抗浮设计到底怎么做？一线结构师们这样说！（二）

类比汽车，除了初始的生产状态，保养也尤为重要。抗浮设计亦是如此，除了规范中列举的各项设计和验算重点外，个人认为“ 使用说明 ”也尤为关键，任何好的设计都要配套正确的“使用说明”。近年发生的抗浮破坏，很多都发生在“非设计最终状态”，如地库未进行覆土时遇到水位急速上涨等。因此，建议设计师要在设计说明和施工交底中对影响抗浮状态的关键环节提出明确的控制方法，如：肥槽回填材料的透水性、停止降水的时机、水文观测要求、地库未覆土时的疏水方式等。当然，设计师也要关注“局部抗浮问题”，如局部拔柱、有底板的下沉庭院等。

本人从事结构设计工作将近20年，承担过大量抗浮设计实践，从自身感受出发，对设计师朋友提供以下建议：

（1）重视抗浮设计选型 。如抗拔桩、抗拔锚杆、配重材料等，对它们的特点、适用范围和价格进行调研收集，并且要紧密结合项目当地的工艺习惯、供货能力等，综合进行研判，提供切实可行经济合理的方案。例如，地库或裙房抗拔桩是否存在长期受压状态，从而对控制主裙差异沉降不利等，再如，使用钢渣混凝土回填配重时，其放射性是否对人体健康有影响等，都是需要设计师周密考虑的因素。

（2）重视新型材料和工艺的学习。 随着科技的不断进步，土木工程领域的创新也是大踏步前进，设计师不能固步自封，停留在旧有的思维体系中，要学习和掌握安全可靠、经济合理的新工艺和新措施，如囊扩底式抗浮锚杆等。

（3）牢记“安全无小事”的原则， 细致的核对每一个设计参数，而且抗浮设计的很多参数与勘察有关，要密切和勘察单位进行互动，对设计参数的准确性和适用性进行落实。可能出现要特别注意特殊条件下的抗拔桩和抗拔锚杆设计，如场地周期性水位变化幅度较大，土质存在湿陷性等，可能出现负摩擦阻的不利情况。

（4）妥善解决局部抗浮问题。 当出现局部拔柱、有底板的地下庭院时，要特别注意局部抗浮问题，尤其是在安全和经济之间要妥善权衡平衡点。例如，局部拔柱后形成的大空间，可以利用底板的抗弯能力进行抗浮，也可以采用配重、抗拔构件等措施解决，这时需要考虑结构开裂风险与渗水风险，由于基础底板渗漏修补的复杂性，个人倾向于采用抗浮措施如增加基础配重或设置抗拔锚杆解决局部抗浮问题，避免基础底板处于长期受弯而易引发开裂渗漏、防水材料变形过大失效等耐久性问题，从长远角度经济效益较好。

地下室抗浮设计主要 关键点在于抗浮水位的取值 。去年浙江义乌地下室上浮案件的判决结论：“设计院在设计施工图过程中，应当考虑到地表水渗入地下可能引起地下室底板自重不足而上浮的情形，即应当对地下室底板的抗浮措施进行设计，而其设计上的遗漏即构成违约，应对本案工程加固费用的损失承担相应的赔偿责任。”从中可以看出，即使设计时抗浮水位依据地勘报告建议取值，设计单位因为没有判断其合理性而需承担相应责任。选取地下室抗浮水位时，除了应考虑当地的历史最高洪水位之外，还应考虑室外地表高差，特别是市政道路的高差等。此外，基础选型、土层力学参数取值、地下室顶板覆土厚度等，也是影响地下室抗浮安全的因素。

施工阶段的地下室抗浮安全，同样不容忽视 。结构抗浮设计是按照使用阶段的上部荷载抵扣水浮力进行计算，施工阶段则常用坑外降水，上部主体结构施工到多少层才能停止降水，设计文件应予以明确。 综合既往工程经验，“抗浮”措施主要有：

