式一板带弯矩图（标准值）/kN・m

4.2 按照锚杆布置方式二计算

由以上分析可知板内力很小，为方便锚杆锚固，可取防水板厚400mm，独立基础厚由柱底内力计算取为700mm，弯矩见图3。

图3 方式二板带弯矩图（标准值）/kN・m

4.3 按照锚杆布置方式三计算

取防水板厚400mm，独立基础厚950mm，弯矩如图4所示，配筋可取14@150双层双向，不足的地方采用附加配筋。

图4 方式三板带弯矩图（标准值）/kN・m

由以上结果并结合混凝土、钢筋、锚杆的造价可得3种布置方式的经济指标比较。可得出，布置方式三综合造价最低，采用此布置方式最经济。

5 锚杆设计

5.1 锚杆锚固体与地层锚固长度计算根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330―2002）（简称边坡规范）第7.2.3条：

式中：Nak为锚杆承载力特征值；ζ1为锚固体与地层粘结工作条件系数，永久锚杆取1.0；D为锚固体直径；frb为地层与锚固体粘结强度特征值，根据地勘报告确定（地勘报告结果：稍密卵石取60～80，中密卵石取80～100，密实卵石取110～130）；Lai为各土层锚固段长度。计算中得出锚固体与地层总锚固段长度La=7.2m，满足Nak=290kN要求。

5.2 锚杆钢筋截面面积计算根据边坡规范第7.2.2条：

式中：AS为锚杆钢筋截面面积；γ0为工程重要性系数，取1.0；ζ2为锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69；Na为锚杆轴向拉力设计值，Na=γQNak，γQ=1.30；fy为锚筋抗拉强度设计值。需特别注意《混凝土结构设计规范》（GB50010―2010）规定：在钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于300N/mm2时，仍应按300N/mm2取用。

5.3 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算根据边坡规范第7.2.4条：

式中：la为锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度；ξ3为钢筋与砂浆粘结强度工作系数，本工程为永久性锚杆取0.60；n，d分别为钢筋根数和钢筋直径；fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，本工程采用M30纯水泥浆。

5.4 节点详图

抗浮锚杆做法如图5所示，为防止锚头锈蚀，在抗浮锚杆与底板交接处涂环氧树脂，来保证抗浮锚杆的耐久性。

图5 节点详图

6 结语

总而言之，地下室的抗浮是地下室工程设计过程非常重要的一部分，设计人员应针对工程的实际情况，全面思考、精心设计，以确保地下室工程的结构安全。本文详细地介绍了地下室通过布置锚杆来抗浮的设计方法，通过比较不同锚杆布置方式的综合造价，提出一种较为合理、经济的布置方式，并充分论述了其可行性，对今后地下室抗浮设计提供了参考。

参考文献：

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【关键词】地下工程；抗浮措施；设计

1、前言

随着我国城市化进程的不断加快，城市地下空间的开发利用日益引起政府的重视，许多城市结合城市建设，利用广场、绿地等建设各类地下工程。对于地下工程，特别在高水位地区，往往存在着工程的抗浮问题。因地下水浮力引起的地下工程结构的破坏事故时有发生，破坏的形式主要是地下室底板隆起破坏，工程的整体浮起导致梁柱节点处开裂及底板的破坏。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，应引起结构设计人员的高度重视。本文结合设计经验，对地下室抗浮设计中应该注意的问题进行研讨。

2、抗浮措施的选择

为防止地下工程的浮起破坏，目前，工程上通常采用配重法、设置抗浮桩或抗浮锚杆来解决地下工程的抗浮问题[1]。

配重法即通过增加工程的自重来抵御水浮力的作用。配重法受地质条件、施工环境的影响相对较少，造价低，适用于各类工程条件，常做为基本方法予以采用。配重的部位主要在底板，通常根据工程配重要求，在底板上设回填层，用土、砂、石、混凝土等材料压实回填，利用回填物的重量增加工程自重，达到平衡浮力的目的。有时也可以利用底板外挑部分的回填物作为配重的一部分。对于底板为板柱或梁板结构，利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填配重层，既解决了工程的抗浮问题，又便于底板的防水处理，不失为一种较为理想的方法。但是，配重法的缺点在于因设回填层增加了工程埋深而使浮力增大，配重提供的抗浮力自身也“消耗”了很多。

抗浮桩主要利用桩侧阻力平衡浮力。抗浮桩的抗浮能力与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关。抗浮桩的单桩承载力较大，一般布置在柱、墙下，其抗浮面积较大，受环境条件、施工条件影响较大，造价较高。

抗浮锚杆则利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力平衡浮力。抗浮锚杆因其造价低廉、施工方便、受力合理等优点，也在地下工程抗浮设计中被广泛应用。

在实际工程中，应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，也可以根据工程特点，采取多种抗浮措施。

