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[摘 要]本文从抗浮设计思路、地下建筑结构抗浮设计中存在的问题、合理选取地下室抗浮水位，以及抗浮技术措施这四个方面对地下建筑结构抗浮设计及措施进行阐述。
[关键词]地下；建筑物结构；抗浮设计；措施
中图分类号：TU93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0178-01
一、前言
随着各种建筑物地下建筑结构的不断建设，在进行建筑结构设计的过程中对于抗浮设计的关注不断增加，下面就对地下建筑物结构抗浮设计进行探讨。
二、抗浮设计思路
由于地下结构上浮事故较少涉及人身安全问题，往往不被公众所关注，而且由于涉及建筑质量事故，参与建设的各方也不愿张扬，此类事件很少见诸于报端，甚至有业主对地下室上浮事件闻所未闻。所以人们甚至包括设计人员对抗浮问题理解不深、重视不够，特别是地下水位较浅的地区根本没有抗浮的概念，建设方往往要求不用考虑抗浮。因此有必要将抗浮问题上升到同抗震和消防一致，抗浮设计方针也应是“百年大计、有备无患”。因为结构目前没有上浮，不代表在其在建筑使用期内不会上浮。对抗浮进行研究的目的是为了避免设计过严而造成浪费，或设计不当而抗浮失效。
由于抗浮水位受种种不确定因素的影响，不妨仿照抗震设计的理念来提出抗浮三阶段设计：（1）常年水位不裂；（2）设防水位不坏；（3）极限水位不浮。可以把常年水位、设防水位、极限水位统称为抗浮设计水位。第一阶段，按常年水位按现行规范进行结构的抗裂和变形设计，重点是各构件的耐久性验算，包括抗拔桩和锚杆；第二阶段，按设防水位进行强度设计；第三阶段，按极限水位作临界抗浮设计。前两个阶段并不陌生，但应在既安全又经济的原则下对计算指标作些调整，抗浮水位的准确性已不再是关键。第三阶段的关键是临界抗浮设计的概念，也是抗浮设计的核心理念。
三、地下建筑结构抗浮设计中存在的问题
1.整体抗浮失效形态。整体抗浮失效是指当地下建筑结构自重与顶部重量之和小于地下水浮力时，在地下水浮力作用下所表现出来的整体结构发生偏移的现象。这种情况一般发生在大量降雨之后，地下水位偶然高于地下抗浮设防水位的高度，或者在判断地下抗浮设防水位不准确时。这种失效形态下当结构整体的位移发生变化时，标高也发生变化；但结构各部位间的相互位移很小，可以忽略；当结构构件出现较多无害裂缝时，结构不会出现严重损坏的现象。
2.局部抗浮失效形态。局部抗浮失效是由于地下结构的自重与顶部重量之和大于地下水浮力，而结构的局部承载力不足导致的。这种情况一般出现在施工阶段或上部没有施工的条件下，其主要特征是结构局部抗弯承载力不足，结构整体的标高无任何变化。一般情况下，此失效形态会出现在半埋于地下的建筑结构中，如带地下室的建筑。
3.局部整体抗浮失效形态。局部整体抗浮失效指的是以上两种抗浮失效形态同时发生的情形。地下工程抗浮失效事故常有发生，如地下车库、地下室、地下地铁车站等建筑（构）物的上浮，还有类似的地下工程在停止降水时底板的破坏等。在现有的地下结构中，对结构的防水要求越来越高，如地下加工厂、地下仓库，因此必须控制结构的裂缝宽度。
四、合理选取地下室抗浮水位