（1）通过桩基础与桩周土之间的摩擦力，抵抗地下室的水浮力。 抗浮桩型主要有灌注桩或者预制桩，灌注桩合理分段配置钢筋，满足受力和裂缝的要求；管桩则尽量避免有接头，多节管桩时选用一节还是两节的抗浮承载力需要谨慎选择，必要时进行专家论证。

（2）均匀抵抗水浮力， 在基岩接近地表的地区，通常采用抗浮锚杆，此时不一定仅在墙柱附近布置锚杆，可以基础底板均匀布置。

（3）适当增加上部结构的重量， 如结合室外景观合理设置地下室顶板覆土厚度，必要时可在基础底板上填充如配重混凝土、配重砂浆等比重较大的材料。

（4）坡地建筑（图1）可以分段选取抗浮水位 ，不能一刀切选取最高点或者最低点标高。

抗浮设计属于地下结构设计的相关内容，与其他结构设计相比，有通用的一面也有其特殊性，需要重点关注以下几个方面：

（1）抗浮水位。 抗浮设防水位直接决定了地下室水压力大小，目前地基规范、行标和各地方标准规定有所差异。实际上，确定抗浮设防水位是个非常复杂的问题，与场地的工程地质、水文地质的背景条件，还取决于建筑整个运营期间内地下水位的变化趋势，后者受人为的因素和政府水资源政策等的影响。因此抗浮设防水位对结构安全性或造价影响较大时，需要对勘测报告提供的抗浮设防进行技术性审查，可建议建设方进行专门的水文地质勘察分析，查明建设场地水文地质条件和地下水的动态变化规律，确保抗浮设防水位的取值安全可靠，科学合理。

（2）抗浮计算与设计。 抗浮计算理论相对简单，即采用阿基米德定律原理，向下的重力与向上的浮力保持平衡。地下室抗浮设计既要进行整体抗浮验算，保证地下室抗浮力（压重+抗拔力）大于水的总浮力，也要进行局部抗浮验算，确定柱、桩、墙的压力或者拉力能平衡其所影响区域内总的水浮力值，保证地下室不出现局部上浮破坏。对于大面积地下室上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围，更要验算分区、分块的局部抗浮能力，例如：柱、桩、墙的压力或拉力能否平衡它所影响区域里的水浮力总值。另外还需关注地表水的抗浮验算，关注施工期间的抗浮水位，此时应将上部建筑荷载调整为施工期间的荷载进行验算。

（3）抗浮措施的选用。 结构的常用抗浮措施主要包括：增加建筑物自重及压重（顶板底板厚度及顶板覆土）、采用抗拔桩、抗浮锚杆等；增设局部结构刚度和构件强度；各项措施各有优缺点。应根据工程地质情况、抗拔力数值、周边环境等因素综合考虑，选择安全经济的抗浮桩桩型。灌注桩与预制实心方桩的连接构造简单可靠，选用预应力管桩抗拔则需要考虑的因素较多。同时，地下结构抗浮设计中采取抗压桩兼做抗拔桩这种措施时，需注重桩与承台有效连接，进而提高抗拔桩承载力；当为多节预制桩时，接桩处构造做法如采用机械连接咬合接头也需满足抗拔桩承载力的要求。

（4）施工的影响。 抗浮设计需要明确地下室停止降水的条件，还需关注施工过程中不利影响，比如深基坑、未竣工中地基中复杂水对土的影响，应要考虑施工期间的静止水位压力与渗流、承压水的综合作用；当地下室地基为不透水的岩土层、支护又严密的基坑，容易造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏的盲点，一旦暴雨来临，地面的地表水全流入基坑形成“脚盆”效应（图2、3），即基坑为 “大脚盆”，地下室成为“小脚盆”。施工期间一旦未及时采取降水措施就会将“小脚盆”浮起，使用期间若不将四周的回填土采用粘性土分层夯实形成止水层，也同样会产生“脚盆”效应。