3、地下工程的抗浮设计

3.1 抗浮设计方法

地下工程的抗浮设计，采用安全系数法，按下列公式进行抗浮验算[1]：G/S≥K

式中：G为结构自重及其上作用的永久荷载标准值，不包括活荷载；S为地下水对建筑物的浮托力标准值；K为地下结构抗浮安全系数，一般取1.05。

3.2 水浮力计算

水浮力计算是抗浮设计的前提，对地下工程而言，应正确合理确定工程的设防水位。因此要求工程勘察单位提供用干计算地下水浮力的设计水位。抗浮水位不是工程所在位置的历年来最高水位，更不是勘察期内的当前水位，而应综合分析历年水位地质资料，根据工程重要性以及工程建成后地下水位变化的可能性确定抗浮设计的设防水位[2]。从有关资料看，地下水的作用相当复杂，要准确地确定地下水的压力是比较困难的。抗浮水位一般要比历年来地下水的最高水位低很多，这对结构设计人员提出了如下两点要求：第一，当初步判断抗浮可能不满足要求时，要坚持要求勘察单位配合补充提供准确的抗浮水位；第二，要根据工程经验，具体分析报告中提供水位的合理性，及时与勘察单位沟通，互相协商配合，请勘察单位提供真实、科学、合理的抗浮水位数据，作为设计的正确依据。如果抗浮水位按偏于保守的考虑提供的较高，结构设计就要采取加大配重、多设置抗浮桩或抗浮锚杆等措施来抵抗高水头产生的浮力，必然造成大量的人力、财力、物力和精力的浪费。

3.3 各种抗浮措施及设计要求

在确定了结构形式、尺寸、埋深等条件后，根据设防水位，分别计算工程自重和净水浮力，并判断是否需要采取抗浮措施。如需要采取抗浮措施，应根据前述原则选择抗浮措施，进行工程抗浮设计。

用配重解决抗浮问题，设计和计算比较简单，根据抗浮力大小，确定回填材料和深度。常用的回填材料有土、砂石、混凝土等，必须保证回填物的密实，达到对回填物的容重要求，采取措施对回填层进行处理。

抗浮桩的桩型选择，一般主要根据工程地质情况、施工条件和周围环境等因素综合确定。常用桩型为预制桩、沉管灌注桩和钻孔灌注桩。布桩时应力求使各桩受荷均匀，一般将抗浮桩布置在柱下、纵横墙交叉处、沿外墙均匀布置。抗浮桩设计的基础是单桩抗拔承载力的确定，一般采用静载试验法或经验参数法。用静载试验法确定桩的抗拔力比较接近工程实际，但由于往往缺少条件进行抗拔试验，因此，工程设计中较多地采用经验参数法。目前规范采用的方法，都是利用桩的侧阻力值导入抗拔系数后作为抗拔桩侧阻力值，抗拔系数一般取0.5～0.8。抗浮桩按轴心受拉构件进行承载力计算，桩的配筋由计算确定，并满足各类桩的最小配筋率要求。抗浮桩的主筋沿桩通长布置，桩与柱的连接参考抗压桩的要求。

抗浮锚杆的设计包括锚杆承载力的计算、杆体截面积的计算和锚杆数量的计算。抗浮锚杆按是否施加预应力可分为非预应力抗浮锚杆和预应力抗浮锚杆。非预应力抗浮锚杆主要为全长粘结型锚杆，适用于岩石等坚硬土层以及地层加固和容许有适量变形的工程；预应力抗浮锚杆常用部分粘结性锚杆，适用于要求锚杆承载力高、变形量小和需锚固于地层较深处的工程。

3.4 抗浮设计应重视的问题

地下工程抗浮设计时应注意地质资料提供的抗浮设计水位和实际建筑的布置有无偏差，和城市洪峰水位是否有对比。抗浮设计水位是地下工程抗浮设计的基础，一般地质勘探在建筑设计之前完成，而建筑设计会在方案深化过程做一些调整，特别对建筑场地标高的调整，会影响到地下水头相对值的选取，对重要的工程设计，还要考虑自然排水条件是否通畅，是否会出现超越抗浮水位的工况发生。

地下工程抗浮设计时也应注意一些有利荷载的利用。和平常建筑结构设计不同，抗浮设计时一般恒荷载为有利荷载，设计过程中应该充分利用这些有利荷载，如常见的高层建筑下的地下室，做地底板设计时，往往是浮力大于自重，如果适当增加底板的恒载和浮力的合力与考虑枯水期时（即不考虑浮力）合力比较接近。这样板的受力峰值就大为降低。增加底板横载最常用的方式是结合建筑上排水沟及排水坡度的要求，采用素混凝土或者砂石回填，增加结构底板的自重。对超出建投影范围以外较少的建筑，适当增加外挑，利用土的自重增加抗浮效应。

4、结语

地下工程的抗浮设计是结构设计的重要组成部分。应根据工程结构特点、地质条件、施工环境等因素，选择抗浮措施。在设计过程中，选择合理的设计参数，重视地区经验做好构造处理，使工程的抗浮设计更加合理可靠。

参考文献：

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关键词:自重抗浮 压重抗浮 抗拔桩（锚杆）抗浮

1 概述

近年来，本人从事市政和企业配套项目中的污水处理领域土建结构设计，特别是一些水池结构设计工作，其多为地下结构，面积、深度随水池功能不同变化较大且市政项目地理位置多为江、河、湖海附近，地下水位较高，故水池抗浮是设计中经常遇到的问题。如果浮力大于水池不利工况下的自重水池就会漂浮起来，造安全成事故。所以设计人员应重视抗浮设计工作，应采取可靠措施防止其浮起。措施主要分为”压”和“拉”两大类，“压”法主要有加大自重抗浮、顶部压重抗浮、基底配重抗浮；“拉”法是水池构件与可靠地基之间通过抗拔桩或锚杆的拽来抗浮。这些方法各有特点，有不同适应条件，设计不当常常增加施工难度、增大土建成本，设计人员应在初步设计中仔细分析多方比较，根据土质、环境的不同，结合地域经验和施工单位技术情况选用不同的抗浮措施。