确定设防水位对建筑物安全来说至关重要。许多文献里都有提及确定岩土地基的地下水浮力不可单靠静水压力公式进行计算，因为在垂直方向上，地下水的压力不是简单地随着深度的增大而直线增大。依据《岩土工程手册》之规定，建筑物基础所处的持力层不同，浮力的计算也不相同。当建筑物基础处在节理裂隙不发育的岩石地基或工程底板紧密贴合着岩石的时候，浮力的计算可以折减，甚至忽略；当建筑物基础处在节理裂缝发育和砂土、粘土、粉土、碎石土的岩石地基的时候，因为地层具有良好的透水性，所以不能折减浮力。而当建筑物基础处在黏土地基的时候，浮力很难确定得准确，要根据当地的实际情况和经验综合考虑。
当地下室抗浮设防水位需要依据勘察单位提供的岩土工程勘察报告来确定的时候，则要遵循设计规范中规定之原则：地下室防水要求不严格，可参考勘测时实测的静止地下水位和最近3～5 年的最高水位来确定；地下室防水要求严格，则按照往年的最高地下水位确定。
五、抗浮技术措施
地下室结构形成封闭的箱体，在水压力作用下会受到向上的水浮力作用，同时桩基、基础底板和基础梁作用有向上的水浮力，不仅要考虑整体结构的整体抗浮，还需考虑构件的局部抗浮。对高层塔楼范围地下室一般结构自重大于浮力作用，不存在整体抗浮问题；当地下室结构重量小于浮力作用时，结构才可能上浮；常用的抗浮方案和措施有以下几种。
1.盲沟排水法
这种方法适用于常年水位低于地下室底板标高。沿地下室四周和底板下设置滤水层和排水管道，将水引导汇集到排水井内并用水泵抽排，地下水位一直维持至地下室底板下某一标高，使得底板基本不受水浮力，这种方法不仅解决了地下室的整体抗浮问题，同时也解决了底板的局部抗浮，其经济效益明显。
2.配重法
抗浮安全度不够是由于结构自重小于地下水对结构上浮力而造成，最直接的办法是增加结构自重或增加其上恒载，利用底板外伸部分增加回填土重量；如在地下室顶板上覆土，既解决了建筑绿化问题，同时又能增加恒载来提高结构的抗浮能力。如果在底板上增加配重，能同时降低底板的局部有效压力，有利于减小底板和基础梁的尺寸。值得注意的是，增加覆土厚度或增加底板厚度对地下室抗浮有效，但基础埋深势必增加，地下水浮力也相应增加，于是增加结构重量的作用会部分地被增加埋深所引起的浮力抵消，因此，抗浮设计使用配重抗浮技术措施时应认真核算。
3.抗浮桩法
抗浮桩利用桩侧阻力起抗浮作用，其抗浮能力与桩型、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。当按常规布置柱下桩基不能满足抗浮要求时，需要在抗浮底板下增设抗拔桩。《高层建筑岩土工程勘察规程》中规定：对地下水水位或使用荷载变化较大的地下室宜选用抗浮桩。抗拔桩的抗拔承载力应通过现场抗拔静载荷试验确定。
4.抗浮锚杆法
抗浮锚杆因具有造价低廉、施工方便、受力合理等优点而被广泛使用。但抗浮锚杆的设计、施工和检测还没有专业规范，给抗浮锚杆的应用带来不便。抗浮锚杆分预应力锚杆和非预应力锚杆，普通锚杆只有结构底板发生一定的位移才开始被动受力，适用于水浮力不大且对位移要求低的地下室；当水浮力较大且对位移及渗漏要求较高的地下室应采用预应力锚杆。预应力锚杆初始预加力增加了桩基的负荷，预应力的张拉也须结构达到设计强度后方能进行。
六、结语
总的来说，随着城市建设的不断向前发展，各种建筑物地下建筑结构越来越多，加强对于地下建筑物的抗浮设计有助于提高建筑结构的安全要求，进而保障人们的生命安全。
参考文献
[1] 田存，王智军 地下工程抗浮设计探讨[J]《甘肃科技》2013年8月，第10期，213-215页.
[2] 刘光明 地下室抗浮设计措施[J]《山西建筑》2010年2月，第5期，321-324页.
[3] 刘军广，赵涛峰 地下建筑结构抗浮设计及措施探讨[J]《城市建设理论研究（电子版）》 2013年2月，第2期，121-124页.