抗浮设计的关键在于设计原则及设计思路。 建筑工程应遵循建筑自重加抗浮力大于水浮力的基本原则，并考虑适当的安全系数；一般情况下，建筑自重和结构刚度难以大幅调整，且仅利用结构自重和刚度进行抗浮的性价比较小，因此当前主要从增强抗浮力与削弱水浮力的角度着手进行抗浮设计：增强抗浮力主要采用抗浮锚杆和桩（目前抗浮主流方式，已广泛应用），削弱水浮力一般通过控制动静水压力（平原地区一般是降低抗浮水位，目前有排水、泄水、载水等减压方法）进行主动抗浮。

抗浮设计思路在于明确抗浮设计步序 ，首先主被动抗浮方案选型，其次确定抗浮水位，最后解决好抗浮稳定性问题并制定相应技术措施。

（1）抗浮方案选型。 主要根据建筑功能及荷载特征、工程与水文地质条件、地形地貌、周边环境、施工条件等因素并考虑耐久性、经济性、安全性，进行抗浮方案比选。

（2）确定抗浮水位。 1）被动式抗浮建议按下列情况确定：①一般取设计室外地坪标高，室外高差变化较大时可分段确定抗浮水位；②坡地应根据上下游水头、分水岭、地下室分布等因素综合考虑；③对于临江、河等大型地表水体场地，应结合场地与地表水体的水力联系确定抗浮水位，且不低于最高洪水位；④场地地势低洼且有可能发生淹没、浸水时，抗浮水位应综合确定，必要时可取室外地坪标高加1m。2）主动式抗浮建议按长期运行和维护下的可控可靠安全水位，个人认为安全系数一般不小于1.2（主要考虑甲级抗浮安全系数与水位波动安全系数均为1.1）；目前排水、隔水、泄水等减压方案受环境保护、耐久性及可控性等因素影响应用范围较小；载水减压方案充分利用结构自重、覆土等有利荷载抵抗减压后的地下水浮力，既可控制地下结构的排水量，又能利用正负压反冲洗进行修复，结合智能管控系统，实现“绿色建造、高质量发展”的设计目标，具有广阔的应用前景。

（3）抗浮稳定性及技术措施。 抗浮稳定性：一般主要控制建筑结构施工期和使用期的抗浮稳定性，包括整体抗浮稳定和局部抗浮稳定。根据本人处理的众多抗浮事故现场经验，问题多出现于施工期抗浮或局部抗浮（特别是距离塔楼2~4跨范围内）。抗浮技术措施：基于选定的抗浮方案进行抗浮构件布置、承载力、抗浮水位等计算和控制，满足安全耐久、可控可靠、保护环境等要求，相关规范已有相应规定，此处不再赘述。

载水减浮新技术简图

抗浮设计时应从以下几个方面加强关注： 1）抗浮设计水位的选取。2）现场地下水的详细情况。3）考虑汛期、暴雨极端天气对场地地下水位的影响。4）抗浮措施的选取。如：抗拔桩、抗拔锚杆、顶板配重、底板配重等，可根据具体项目，选用一种措施或者几种措施组合。

抗浮设计有两种思路方法，一个是“抗”，一个是“疏”。“抗”的案例：前年做的一个安置房项目，地下车库为两层，负二层底板标高为-9.7m，抗浮设计水位为-1.3m，由于水位相差较大，故抗浮设计采用底板抗拔锚杆+顶板覆土方式（图4），并明确施工降水工作应该在地下室顶板覆土完成后方可停止。

就工程抗浮设计而言，近年也属于讨论话题比较热门，但每个人的理解可能是不一样的，我结合我自己的工程实践谈谈需要关注的重点，或者说检查设计人员抗浮设计时应该重点检查的点：

第一，地勘报告中抗浮设防水位与常年稳定地下水位的关系。 常年稳定地下水位与抗浮水位标高越接近，越容易出现抗浮风险，原因也很简单，地表或其他因素短时补水情况下容易接近甚至超过抗浮水位标高，比如近年北京官厅水库向永定河放水导致京西部分区域地下水位在几个月甚至更长时间接近或超过抗浮水位，所以风险越高。