下图为水池考虑抗浮时的抗浮力示意图：

其中：G1为池体自重；

G2为池内压重；

G3为池顶压重；

G4为池壁外挑墙址上压重；

G5为池底板下部配重；

N1为池底抗浮桩或锚杆的抗拔力。

根据阿基米德定律浮力F=ΡgV排,水头的高度应根据地下土层含水情况的不同区别对待。应该注意的是勘探时无地下水并不能保证设计用期的地下水情况，地勘资料应明确地下水文情况，预计抗浮水位的标高，做到设计有依有据，确保安全。

2 抗浮设计方案的分析与比较

水池的抗浮一般应做整体和局部验算见（图一）、（图二），行业标准CECS138-2002《给水排水钢筋混凝土结构设计规程》中5.2.4条当水池承受地下水（含上层滞水）浮力时，应进行抗浮稳定验算。验算时均取标准值，抗力只计算不包括池内盛水的永久荷载标准值和水池侧壁上的摩擦力，抗浮系数不应小于1.05。水池内有支撑结构时还必须验算支撑区域的局部抗浮。北京《北京地区建筑地基基础勘察设计标准》DBJ11-501-2009也明确抗浮设计需满足：

Fwk

Fwk＜TK= ∑Nwki+γg∑Gki＞

式中：Fwk--地下水浮力标准值=ΡgV；

Gki--建筑物自重及压重标准值；

γg--永久荷载的影响系数，取0.9～1.0；

NKi--抗拔承载力提供的抗拔承载力标准值；

笔者认为考虑水池侧壁的摩擦力大小与回填土质，施工措施和质量等有关故不宜控制，宜作为抗浮储备。应按公式2.1计算抗浮，γg取0.9～0.95。

此时各抗浮力均为每一支承单元内的值，计算公式与2.1相同。

2．1 自重抗浮

自重抗浮即通过提高池体结构自重G1来达到抗浮的目的。此种方法一般适用于水池自重与地下水浮力相差不大的情况下。

增加自重一般通过增加水池池壁或加厚底板来实现，这样会增加混凝土用量，但也会增加土方的挖方量，增加的等同于底板厚度的挖深对水池类深基坑的支护代价和如施工期间有地下水其影响也不可忽视。采用自重抗浮对于原设计水池截面配筋率相对较大的水池配筋可能降低，但若原水池截面配筋率不大，增大截面后有可能使结构构件为满足最小配筋率而增加钢筋用量，这样池体造价会大幅上升，就宜考虑采用其它抗浮措施。

根据工程实践，在自重与地下水浮力相差在10%以内的情况下，通过增加结构自重抗浮具有较好的经济性。若自重与地下水浮力相差达20%，考虑到抗浮系数γg取0.95及由于结构尺寸加大新增的浮力，结构自重需增加的量可简化为：

需平衡的水浮力≤0.2G1×25/(25-10)×1/0.95=0.35G1

说明此时池体需加重35%以上才能满足抗浮，此时应考虑结合其它措施抗浮，以达到经济合理的效果。

增加自重也可采用钢渣砼等材料增加重量，可避免增大构件尺寸引起土方、基坑支护费用增加。

2．2 压重抗浮

压重抗浮是通过在池内、池顶或池底外挑墙趾上压重来抗浮。

池内压重即增加前图G2抗浮，一般需将池体加深，在池内填筑压重混凝土或浆砌块石等其它材料来达到抗浮的目的。此法增加了基坑深度和池壁高度，加大基础压力值，对地基承载力应复核。但一般不会增加池底所受的不均匀荷载反力，对底板的内力影响较小。但同自重抗浮一样增加基坑的支护和基坑降水费用。

池顶压重则增加G3，常用于埋地式水池或半埋地的水池，如水厂的清水池、吸水井和一些埋地式污水处理构筑物等等。采用此法，可充分利用池顶覆土种植绿化或作为活动场地。但池顶压重会大大增加池顶板和底板的荷载，使顶底板的结构厚度和配筋都相应增加。

在外挑墙趾上压重增加了G4，它不增加基坑深度，但一般均需将底板外挑较大范围，利用外挑墙趾上的回填土自重或填筑毛石等自重较大的材料抗浮，若直接利用回填土，考虑到回填土的不均匀性及填挖的不确定性，一般应乘0.8～0.9的折减系数。因为增加基坑面积，从而加大土方工程量。如场地条件狭窄可能对邻近建构筑物或管线等的布置造成一定的影响，另外会增加池底所受的不均匀荷载反力，使池底板的内力增大。它常用于一般中小型的水池抗浮，但不宜用在平面尺寸较大的水池，对需考虑局部抗浮的水池也不适用。

2．3 打抗拔桩抗浮或打锚杆抗浮

拔桩抗浮或打土层锚杆抗浮对池体的受力情况相似，它们是通过桩或锚杆的抗拔力N1来抗浮。此类方法对大体积埋地水池的抗浮相当有效，它不仅能满足池体的整体抗浮，还能通过合理布桩或锚杆，很好地解决大形水池的局部抗浮问题。

拔桩或打土层锚杆是利用桩或锚杆的锚固力来抗浮，抗拔桩的抗拔力由桩体与土的摩擦力和桩身抗拉强度中取小值，一般情况下由桩体与土的摩擦力控制。桩宜为圆桩，径宜小（300mm～400mm），桩径越小则同体积桩体的表面积越大，摩擦力也越大。另外，由于大部分水池为平板基础，若单桩抗拔力过大，对底板的集中荷载作用明显，必须进行局部加强或改变底板结构形式才能承受抗拔力，这样使造价进一步加。所以，抗拔桩一般宜选用桩径较小，单桩抗拔力相应较小的桩进行密布。由于桩端承载力对抗拔力无帮助，所以一般无需打入硬土层。

