关于地下建筑物抗浮设计的讨论

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1、关于地下建筑物抗浮设计的讨论***勘察设计审查咨询有限公司****内容提要地下建筑物抗浮设计是一个普遍存在的重要技术问题，由于缺乏专门、系统的研究，抗浮设计中常出现缺陷或错误，导致地下建筑物浮起，结构损坏的事例屡见不鲜；另一方面抗浮水位确定不合理或抗浮措施采取不当，造成重大浪费的问题也时有发生。本文根据规范的原则要求，结合笔者的认识和经验，对地下建筑物浮起的机理、浮起的类型、抗浮水位的确定、抗浮设计计算以及抗浮措施等进行了阐述，可供地下建筑物设计和施工参考。地下建筑物抗浮设计是一个复杂的技术问题，由于岩土工程条件及地下水的多变性，特别是缺乏专门系统的研究资料和观测资料

2、，对于几乎成为学术研究空白点的地下建筑物抗浮设计，相关规范没有条件作出更加明确具体的规定，导致认识上的分岐和设计工作的困难和混乱，不断引发地下建筑物浮起、结构破坏事故，或出现不应有的浪费现象。为解决抗浮设计的基本认识和具体操作问题，有必要对抗浮机理等重要概念进行澄清，对抗浮设计涉及的重要问题进行探讨。一、地下建筑物浮起的机理及基本条件众所周知，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。容易引起忽视的是水的浮力同时也遵循连通管原理，即不同截面尺寸(包括土中细微的孔道)的各连通管水位等高，且压强相等。因此，当地下建筑物与周围岩土介

3、质间因地下水通过大孔道或微小的孔隙渗入达到一定水位时，无论水的性质是潜水、上层滞水或承压水，无论渗入水量的多少，即使岩土介质与地下结构外墙间形成薄层水膜，即可产生强度为γh的浮力(γ为水的重度，h为建筑物基底以上的水深)7，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，建筑物将继续上浮。所以，建筑物浮起是一个渐进过程。水位高低是控制建筑物上浮的基本要素，水量的大小控制着建筑物的上浮量，地下建筑的浮起破坏是上述两个因素综合作用的结果。单是水位达到上浮临界水位，建筑物开始微小浮起，此时，如果水未继续补充，或渗入的水量小于基底和周边土的渗出水量时

4、，则建筑物不会继续上浮，地下结构不致破坏，已渗入基底的水在建筑物重量作用下，渗入基底或周边土介质之中，此时人们并未发现地下建筑上浮的危险征兆。这就是许多地下建筑物未采取抗浮措施，并未发现严重浮起的原因。一个简单的试验可以证明上述论述，将大小与形状相同的两个碗叠摞在一起，用滴管向两碗间隙中滴水，由于两碗间的间隙较小，间隙内水位达到临界上浮水位时，虽然滴入的水量不到碗的重量，但上面的碗已被浮起。至于水在岩土中的渗流规律对浮力的影响问题，属深层次的课题，但其结果对抗浮设计的影响不大。二、地下建筑物上浮的类型和破坏特点按上浮的时间和阶段可分为施工阶段上浮、使用阶段上浮和地下储

5、罐、水池检修卸载时的上浮。按上浮诱因可分为上层滞水(含地面水及雨水)、潜水和承压水单独引发的上浮或不同性质地下水有水力联系时综合引发的上浮。其中以上层滞水引发的上浮最为常见。地下建筑物上浮有整体上浮和局部上浮两种，面积不大的地下建筑物和水池等，常发生整体上浮。面积很大的地下建筑物常发生局部上浮，如一个连通的大的地下室上分布有若干栋塔楼的常见结构形式，塔楼下的地下室不致浮起，而塔楼以外的单纯地下室则可能浮起；一个大的地下室周边因有外墙的重量以及外墙与墙外填土摩阻力的影响，周边不浮起，而地下室中部重量较轻，可能会浮起等。不论地下建筑物是整体上浮或局部上浮，其浮起量是不均匀

6、、不对称的，原因是地下建筑物重量分布不一定均匀，填土与外壁的摩阻力不相等、水渗入基底的通道位置不固定、水位上升速度不同等因素所致。由于地下建筑物浮起量的不均匀、不对称，浮起过程常发生结构的破坏，具体表现为：底板及顶板出现不规则裂缝，柱的上下端出现反对称水平裂缝7，梁端出现垂直裂缝或斜裂缝等，上述裂缝的产生，均为不均匀上浮形成的巨大的附加弯矩和剪力作用的结果。三、地下建筑物的抗浮设计地下建筑物的抗浮设计应考虑以下几个主要问题，并进行必要的验算。1、施工阶段、使用阶段及检修卸荷阶段等不同阶段及工况的上浮验算。2、整体抗浮稳定的验算及局部抗浮稳定的验算。地下建筑物不仅要满足

7、整体抗浮的稳定要求，在墙体较少或荷载较小的部位尚要满足局部抗浮稳定的要求，抗浮稳定验算中，可变荷载不能作为有利因素加以考虑。3、地下建筑物外墙、底板等构件的强度及抗裂验算。在抗浮整体及局部稳定得到保证的前提下，才能进行地下建筑物结构的设计验算。作用于外墙的土压力应按静止土压力计算，根据周边填土性质适当考虑水压力，同时应考虑超载影响。底板的荷载组合较为复杂，对构造底板，应计及由于基础沉降引起地基对底板的反力，这个反力一般取建筑物竖向荷载总值(不扣除水浮力)的10%～15%。4、抗拔构件的抗力及强度验算当建筑物重量不能平衡水的浮力时，可设置抗拔构件或加大