[4] 葛英华 浅谈地下水池建筑结构抗浮设计[J]《广东科技》 2012年1月，第9期，167-169页.
[关键词]地下；建筑物结构；抗浮设计；措施
中图分类号：TU93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0178-01
一、前言
随着各种建筑物地下建筑结构的不断建设，在进行建筑结构设计的过程中对于抗浮设计的关注不断增加，下面就对地下建筑物结构抗浮设计进行探讨。
二、抗浮设计思路
由于地下结构上浮事故较少涉及人身安全问题，往往不被公众所关注，而且由于涉及建筑质量事故，参与建设的各方也不愿张扬，此类事件很少见诸于报端，甚至有业主对地下室上浮事件闻所未闻。所以人们甚至包括设计人员对抗浮问题理解不深、重视不够，特别是地下水位较浅的地区根本没有抗浮的概念，建设方往往要求不用考虑抗浮。因此有必要将抗浮问题上升到同抗震和消防一致，抗浮设计方针也应是“百年大计、有备无患”。因为结构目前没有上浮，不代表在其在建筑使用期内不会上浮。对抗浮进行研究的目的是为了避免设计过严而造成浪费，或设计不当而抗浮失效。
由于抗浮水位受种种不确定因素的影响，不妨仿照抗震设计的理念来提出抗浮三阶段设计：（1）常年水位不裂；（2）设防水位不坏；（3）极限水位不浮。可以把常年水位、设防水位、极限水位统称为抗浮设计水位。第一阶段，按常年水位按现行规范进行结构的抗裂和变形设计，重点是各构件的耐久性验算，包括抗拔桩和锚杆；第二阶段，按设防水位进行强度设计；第三阶段，按极限水位作临界抗浮设计。前两个阶段并不陌生，但应在既安全又经济的原则下对计算指标作些调整，抗浮水位的准确性已不再是关键。第三阶段的关键是临界抗浮设计的概念，也是抗浮设计的核心理念。
三、地下建筑结构抗浮设计中存在的问题
1.整体抗浮失效形态。整体抗浮失效是指当地下建筑结构自重与顶部重量之和小于地下水浮力时，在地下水浮力作用下所表现出来的整体结构发生偏移的现象。这种情况一般发生在大量降雨之后，地下水位偶然高于地下抗浮设防水位的高度，或者在判断地下抗浮设防水位不准确时。这种失效形态下当结构整体的位移发生变化时，标高也发生变化；但结构各部位间的相互位移很小，可以忽略；当结构构件出现较多无害裂缝时，结构不会出现严重损坏的现象。
2.局部抗浮失效形态。局部抗浮失效是由于地下结构的自重与顶部重量之和大于地下水浮力，而结构的局部承载力不足导致的。这种情况一般出现在施工阶段或上部没有施工的条件下，其主要特征是结构局部抗弯承载力不足，结构整体的标高无任何变化。一般情况下，此失效形态会出现在半埋于地下的建筑结构中，如带地下室的建筑。
3.局部整体抗浮失效形态。局部整体抗浮失效指的是以上两种抗浮失效形态同时发生的情形。地下工程抗浮失效事故常有发生，如地下车库、地下室、地下地铁车站等建筑（构）物的上浮，还有类似的地下工程在停止降水时底板的破坏等。在现有的地下结构中，对结构的防水要求越来越高，如地下加工厂、地下仓库，因此必须控制结构的裂缝宽度。
四、合理选取地下室抗浮水位
确定设防水位对建筑物安全来说至关重要。许多文献里都有提及确定岩土地基的地下水浮力不可单靠静水压力公式进行计算，因为在垂直方向上，地下水的压力不是简单地随着深度的增大而直线增大。依据《岩土工程手册》之规定，建筑物基础所处的持力层不同，浮力的计算也不相同。当建筑物基础处在节理裂隙不发育的岩石地基或工程底板紧密贴合着岩石的时候，浮力的计算可以折减，甚至忽略；当建筑物基础处在节理裂缝发育和砂土、粘土、粉土、碎石土的岩石地基的时候，因为地层具有良好的透水性，所以不能折减浮力。而当建筑物基础处在黏土地基的时候，浮力很难确定得准确，要根据当地的实际情况和经验综合考虑。
