建筑工程抗浮设计

丁凯

摘要 本文通过对目前建筑工程结构设计工作中，抗浮设计的总结，使我们结构设计人员能掌握这些内容的设计方法、在满足相关规范要求的前提下顺利完成此部分内容的结构施工图工作。

关键词 抗浮水位 水浮力 结构自重 抗浮锚杆

一、概述

随着环境保护工作加强，我们的居住环境日益改善。随着地下水位日渐恢复提升，我们的建筑结构设计工作，在进行建筑抗浮计算时却面临抗浮设防水位选取困难的境地：是着眼于当下，根据实际勘察出的地下水位选取抗浮设防水位，进行建筑抗浮计算；还是放眼未来，提升抗浮设防水位，进行建筑抗浮计算。

同时，我们在进行建筑工程设计工作时，还应满足各地不同的要求。

比如，2018年9月28日，成都市城乡建设委员会发布了《成都市城乡建设委员会关于印发《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》的通知》。该规程不但明确了各阶地的抗浮设防水位的选取，还明确了建筑的抗浮设计由设计单位进行，同时还对抗浮锚杆（抗浮设计的常规手段）的最小长度及设置抗浮锚杆的抗水板的最小厚度提出了明确要求。

本文通过几个已经主体验收的实际工程分享和总结，向大家介绍在我们日常的结构设计工作中，如何开展和进行抗浮设计的设计工作。让我们的结构设计人员，能掌握抗浮设计的基本设计方法和操作流程，在满足相关规范要求的前提下顺利完成此部分内容的结构施工图工作。

二、抗浮设计

对于带有地下室的建筑，首先要根据地勘报告所提的抗浮水位对地下室的不同部位进行抗浮计算，根据计算结构判定地下室各区域是否需要进行抗浮设计。抗浮计算与抗浮设计，要依据《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）相关章节及内容进行。在该标准颁布之前，我们的结构设计人员主要依据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）进行单根抗浮锚杆的承载力验算。笔者对比了两本规范，关于单根抗浮锚杆承载力验算的相关内容及公式，基本上一致。但《建筑工程抗浮技术标准》中，新增了群锚承整体破坏时的锚杆承载力计算公式；另外对于水浮力及结构自重等相关内容的计算，均给出了明确的要求。广大结构设计人员在进行抗浮计算与抗浮设计前，还是应该对此标准进行认真学习。

1、抗浮计算

对于带有地下室的建筑，在进行抗浮计算时，主要计算两个内容：水浮力、抗浮力。

水浮力：顾名思义，就是抗浮水位以下的地下水，对地下室产生的上浮力。当结构自重小于这个上浮力时，整个建筑就会处于失稳状态而发生破坏。具体水浮力的计算，《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）中有具体的公式，结构设计人员直接套用公式计算即可，这里不再赘述。这里需要特别说明的是，地下室的独立基础或桩基础之间，一般我们采用的抗水板与基础连接。相对于其跨度而言，抗水板厚度不大，我们不应将其视作刚性。所以在计算水浮力时，我们应分区域计算各区域的总水浮力。此区域的划分应结合上部自重不同区域、及底板标高不同的区域等来划分。如上部各塔楼、每个塔楼范围划成一个区域，纯地下室不同层数的区域、或底板标高相差较大的区域也可以各自划分成不同的区域。若基础采用筏板基础时，筏板厚度较大，可以认定其为刚性，那么一个筏板范围可以划分为一个区域；筏板以外的抗水板区域可以按照上面的原则再进行区域划分。

抗浮力：《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）中对抗浮力计算的内容有明确的要求，此处不再赘述。抗浮力的计算，也应根据计算水浮力时划分的区域，各自计算各区域的总抗浮力。