灌注桩对不同土质的适应性和与周土摩擦力的可靠性较预制桩强，应优先选用。对桩承载力要求较高时宜采用桩侧后注浆、扩底灌注桩，当裂缝控制等级较高时，可采用预应力桩。对单桩和群桩均应进行承载力验算。

锚杆抗浮分为岩石锚杆和土层锚杆二种。岩石锚杆适用于基础直接座落于基岩上的情况，由于锚杆直接插入基岩灌浆，岩石锚杆的抗拔力较大。在一般土层中则为土层锚杆，影响土层锚杆抗拔力的因素比较多，对设计和施工的要求也比较高。岩石锚杆和土层锚杆设计适用的规范为“GB50330-2002”和“GB50007-2002”中有关内容。采用锚杆技术造价相对较低，同时锚杆的布置密度相比抗拔桩较密，对池底板的整体作用更接近于均布荷载，有利于底板的防渗裂。但锚杆施工具有一定的专业性，其浆液的配制及施工过程的技术控制对锚杆的抗拔效果有决定性作用，所以应由专业队伍施工。

与锚杆技术相比，抗拔桩较为常用，且施工方法属于常规技术，易于控制质量。当水池座落于软弱土层上时，抗拔桩结合承重桩和沉降控制桩一起设计，可具有很好的经济性。

3 结论

综上所述，抗浮设计的原理虽然简单，但其方案的不同对结构受力及工程造价会产生较大的差异(表1)。

工程设计中，为了达到经济、可靠、易操作的目的，抗浮设计方案往往由几种不同的措施组合而成。另外，我国地域辽阔，各地区施工人，材料、机械价格有所区别，施工单位技术环节不一而同，所以进行抗浮设计时还必需综合考虑工程所在地的具体情况，做到就地取材，因地制宜，尽量符合当地的施工力量现状和习惯做法，以便在确保质量的前提下做到既经济又合理。

参考文献

[1] 给水排水工程构筑物结构设计规范(GB50069-2002).

[2] 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程(CECS138：2002).

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【关键词】抗浮锚杆；水浮力；抗拔力；布置方式;注意事项

【工程概况】

笔者在深圳做的某工程为大底盘带多塔的结构。塔楼下的地下室由于塔楼自身的重量能够满足抗浮的要求，现着重讨论上部没塔楼的地下室的抗浮问题。本项目地下室的概貌及抗浮水位如图所示。现取中柱(8mX8.15m)进行讨论。

水浮力： 6x10＝60KN/m2

负二层底板、地下一层及地下室顶板自重： 25x0.5+6+6.3=24.8KN/m2(由广厦软件中计算结果求得)

地下室顶板覆土自重：16x0.8＝12.8KN/m2

地下室底板建筑做法自重：22x0.1＝2.2N/m2

抗浮总重：24.8+12.8+2.2=39.8KN/m2

参考广东省标准《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）

所需抗浮力：1.05x60-39.8=23.2KN/m2

柱下独立基础(地下室侧壁位置的柱下基础除外)位置设锚杆抗浮:

当抗浮面积为： 8X8.15=65.2m2 此时基础下设锚杆抗浮所需抗拔力： 23.2X65.2=1512.64KN

取单根锚杆的抗拉承载力特征值为310KN，需锚杆根数：n=1512.6/310=4.9，取n=5

根据《岩土锚杆(索)技术规程》第7.4.1条：

单根锚杆需要钢筋面积：1.6X1.3X310X1000/400=1612mm2

(式中1.6为锚杆杆体安全系数，1.3为荷载分项系数)，故选用3}28(As=1847mm2)

根据《广东省建筑地基基础设计规范》第11.2.2条，故采用3}32钢筋(As=2413mm2)

取锚杆孔径为D=150mm

根据《岩土锚杆(索)技术规程》第7.5.1条计算锚杆锚固长度：

根据《广东省建筑地基基础设计规范》第11.2.1条式11.2.1-3，

锚杆的有效锚固长度为：

式中f i为砂浆与第i层岩石间的粘结强度特征值，l为第i层岩体中的锚固长度，d为锚杆孔直径，Rt为单根锚杆的抗拔承载力特征值。

根据《建筑边坡工程技术规范》式7.2.3，锚杆锚固体与地层的锚固长度为：

根据《建筑边坡工程技术规范》式7.2.4，锚杆钢筋与锚固砂浆间所需的锚固长度为：

式中γo为边坡工程重要性系数，γQ为荷载分项系数，N为锚杆轴向拉力标准值，ξ3为钢筋与砂浆粘结工作条件系数，d为锚杆钢筋直径，f为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，n为钢筋根数。

故取锚杆的有效锚固长度为：2.5m

抗浮锚杆承载力特征值估算：Fa=∑qsiuili=400x3.14x0.15x2.5=471KN>1.3x310=403KN (qsi为岩土体与锚固体粘结强度特征值)

锚杆的布置方式一般有集中点状布置、集中线状布置、面状均匀布置等方法。它们都有各自的有缺点：

1． 集中点状布置，此方法推荐用于坚硬岩。一般布置在柱下，此次的案例就是采用的这种方法。优点：可以充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力；由于锚杆布置集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有很强的抵抗力。缺点：要求锚固于坚硬岩体中，不适用于软岩与土体，破坏往往是锚固岩体的破坏；由于局部锚杆较密，锚杆施工不方便；地下室底板梁板配筋较大。

