地下室抗浮设计是整个工程设计的重要环节，在抗浮设计时需考虑抗浮稳定状态、工程结构刚度及荷载分布、工程水文地质条件及周边环境条件的影响。一般情况下，地下室抗浮设计主要采用排水限压法、隔水控压法、泄水降压法、压重法、抗浮板法、锚杆法与锚桩法。在进行抗浮锚杆设计时，可采用以下几种方式：采用锚杆+防水板结构形式、锚杆+筏板结构形式、锚杆+桩筏结构形式。

1、抗浮水位的确定

在建筑结构设计中，经常会遇到设防水位和抗浮水位。设防水位主要用于建筑的外防水和确定地下结构的抗渗等级，重在建筑物的防渗设计，与抗浮设计及结构构件设计无关，一般为拟建场地地下水的最大水头，可按历史最高水位+1m确定。抗浮水位主要用于结构的整体稳定验算及结构构件的设计计算，重在建筑物的抗浮设计，一般由勘察单位提供。若勘察报告未体现抗浮设计水位，设计院可根据《地基基础设计规范》3.0.4条6款要求勘察单位提供。对重大工程或抗浮水位对结构投资影响较大的工程，可建议建设单位委托勘察单位对抗浮水位进行专项分析研究，进行必要的水文实验并经专家论证后确定，以提高抗浮水位的准确性。

2抗浮设计的主要方法

2.1排水限压法

排水限压法主要是减少地下水产生的水头差，利用疏排的方式将地下水水位控制在一个不再需要采取其他抗浮措施的高程。排水限压法分为自流排水限压和机械抽排水限压方式。当地下水具备场地地势高差、水压坡降以及既有自行排泄口等自行排泄条件的工程可采用盲沟、排泄沟等自留排水限压；当地下水不具备自行排泄条件时，可采用盲沟、集水井、降水井等机械抽排水限压。汇水和排出设施的位置、数量和截面尺寸应根据地形条件、降雨强度及历时、汇水面积及流量等经计算确定。排出口高程低于洪水位时应采取防倒灌措施。地面排水系统主要用于疏排地表水、防止和减少地表水下渗，满足地表水、地下水和施工用水的排放要求，汇水区内外的截水、排水系统自成体系，同时采取防堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结等措施。地下排水系统包括渗排水沟、盲沟和集水井等设施，与地面排水系统相配合，形成地下水汇集、流经和排出的完整排水体系。采用排水限压法抗浮时，地下室底板下一般应设置滤水层、汇水层及集水管并形成有效的连通系统，同时应设置水压监测与预警系统，实时自动监控地下水水位。

2.2隔水控压法

隔水控压法主要是通过减少水的连通性控制过高水头差的形成。地下室埋深较深，抗浮水位较高时，设计可考虑充分利用基坑工程中的隔水帷幕，将基坑工程中的临时性隔水帷幕设计成永久性隔水帷幕，增加地下水渗流路径，提高隔水帷幕的耐久性，起到永久隔水减压的作用。采用隔水控压法抗浮时，隔水控压设施应与地面排水系统、地下排水系统有效结合，隔水帷幕的深度与厚度应满足抗隆起、防管涌、缓渗流的要求。隔水帷幕与地下室外墙之间应用素混凝土填筑。

2.3泄水降压法

泄水降压法主要用于地下室底板位于弱透水地层且四周设置有伸入弱透水层永久性隔水帷幕或地下室底板位于透水地层且四周设置有伸入透水层以下弱透水层的永久性隔水帷幕的地下室抗浮。在地下室底板下设置纵横双向滤水层，形成有效的连通系统，并在底板下设置透水系统，有效过滤地下水中的土壤颗粒，使压力水顺利导进地下室底层的排水明沟、集水井和沉淀池等后排泄集水系统。

2.4压重法

压重法主要适用于地下室整体抗浮稳定性不满足要求或自重与浮力相差不大的情况。单独采用压重法抗浮不经济时，可与其他抗浮措施配合适用。抗浮压重荷载包括地下室底板自重及其上部压重、地下室底板挑出外墙结构板自重及其上部覆土自重、地下室上部覆土自重或顶部压重。采用压重法抗浮时，应强调压重材料不应对环境、结构或构件、地下水或土等产生腐蚀和污染，同时结构或构件应满足构件压重、地下室底板外挑增重下的强度及变形要求。