完成地下室各区域水浮力与抗浮力计算后，即可计算各区域的抗浮稳定性来判定此区域是否需要进行抗浮设计。

2、抗浮设计

完成抗浮计算，即可确定各区域是否需要进行抗浮设计。《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）中，给出了几种不同的抗浮方案。但根据工程具体的情况及目前实际工程经验，应用较为广泛的抗浮手段，还是在抗水板下设置抗浮锚杆。抗浮锚杆具有施工简单、质量可控、可靠性高、对建筑功能影响较小的优点。下面笔者也着重对采用浅基础（如筏板基础、柱下独基、墙下条基）+抗水板的地下室，采用抗浮锚杆进行抗浮设计的方法进行介绍。

通过抗浮计算，将需要进行抗浮设计的区域，水浮力（单位KPa）-抗浮力（单位KPa）得出的数值，即可视作每平方需要抗浮锚杆提供的抗力。然后及可以进行锚杆的承载力试算与布置。《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》中要求，抗浮锚杆上部不小于0.5m的长度作为构造段；土层锚杆的锚固段长度不应小于6.0m，岩石锚杆的锚固段长度不应小于3.0m。我们可以按最小锚固长度，试算锚杆的承载力。然后再暂按锚杆间距为2.5m，去试算每平方锚杆提供的抗力与需要的抗力进行比较。若提供的抗力大于需要的抗力，适当增大锚杆间距即可。若提供的抗力小于需要的抗力，就需要增长锚杆锚固段长度，再行计算锚杆承载力，再进行比较，直至提供的抗力大于需要的抗力为止。确定大致的锚杆锚固段长度和间距后，即可进行锚杆的布置。

锚杆布置过程中需要注意，独基下不要布置抗浮锚杆，在水浮力作用下，独基及周边一定范围内的变形远小于抗水板跨中的变形，故独基下的抗浮锚杆发挥的作用较小。所以抗浮锚杆的布置应遵循跨中密集、基础下不布置、基础周边稀疏的原则。若采用刚度较大的筏板基础时，可以均匀布置抗浮锚杆。

布置完锚杆，要将该区域布置的所有锚杆承载力总值计入抗浮力，再行计算该区域的抗浮稳定性。抗浮稳定性不满足规范要求时，应增加抗浮锚杆数量或增长锚杆，直至抗浮稳定性满足规范要求。

抗浮锚杆还应注意以下几个问题：

1. 抗浮锚杆长度=构造段长度+计算确定的锚固段长度。

2. 锚杆正式施工前，必须在施工区域内，进行锚杆承载力试验。若试验锚杆承载力远大于计算锚杆承载力，应根据试验结果减小锚杆的长度或加大锚杆的布置间距。若试验锚杆承载力不满足设计锚杆承载力的要求，必须按照试验得出的锚杆承载力，重新进行锚杆的承载力计算和布置。

3. 基础承载力计算，在进行基础承载力计算时，对地下水位的设置一定要特别注意。地下最高水位应设置为抗浮水位，地下最低水位应设置至地下室底板最低点的垫层以下，同时应点取低水位参与荷载组合。这样设置参数，才能保证在进行基础承载力计算时，不计入水浮力的影响。否则在实际情况中，若在某种因素下地下水位降至基底以下，就可能会出现基底平均反力大于地基承载力的情况，导致基础处于不安全的状态。

4. 抗水板厚度，当地无要求时，可暂按300mm厚进行初步计算，最终板厚取值以满足计算为准。同时，还应满足项目所在地的地方规定。如《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》中要求，设置抗浮锚杆的抗水板厚度不应小于400mm。

5. 抗水板配筋，在基础计算中，建议考虑抗浮锚杆对抗水板约束作用，这样计算抗水板配筋会更符合实际情况，同时也可以节约建造成本。

三、结语

通过以上内容的总结，结构设计人员可以初步掌握抗浮设计的基本设计方法，顺利完成相关内容的结构施工图工作。

但笔者毕竟水平有限，本文中也难免有错漏之处，或者认识不足之处。欢迎大家给予指正和批评。

参考文献：

1. 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010 （2015年版）

2、《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013

3、《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019