2． 面状均匀布置，此方法可用于所有情况。在地下室底板下均匀布置；优点：适用于所有土体和岩体；地下室底板梁板配筋较小。缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力（个人认为考虑的话偏于不安全）；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于能分担的锚杆较少，此情况抵抗力差；由于锚杆布置相对分散，对于地下室底板下的外防水施工比较麻烦。

3． 集中线状布置，此方法推荐用于坚硬岩与较硬岩。一般布置于地下室底板梁下；优点：由于锚杆布置相对集中，对于地下室底板下的外防水施工也比较方便；对于个别锚杆承载力不足的情况，由于有较多的锚杆分担，有较强的抵抗力。缺点：不能充分利用上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力（个人认为考虑的话偏于不安全，对于跨高比小于6的底板梁，可以适当考虑上部结构传来的竖向力来平衡掉一部分水浮力），要求锚固于较硬岩体中，不适用于软岩与土体；地下室底板板配筋较大。

注意事项：

1）集中点状布置，抗浮锚杆与岩石锚杆基础结合为优，需注意柱底弯矩对锚杆拉力的影响，特别是柱底弯矩较大的时候；

2）参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》，应选用永久性锚杆部分内容；

3）岩石情况（坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩）应准确区分，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》表7.2.3-1注4；

4）锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，可参考《建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2002》附录C；

5）抗浮设计水位的确定应合理可靠，一般应由地质勘测单位提供，比较可靠和有说服力，应设置水位观测井，对于超出抗浮设计水位的情况应有应对措施；

6）锚杆抗拔承载力特征值现场试验时由于一般为单根锚杆加载，未考虑锚杆间距影响（附图一填充部分），特别是锚杆间距较为密集时的情况；当单根锚杆影响范围内的土体自重（附图二填充部分）大于锚杆拉力时，可以不考虑锚杆间距影响；

7）由于锚杆钢筋会穿过底板外防水，锚杆钢筋应有防水措施；

8）锚杆锚固体与（岩）土层的锚固长度应取有效锚固长度，由于基坑开挖会对底板下土体有一定扰动，特别是采用爆破开挖的基坑，一般要加300-500MM；

总结：

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关键词：抗浮；锚杆；设计

Abstract: along with the urban development, the population highly centralized, city building in the building of the higher at the same time, in the basement of the building built more deep. And in the design process, designers often encounter in the basement of the upper structure for multi-layer group of floor, not enough to resist the dead weight of the buoyancy of groundwater. This article through the basement of a high-rise design examples and everybody to discuss the design process and resisting anti-uplift design in the required notices.

Keywords: anti-uplift; Anchor; design

中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A文章编号：

1 工程概况

某高层上部结构为33层住宅，地下室为2层车库。其中裙楼基础形式为独立柱基础，群楼底板面积为511m2，基底下土层为圆砾层。地下室基底标高为-10.20m，抗浮设计水位为-0.500m。目前，常用的抗浮措施有三种，分别为增加建筑物自身结构配重抗浮、锚杆抗浮及抗浮桩抗浮。根据经济性及施工工艺性考虑，本工程拟采用增加结构配重式及抗浮锚杆相结合的抗浮措施。

2 抗浮锚杆布置

首先考虑在建筑物允许的情况下，尽可能增加结构配重，此工程地下室基底及结构底板标高为-10.20m，底板厚400mm，而建筑设计的地下室地面标高为-8.700m，此时，结构底板面至建筑地面有1.1m空间。利用这1.1m空间填入毛石混凝土，就成为该工程增加结构自重的抗浮措施。

地下水总浮力为：

；

结构自重承担的地下水浮力为：

；

锚杆所需承担的地下室浮力为：

。

群楼地下室的柱位布置较为均匀，故抗浮锚杆采用集中线状布置，即将抗浮锚杆布置于地下室底板梁上，此法的优点在于锚杆布置相对集中，锚杆群可共同作用，且对地下室底板的外防水施工较为方便。经地下室底板梁均匀间距布置，抗浮锚杆置于梁梁相交处，群楼地下室共布置105根抗浮锚杆。

3 锚杆设计

3.1单根锚杆抗拔承载力计算

单根锚杆所承担的浮力标准值为

；

据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002 （文献[1]）第7.2.1条，单根锚杆轴向拉力设计值

。

3.2 锚杆钢筋截面面积

…………文献[1]（7.2.2）

式中，γ0为边坡工程重要性系数，抗浮锚杆计算此处应按边坡安全等级为一级取用，γ0取1.1；ξ2为锚杆抗拉工作条件系数，该项取永久性锚杆系数0.69。ƒy为锚筋抗拉强度设计值，根据文献[1]附录D锚杆选型表，综合考虑土层情况，承载力设计值及施工难易程度，且《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（文献[2]）第8.6.1条中，锚杆宜采用热扎带肋钢筋。故选用HRB400钢筋的土层锚杆，ƒy取360N/mm2。

3.3 锚杆锚固长度

3.3.1 锚固体与地层锚固长度

…………文献[1]（7.2.3）

式中，ξ1为锚固与地层粘结工作条件系数，该项永久性锚杆取1.00；D为锚固体直径等同于文献[2]中的锚杆孔直径，按文献[2]第8.6.1条，锚杆孔的直径宜取锚杆直径的3倍，2根×28mm×3=168mm，故D取200mm；ƒrb为地层与锚固体粘结强度特征值，根据该工程《岩土工程详细勘察报告》（文献[3]）指出，锚固体所在的土层为中密状态的圆砾层，故ƒrb值取80。