2.5锚杆法

抗浮锚杆与边坡、基坑中使用的锚杆在承载方式、受力状态、变形要求和检测方法上均不相同，抗浮锚杆的布置决定着地下室底板的受力状态和抗浮作用的贡献。在满足地下室整体抗浮稳定的基础上，需考虑抗浮锚杆的布置形式可能影响地下室底板的受力及变形，以及可能引起局部抗浮不满足或底板开裂问题，一般布置形式：集中式布置宜用于局部抗浮，分布式布置宜用于整体抗浮或上部荷载分布差异不大的区域。

集中式布置即将锚杆集中布设在墙柱下及其周围，其优点是可利用墙柱下基础较高承载力进行荷载传递，基础锚固可靠，受力路径简单，同时可考虑抗压工况的承载力要求，但前提是整体抗浮稳定性应满足要求；此时，基础底板柱间跨中区域浮力需靠结构底板传递，底板受力及局部弯曲较大，造成底板厚度加大，适合地下水浮力不大，抗浮桩数量少的情况。

分布式布置即将锚杆均匀布置，或布置在墙柱之间，其优点是可根据地下室底板上部荷载的不均匀分布与浮力的平衡关系，利用锚杆进行荷载合理平衡，达到整体抗浮稳定要求，并使底板受力更小或更为均匀，变形及裂缝控制更为理想；采用预应力锚杆分布布置形式，变形控制效果尤为明显，也有利于预应力作业。

具体采用何种布设形式，应根据上部荷载、地下水浮力、地基承载力、结构墙柱跨度及基础刚度、抗浮锚杆承载能力等，按上部结构-基础-地基-抗浮锚杆共同作用理念进行设计，考虑荷载平衡、刚度调平最为经济有效。

2.6抗浮锚杆计算

以某工程地下室为例，工程概况如下：地下室底板面标高为51.30m，抗浮水位为55.00m，底板400mm厚，顶板及墙柱折算厚度350mm，顶板覆土0.5m，底板下部岩层为强风化泥质粉砂岩，锚固体与岩层间的粘结强度标准值为160kPa。建筑抗浮工程设计等级为甲级。

抗浮水头：55.00-51.30+0.40=4.10(m)

单位水浮力：F=4.1x10=41(kN/m²)

单位结构自重：G=0.5x18+0.75x25=27.75(kN/m²)

G/F=27.75/41=0.67<1.05，抗浮稳定性不满足要求，按3mx3m分布式布置抗浮锚杆，锚杆直径取150mm，锚固段为强风化泥质粉砂岩。

单根锚固承担的荷载标准值：N_t=(G-F)x3x3x1.35=161(kN)，取170kN。

锚杆锚固体长度计算：L_a≥KN_t/ξπdf_rbk=2.0x170/0.8x3.14x0.150x160=5.7(m)

锚杆筋体截面面积：A_s≥K_t·N_t/f_y=2.0x170000/360=945(mm²)

综上述，结合地勘报告，单根锚杆长度不小于12m，直径150mm，锚杆进入强风化泥质粉砂岩深度不小于6m，锚杆筋体选用3根22钢筋(HRB400)，筋体总面积为1152mm²，单根锚杆的抗拔承载力特征值为170kN。

3建筑结构抗浮设计的目的和内容

3.1地下室抗浮设计的目的

工程抗浮设计的主要目的是为了保证建筑物在施工阶段及正常使用阶段，避免结构上浮或破坏，并防止因地下水浮力作用而使结构产生附加变形，如结构裂缝、倾斜或局部破坏等。通常在进行地下室抗浮设计时，应综合考虑建筑荷载特征与功能要求、场地工程地质和水文地质及环境条件等因素确定抗浮设计方法。首先，要根据地下水的埋藏条件、补给条件和水头高度确定抗浮设计水位；其次，要根据地下室结构类型、荷载特征、使用要求及施工条件等因素确定抗浮设计方法；最后，根据拟采用的抗浮设计方法对地下室进行整体抗浮稳定验算及局部抗浮稳定验算，验算通过后，需对抗浮构件及与水浮力相关的结构构件在附加水浮力作用下进行强度、配筋及变形验算，验算结果均需满足相关要求。

