干货！抗浮建筑浮力计算取值的探讨

近年来，建筑工程抗浮的安全性、经济性等受到越来越多的关注。《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019，综合了建筑、市政、水电、港工、轨道交通、公路等多个行业涉及抗浮问题的技术内容，对解决各行业共性的抗浮技术问题，提出了全面的、系统的设计标准，对规范、指导工程抗浮设计，保证工程抗浮的安全性、适用性、经济合理性等有重要的意义。本文通过对《标准》6.2节浮力取值的部分内容认真分析，并结合作者个人工作经验，认为《标准》6.2节浮力取值表达式取值有待商榷，部分情况下提高了抗浮标准，需待大家进一步深入探讨。

为便于理解《标准》条文内容，本文根据条文规定内容设计了理解图示，以方便理解和说明问题。为简化模型，假设抗浮水位于地坪标高、土层为①、②、③共3层，其中②层为隔水层，承压水头稍高于地坪，结构底板稍低于①、②层交界，嵌于②层土。

1）静水位（抗浮水位）下浮力值的《标准》规定与理解图一：

6.2.1式的表达很易理解，不再赘述。

2）承压水条件下浮力值的《标准》规定与图解图二：

本条包括了2-1、2-2两个表达式，2-2式是2-1计算为负值时的补充，即计算为负时，直接赋值为“0”，以下不再讨论2-2式情况。

商榷一 ：式中重度取值为浮重度，工程意义不对。如果隔水层完全不透水，显然其压重即为自重,表达式应为: pw-γ*hc  (γ=隔水层重度)。当隔水层存在由下向上渗流时，按下列两种极端情况模型进行分析：           

模型A1，基底设计有排水措施，渗流到基础底的水不积集（有排水措施）。此时隔水层对水压力的平衡应包括浮重度，即《标准》采用的指标，但由于水是由下向上渗流的，因此尚应扣除水的自重影响，即水的比重，结果的总效应是浮重度+水重度，即为土层的饱和重度。此结论也可用抗渗流稳定计算的重度取值进行佐证，见《地基基础设计规范》GB50007-2011附录W.0.1的抗渗流稳定表达式，式中重度为饱和重度。实质上W.0.1的验算情况即为本条2-2式表达的内容，即承压水压力小于隔水层重，方能保证土体渗流稳定。本条2-1为承压水压力较大情况，即扣除隔水层重后，尚有剩余压力浮托基础底板，即底板受到的浮力。表达式：pw-γ*hc。

模型A2，基底没有排水措施，如果承压水水量无限，且渗流时间足够长。在此模型情况下，基础周边水位将上升，最终水头达到承压水头高度。此时底板受到的浮力是pw-γw*hc   (γw=水重度)。

从以上两个模型来看当基底受到承压水压力作用时，此压力应为模型A1计算值与模型A2计算值之间的数值。其中模型A1是最小可能压力pw-γ*hc，模型A2是最大可能压力pw-γw*hc。

3）浮力标准值总和的规定与图解图三：

本条规定了浮力标准值总和为6.2.1、6.2.2、6.2.3（水平向渗透压力，本文不讨论）3种情况结果的代数和。

商榷二： 浮力标准值总和取各项式的代数和，工程意义不明确，当工程属于6.2.1、6.2.2工况时，各自表达的计算是正确的（6.2.2改后），但当抗浮水位、承压水按图示综合作用时，分别验算的工况简单叠加，来计算总浮力是不合理的。如图三所示两种水位共同作用情况，现采用两种模型进行讨论。 

模型B1：基础底板与土层间是透水的（这是工程一般实际情况），此时在板底标高的水压仍是6.2.1式Fw，此时承压水也由底板标高的水压Fw平衡而不再发生竖向渗流。如果承压水头较高，计算有Ffc>Fw时（如果有的话），则此时竖向渗流还会发生，水位会升到承压水头高度。此模型情况时间和模型A2基本一样，即由最终水头决定底板压力。既由静水位和承压水头的计算的基底浮力较高值决定基底浮力。

模型B2：基础底板与土层间为不透水时，此时底板受到的浮力为承压水计算浮力Ffc。而静水位的水对结构只有侧墙压力，而没有底板浮力。

通过静水位与承压水共同作用的分析表明，不论承压水头与静水位的高度关系如何，基础底板最多只能受到两种工况计算压力较大值的作用，而不是分别计算的代数叠加。

通过前面的分析、讨论，《标准》条文6.2.2、6.2.4的浮力计算式，表达的工程意义不明确，因此提出以下建议：

1）承压水条件下浮力值表达式6.2.2-1的取值 建议采用范围值 ，具体浮力取值受到抗浮治理措施、隔水层渗透性、隔水层厚度及水头高度等因素影响，应根据工程情况确定。 浮力值 范围为模型A1计算值与模型A2计算值之间的数值，即有：（pw-γ*hc）<  Ffc  <（pw-γw*hc）。

2）静水位（抗浮水位）与承压水、稳定渗流共同作用时， 采用三者分别计算的代数叠加与共同作用分析结果有出入。 前面分析表明，静水位与承压水共同作用时，是二者的 分别作用 较大值对工程底板压力起到决定作用。因此，《标准》6.2.4的浮力计算式， 建议取静水位 浮力与承压水浮力二者中的较大值，与水平渗流作用叠加。

本文对《标准》6.2.2、6.2.4的浮力计算问题进行了分析探讨， 提出了其中个别表达式有待商榷或完善， 并提出相关建议。欢迎同行批评指正。