3.3.2锚杆钢筋与石浆间锚固长度

…………文献[1]（7.2.4）

式中，ξ3为钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0.60；ƒb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，按文献[2]第8.6.1条，水泥砂浆强度不宜低于30MPa，该工程锚杆采用M30水泥砂浆，而锚杆钢筋以3根钢筋点焊成束，故粘结强度ƒb=0.7×2.4=1.68MPa。

对于锚杆锚固长度的要求，在文献[1]中规定，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m，故本工程抗浮锚杆的锚固长度取7m。

3.4锚杆钢筋上端锚入底板长度

据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（文献[4]）钢筋的锚固要求，

普通钢筋基本锚入长度

受拉钢筋的锚固长度

4 锚杆验收试验

锚杆验收试验的目的是检验施工质量是否达到设计要求。据文献[1]规定，验收试验锚杆的数量取锚杆总数的5%，且不少于5根，加载方式采用循环加载。对永久性锚杆，试验荷载值为

。

5 结语

目前抗浮锚杆设计尚无统一的规定，上述计算公式的大部分参数采用经验值进行设计，为确保抗浮锚杆设计的安全性，设计中应提出锚杆施工前的基本抗拔试验。

参考文献:

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关键词：局部抗浮；配重；不透水层；变形协调

中图分类号：TL353+.2 文献标识码：A 文章编号：

引言

水池一般由底板和壁板组成，有些水池设有顶板。当平面尺寸较大时，为了减少顶板的跨度，可在水池中设中间支柱。设计要求：在水压及其他荷载的作用下，池体的各部分应有足够的强度、刚度和耐久性；贮存水的渗透量应在允许的范围内；水池的材料应能防腐和抗冻，对水质无影响。结构计算：水池所受的荷载除自重外，还有水压力、土压力和下述各种荷载。在地震区，地震时可能引起自重惯性力、动水压力及动土压力；在寒冷地区，如无防寒措施，有可能产生冰压力。此外，水池内外的温湿度差及季节温湿度差，也在水池中产生温湿度应力。

二、水池局部抗浮设计中的处理措施

规范规定．设计中间立柱或隔墙等支撑构件的水池．局部区格或局部单元的抗浮设计应满足下式要求：Gn/(Yw X Hd×An)≥Km．且计算抗浮力时不应计入池内贮水重，上部设备重、池内物料重及池壁与土之间的摩擦力等。水池局部抗浮简图如下：

从局部抗浮设计计算公式可以看出，解决局部区格单元抗浮措施主要有两种途径。一是增大Gn值，即增加局部区格单元的有效自重：二是减小Hn值．即减小地下水位。具体措施如下：

1、增加池体自重．如增大顶板．底板构件的厚度。

该项措施适用于水池埋深浅、上浮力较小或者池体白重与水浮力相差不多的情况。工程实例统计表明，当池体自重与水浮力相差

2、池顶上部回填覆土，底板上部增设毛石混凝土配重层或底板下部增设素混凝土配重。

增加局部区格单元配重是解决局部抗浮的一个有效措施．但也存在一定的弊端。池顶上部覆土会导致顶板荷载增加，底板上部增设毛石混凝土会导致壁板计算高度增大．底板下部增设毛石混凝土需要在底板和素混凝土之间设置拉结锚筋。为解决池壁高度因增设毛石混凝土配重增大的问题，一般在毛石混凝土配重层顶面按构造要求设置刚性地坪作为池壁受力计算的水平向约束。增加池顶配重常用于埋地式或半埋地式水池．如自来水厂的清水池、吸水池和一些埋地式生活污水处理池．污水集水池等。采用此法可充分利用池顶覆土作为绿化区、活动场地和停车场等。增加池底配重常用于竖井等结构中．利用封底混凝土重量来平衡上浮力。一般情况下增加池底配重相对于增加池顶配重更为经济，但若池内配重可在工程所在地区就地取材．则工程造价可能比基底配重更低。

3、局部区格范围内设抗拔桩或抗拔锚杆．利用摩擦力抵抗上浮力。

抗拔桩和抗拔锚杆对池体的受力情况相似．都是通过桩或者锚杆与土体的摩擦力来平衡水浮力。桩一般采用预制桩或现场灌注桩。为增加状体摩擦力，桩径越小则同体积状体的表面积越大．摩擦力越大。另外采用小直径桩密布方案对于水池底板受力更加均匀。

抗拔锚杆分为土层锚杆和岩层锚杆。当池底落在基岩上时．由于锚杆直接插入基岩灌浆．岩石锚杆抗拔力较大．因此该类工程较多采用岩石锚杆抗浮。土层锚杆的抗拔力依赖于锚杆与锚固体之间的粘结强度．受土层影响因素较多．对设计和施工的要求也较高．该类工程较多采用抗拔桩来平衡水浮力。