3.2地下室抗浮设计的内容

地下室抗浮设计的主要内容包括：1）确定建筑抗浮工程设计等级及抗浮设计方案；2）对地下室进行整体抗浮稳定验算及局部抗浮稳定验算；3）采用抗浮锚杆时，应对锚杆间距、直径、锚固段长度、筋体面积、单根锚杆抗拔承载力特征值及材料进行计算与设计；4）地下室底板的布置及计算，包括结构布置、厚度、材料、配筋等；5）对施工期间的抗浮进行验算，提出地下室基坑停止降水时间的具体要求；6）提出抗浮工程检验、检测与验收的具体要求；7）提出抗浮工程在施工阶段和正常使用阶段的监测与维护要求。

3.3抗浮设计中应注意的问题

抗浮设计中应注意的问题：1）抗浮结构、构件及设施的耐久性年限均不应低于建筑工程结构设计工作年限；2）有变形、裂缝控制要求的抗浮结构和构件的变形和裂缝均应满足相关规范要求；3）按规范要求确定抗浮结构、构件及设施的工作环境，非主体结构材料不得对主体结构材料、结构或构件、地下水或土等产生腐蚀和污染；4）要求地下室施工过程中，不得对抗浮结构、构件及设施的性能造成损害；5）抗浮设计等级为乙级及以上、采取控制地下水水位及其联合方法的抗浮工程应进行水位和抗浮稳定性状态监测；6）抗浮设计等级为甲级的工程应进行抗浮结构及构件的内力和变形状态监测；7）抗浮工程应作为建筑地基基础工程的分项工程进行施工质量检验和验收。

3.4抗浮锚杆施工要求

抗浮锚杆的施工要求：1）成孔后立即清孔并注浆。锚杆采用二次注浆，第一次采用重力或低压(0.4-0.6MPa)灌浆，采用底部灌浆方式将导管底端插入孔底，在灌浆同时，将导管缓慢的匀速撤出，导管的出浆口应始终处于孔中浆体的表面以下，保证孔中气体能全部逸出，第二次采用高压注浆(2-4MPa)，孔口设止浆塞，在首次灌浆初凝后、终凝前向孔中二次灌注水泥净浆，注满后保持压力5-8分钟，二次灌浆管的边壁带孔且与钻孔等长，在首次灌浆前与锚杆杆件同时送入孔中。2）灌浆材料用42.5MPa水泥，氯化物＜0.1%，浆体强度等级M35，浆体应按配合比配制，一次灌浆及二次灌浆均选用水灰比0.50-0.55的水泥净浆，施工时当浆体工作度不能满足要求时应通过外加化学减水剂来解决，不得任意加大用水量，浆体应搅拌均匀，防止混入杂物堵管。 3）锚杆钢筋在底板内锚固可采用弯锚或端头加锚固板直锚，如采用专用钢筋锚固板须满足《钢筋锚固板应用技术规程》的相关要求，检测合格后方可使用。4）单根锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定，试验结果符合设计要求后才能大面积施工工程锚杆；5）全部工程锚杆施工完毕后，须抽取总数的5%且不少于6根做抗拔试验。

4结语：

建筑结构抗浮设计方法很多，结构设计时，选择何种抗浮设计方法是设计合理、工程质量可靠的关键。抗浮设计过程中，设计师需充分理解各种抗浮设计方法的基本原理和优缺点，深入研究工程地质情况和水文地质情况，精准把握上部结构及地下结构的荷载分布特征，预判工程实施过程中可能出现的不利因素或突发情况，准确计算水浮力及抗浮构件的内力与变形，提出合理的监测、检验、验收及维护要求，通过精准的抗浮设计方法来保证结构设计的安全、经济、适用。

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