当地下室抗浮设防水位需要依据勘察单位提供的岩土工程勘察报告来确定的时候，则要遵循设计规范中规定之原则：地下室防水要求不严格，可参考勘测时实测的静止地下水位和最近3～5 年的最高水位来确定；地下室防水要求严格，则按照往年的最高地下水位确定。
五、抗浮技术措施
地下室结构形成封闭的箱体，在水压力作用下会受到向上的水浮力作用，同时桩基、基础底板和基础梁作用有向上的水浮力，不仅要考虑整体结构的整体抗浮，还需考虑构件的局部抗浮。对高层塔楼范围地下室一般结构自重大于浮力作用，不存在整体抗浮问题；当地下室结构重量小于浮力作用时，结构才可能上浮；常用的抗浮方案和措施有以下几种。
1.盲沟排水法
这种方法适用于常年水位低于地下室底板标高。沿地下室四周和底板下设置滤水层和排水管道，将水引导汇集到排水井内并用水泵抽排，地下水位一直维持至地下室底板下某一标高，使得底板基本不受水浮力，这种方法不仅解决了地下室的整体抗浮问题，同时也解决了底板的局部抗浮，其经济效益明显。
2.配重法
抗浮安全度不够是由于结构自重小于地下水对结构上浮力而造成，最直接的办法是增加结构自重或增加其上恒载，利用底板外伸部分增加回填土重量；如在地下室顶板上覆土，既解决了建筑绿化问题，同时又能增加恒载来提高结构的抗浮能力。如果在底板上增加配重，能同时降低底板的局部有效压力，有利于减小底板和基础梁的尺寸。值得注意的是，增加覆土厚度或增加底板厚度对地下室抗浮有效，但基础埋深势必增加，地下水浮力也相应增加，于是增加结构重量的作用会部分地被增加埋深所引起的浮力抵消，因此，抗浮设计使用配重抗浮技术措施时应认真核算。
3.抗浮桩法
抗浮桩利用桩侧阻力起抗浮作用，其抗浮能力与桩型、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。当按常规布置柱下桩基不能满足抗浮要求时，需要在抗浮底板下增设抗拔桩。《高层建筑岩土工程勘察规程》中规定：对地下水水位或使用荷载变化较大的地下室宜选用抗浮桩。抗拔桩的抗拔承载力应通过现场抗拔静载荷试验确定。
4.抗浮锚杆法
抗浮锚杆因具有造价低廉、施工方便、受力合理等优点而被广泛使用。但抗浮锚杆的设计、施工和检测还没有专业规范，给抗浮锚杆的应用带来不便。抗浮锚杆分预应力锚杆和非预应力锚杆，普通锚杆只有结构底板发生一定的位移才开始被动受力，适用于水浮力不大且对位移要求低的地下室；当水浮力较大且对位移及渗漏要求较高的地下室应采用预应力锚杆。预应力锚杆初始预加力增加了桩基的负荷，预应力的张拉也须结构达到设计强度后方能进行。
六、结语
总的来说，随着城市建设的不断向前发展，各种建筑物地下建筑结构越来越多，加强对于地下建筑物的抗浮设计有助于提高建筑结构的安全要求，进而保障人们的生命安全。
参考文献
[1] 田存，王智军 地下工程抗浮设计探讨[J]《甘肃科技》2013年8月，第10期，213-215页.
[2] 刘光明 地下室抗浮设计措施[J]《山西建筑》2010年2月，第5期，321-324页.
[3] 刘军广，赵涛峰 地下建筑结构抗浮设计及措施探讨[J]《城市建设理论研究（电子版）》 2013年2月，第2期，121-124页.
[4] 葛英华 浅谈地下水池建筑结构抗浮设计[J]《广东科技》 2012年1月，第9期，167-169页.