4、采用加固地基的方法将池底下一定深度范围内的土层加固成超压密难透水层或者不透水层．以减小或者消除水浮力。

渗透系数小于0．001米，昼夜的土层．称为不透水层。渗透系数大于0．001米，昼夜且小于1m，昼夜的图层称为弱透水层。该措施是利用灌浆法或者高压旋喷注浆技术等地基处理方法将水泥类硬化剂注入到土层当中使其形成水泥土体．达到不(弱)透水层的要求。池体垫层与不透水层之间缝隙通过垫层中埋设注浆管注入硬化剂加以封堵防止水渗漏。其原理为水池置于隔水层土当中，若隔水层在水池使用期间可始终保持非饱和状态，且下层承压水不可能冲破隔水层．则水池底板不受上层滞水浮力作用；若加固土层为弱透水层．则水池底板应考虑水浮力作用．考虑到水渗流作用的影响，水浮力应予以折减。

5、结合工程实际情况．充分利用池内贮水重抗浮。

该措施需要结合使用单位的具体使用情况．征得使用单位认可。在水池使用过程中不得出现空池工况．检修时应选择低水位或者枯水季节进行。如某污水处理站的沉淀池即使不运行常年都是满水工况．只有检修期间而且地下水位高的时候局部抗浮才不满足．水池2～3年检修一次。设计时可以利用这个工程特点巧妙避开水池抗浮问题。丰水季节检修时在水池周边设置降水井结合反滤层、盲沟等措施，采取人工降水．将地下水位降至安全水位．检修完毕后再停止降水，或者将检修日期安排在枯水季节。这样解决局部抗浮节省的工程费用足够水池使用年限内的降水费用。释放水浮力：根据工程实际情况．池底下铺设反滤层作为静水压力释放层．配合盲沟、渗流管等透水系统．将地下水导入到专用集水井中排出，从而释放部分水浮力。主要用于池底位于不(弱)透水且土质较坚硬的土层。该措施配合水压检测系统、排

水系统实施．一般在技术可行、安全可靠，节约投资的条件下选用。静水压力释放主要系统构造如图2所示：

6、在整体抗浮满足局部抗浮不满足时．可采用增大结构构件刚度的措施。

三．结语

解决水池局部抗浮的措施较多．汇总起来如下表所示：

水池局部抗浮措施

增大Gn(增大自重或配重) ①增大底板或顶板厚度

②池顶增设覆土

③底析上部或下部增设毛石混凝土

④设抗拔桩或抗拔锚杆

减小Hn（降低抗浮设计水位） ①结合工程实际情况充分利用池内贮水重量，水池检修或者使用过程中不能出现空池现象或者超过安全水位。

②采用加固地基的方法，将池底下一定深度范围内土层加固层超压实难透水层或者不透水层，以减小或消除水浮力。

③根据工程实际情况，池底下铺设反滤层，配合盲沟或者渗流管，用以降排地下水位。

增大结构刚度 ①整体抗浮满足而局部抗浮不满足时，可采用增大结构构件刚度的措施。

具体工程设计时须结合工程实际情况．进行多方案比选．选用安全可靠、经济合理的技术措施。

参考文献：

[l]《给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）》

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关键词：火力发电厂；取水泵房；抗浮设计

中图分类号： TM62 文献标识码： A 文章编号：

引言

火力发电厂运行过程中需要大量的水来进行冷却处理，大量的冷却用水主要来自河流，建设岸边取水泵房就是最好的取水途径。只是由于受河流枯水期和丰水期的影响，增加岸边取水泵房的建设的难度。那么抗浮设计就成为岸边取水泵房设计的关键，直接影响着取水泵房的稳固性与安全性。

一、抗浮设计概述

抗浮设计是岸边取水建构筑物和送水建构筑物设计的关键之一，是制约岸边泵房设计的重要因素。目前，主要通过四种方式来实现：1.自重抗浮，即依靠泵房自身的重量抵抗水的浮力影响；2.配重抗浮，即通过增加外部材料提高泵房的重量，以达到抗浮的目的；3.嵌固抗浮，即通过将泵房底板嵌固于岩石地基内，利用岩石抗剪强度以达到抗浮目的；4.锚固抗浮，即采用打入锚杆的方式达到抗浮目的。其中自重抗浮效果虽然好但不经济。在抗浮设计中，泵房的壁板、底板、隔墙等的厚度是根据泵房的受力需求设计的。要依靠自重来达到抗浮目的，就会浪费一定的人力、物力、财力，很不经济。而且河水的暴涨暴落是间歇性的，没必要将泵房设计的如此沉重。因此从泵房设计的经济性出发不建议采用自重抗浮设计。一般情况下，泵房的抗浮设计多采用锚杆抗浮，这种抗浮设计经济、实用、安全、可靠，受外界条件制约、影响较小。在进行泵房抗浮设计时，首先对泵房设计进行抗浮验算，对抗浮不足部分采取恰当的方式修正后再重新进行抗浮复验。其次要结合实际施工状况进行抗浮方案选择，结合工程状况选择最安全、可靠、稳固的设计方案，同时又要兼顾泵房设计的经济性。

二、火电厂岸边取水泵房抗浮设计方案对比

岸边取水泵房受河水暴涨暴落的影响，抗浮设计至关重要。在抗浮设计时，对抗浮方案的全面了解和比较，是确保选择抗浮设计最佳方案的前提，确保了火力发电厂岸边取水泵房建设的稳固、安全。

2.1配重抗浮

由于自重抗浮的不经济性原因，配重抗浮在取水泵房设抗浮计中的应用反而更广一些。在进行配重抗浮设计时，先按照相关规范规定进行配重计算。再结合工程状况进行配重选择。一般取水泵房的配重抗浮都会将配重部分的质量加在泵房底板上。这种抗浮设计会导致泵房底板过沉，致使泵房底板埋得更深，产生的浮力也会随之增大，需要的配重也会增加。即自重抗浮和这种配重抗浮的经济性都不高，而且当地下水位升高时，配重抗浮的抗浮效果还会 受到较大影响。此外，可运用在泵房底板挑出部分上的填土或砌体作为配重。这种配重抗浮一方面抗浮计算的影响因素较多，不利抗浮计算的准确性的把握，易造成抗浮设计的不足。另一方面这种配重抗浮方案需要设置配重井，以确保抗浮的稳定性和有效性。在实际的泵房抗浮设计中，这种配重抗浮方案虽有一定的缺点，但只要掌握好运用，把握好抗浮需求的计算，其抗浮效果还是比较理想的。此外，这种配重抗浮方式施工方便、泵房底板无需深埋。是火力发电厂岸边取水泵房抗浮设计的理想方案之一。只是在抗浮设计过程中要特别注重抗浮计算的准确性，对整体抗浮和倾侧抗浮进行精细的验算。

2.2嵌固抗浮和锚固抗浮

嵌固抗浮对天然的地基的情况有一定要求，根据泵站设计规范对取水泵房的底板反应力土地基和岩石地基做了明确规定，增加了施工的难度和投资。因此，在抗浮施工设计中要对泵房底板应力进行充分的思考。如采用抗浮锚杆进行抗浮设计。设计中，首先要对抗浮锚杆截面积采用的抗力分项系数进行分析、确定。这主要是结合岩体的分布变化情况进行考虑的。岩石的变化性较强、离散性较大，因此抗力系数的取值就较大。钢筋的离散性较小，因此抗力系数的取值也就较小。其次，抗浮锚杆的截面积和长度要经过计算得出，并确保计算的科学性和准确性。此外，还可以利用底板下实施打孔灌注桩的方式进行泵房抗浮处理，利用桩与地基间的摩擦力抵抗浮力。一方面，灌注桩能为泵房结构提供支持力，在水位较深时，桩柱承受了向下的荷载力，确保了泵房的稳固性和安全性。另一方面，在丰水期水位上升时，桩柱受到向上的外力，这主要是浮力造成的。由于灌注桩的作用泵房的浮力受到牵制，桩柱起到了良好的抗浮作用。只是灌注桩的桩径、桩长等受水文地质影响较大，且造价较高，因此在设计前要对泵房的施工条件和方案进行全面的、充分的评估，以求以最小的造价达到泵房设计的最佳稳固性、安全性，确保岸边取水泵房抗浮设计的有效性、经济性。

2.3岸边取水泵房设计方案的选择原则

在岸边取水泵设计方案的选择则时，首先，要对地基承载力和抗拔力等进行准确的计算，并通过抗浮计算对整体抗浮和倾侧抗浮进行准确的验算，确保整体抗浮的安全性，避免单侧浮起的倾侧。其次，对施工的地质条件及天然地基控制的泵房底板的应力进行分析、测算，选取最适当的抗浮设计方案。再次，对泵房抗浮设计的方案进行造价评估，确保泵房设计的最小投资和最大经济效益。

三、岸边取水泵房抗浮计算

在抗浮计算时，首先要进行整体的抗浮计算，对整体抗浮的安全系数进行准确的评估。一方面，对泵房结构的总重力（包括泵房内水的重力）进行评估。另一方面，对泵房的总浮力进行评估。然后根据评估数值进行整体抗浮安全系数计算。（整体抗浮安全系数=泵房结构总重力/泵房总浮力）。当泵房抗浮安全系数大于1.1时，则泵房是安全的，通过自身的重力就可以抵制整体浮起的风险。反之，则需要重新考虑抗浮设计方案来补充整体抗浮的不足。其次，进行倾侧抗浮验算。倾侧抗浮验算的过程比较复杂，主要通过验算评估取水泵房在不均匀受力的状况下可能发生单侧浮起的可能性，避免泵房的不安全风险。第一，要结合泵房设计对泵房的重心进行计算。第二，对泵房的底板面应力进行准确的计算。第三对倾侧抗浮方案实施的抗浮锚杆的拉力等进行详细的计算。并对泵房基础面积最大应力值进行修正，确保泵房建筑的稳固性与安全性。

四、小结

火力发电厂需要取大量的水进行冷却循环，因此岸边取水泵房的建设对确保火电厂生产、运营具有重大作用。抗浮设计是岸边取水泵房设计的重点之一，抗浮设计的效果直接关系着取水泵房的稳固性与安全性，还关系着火力电厂的经济效益等，因此，在岸边取水泵房的建设中，必须重视取水泵房的抗浮设计，从取水泵房施工地的实际情况出发，慎重选择泵房的抗浮设计方案，确保泵房建设的自然条件和人工施工的紧密结合，确保泵房建筑的经济效益和稳固性、安全性。使建成的泵房能全面应对河流的涨、落造成的浮力变化问题，全面提升岸边取水泵房的抗浮设计效果，为电厂的安全生产提供保障。

参考文献：

[1]汤海频、裴文珑，红河流域大型取水泵房的形式选择[J]，红河水，2011（05）71-74

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【关键词】抗浮设防水位；水位确定

中图分类号：TV 文献标识码：A

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。

在千佛山大厦水文地质调查与抗浮设防水位咨询报告》完成后，我项目部请总工办金总进行了审查并于2012年11月1日组织相关专家召开了专家论证会，专家对咨询报告的相关内容及结论予以认可，并出具了书面专家论证意见。后将咨询报告及专家意见转设计单位按照新的抗浮设计水位进行结构设计。