第二，工程抗浮咨询报告中的抗浮水位标高。 基于各种原因（大部分是因为投资），工程建设方特别是地产开发企业会对地勘报告中提出的抗浮设防水位进行再次降低，首先，是尽可能压缩地勘公司数据提供，然后，再请另外的地质勘察公司对抗浮设防水位进行专项咨询，其结果是抗浮专项咨询报告中提供的抗浮水位往往会低于工程地质勘察报告给定的标高；这里面涉及到一个文件有效性的问题，即专项的抗浮咨询报告是否属于合法有效文件？根据审图机构对此问题的态度，显然是认可的，但法律法规方面的依据，有待我后续进一步落实。这个要予以特别的重视，

第三，基坑回填方式改变对抗浮的影响。 虽然抗浮设计中不考虑建筑周边土体回填的有利影响，但大多数情况下确实是比较有利的，但当前一些开发项目，建筑地下室外轮廓距离用地红线都很近，肥槽宽度非常小，常规肥槽回填难度很大，机械设备没有操作空间，人工分层夯实的实际情况难以实际操作；灰土由于具有较好的阻水作用，特别是随着时间的推移，其效果更明显。由于上述原因，设计中要求的肥槽一定范围内的2：8灰土基本被取消，改为当前较为盛行的流态土、泡沫混凝土等等新型材料回填方式。诚然，这种回填方式具有显著节约时间和节省人工优势，但其工程运用时间尚短，特别是泡沫混凝土的材料透水性能是否符合工程对基坑肥槽回填的要求，是否会引起建筑的水盆效应而显著增加建筑的抗浮风险有待验证，需要格外重视。

其他具体如何计算等，我认为我们的结构工程师在专业负责人和总工的带领下，都是能够正确设计的事情，就不再赘述了。

抗浮设计需要重点关注抗岩土工程勘察报告中的抗浮设防水位 。该水位是抗浮设计的基础和前提，因此应慎重对待。

首先，应要求建设单位提供符合规范要求、并通过施工图审查的岩土工程勘察报告 ，勘察报告中应分别提供施工期抗浮设防水位和使用期抗浮设防水位。该水位应为具体的绝对标高值，而不应是“室外地坪下2m”之类的模糊字样。一方面，“室外地坪”有施工前场地或工程竣工以后的室外地面等两种理解；另一方面，即使是专指竣工后的室外地面，实际工程中一个项目有多个室外地面标高的情况并不鲜见。

其次，对建设单位提供的岩土工程勘察报告中的抗浮设防水位，应分析论证其合理性和可靠性（可收集相邻地块的勘察报告进行对比分析） 。对抗浮设防水位有疑问时（如所提供的抗浮设防水位明显高于或低于相邻地块；抗浮设防水位未按上一条提供明确的绝对标高值等），应联系建设单位、勘察单位进行确认，并要求出具书面的解释或补充说明，甚至进行专项勘察。

第三，如建设单位对建设成本要求较高 ，或各方对拟采用的抗浮设防水位有异议时，可建议建设单位委托具有专业资质的单位对抗浮设防水位进行专项论证，甚至可提请当地的行政主管部门组织有关专家进行论证。

第四 ，《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）第5.1.4条条文说明指出，由于抗浮设防水位影响因素较多，仅依靠勘察实测结果确定的抗浮设防水位在与实际条件的符合性、时限性等均可能存在一定的差异，更无法控制工程设计使用期内可能出现的更高水位的风险。因此，一方面，应提示建设单位按审查过的抗浮设防水位进行抗浮设计仍可能存在一定风险；另一方面，应与建设单位沟通好抗浮设计的冗余量，避免冗余过小。抗浮稳定安全系数Kw是抗浮设计中最关键的一个设计参数。《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）详细规定了不同的抗浮工程设计等级的建筑工程的抗浮稳定安全系数。设计时要注意规范规定的该安全系数取值是设计取值的下限，考虑到以上情况，应对该值适当放大采用。

第五，设计时应充分考虑实际施工与设计的差异，保留足够的设计冗余。 如采用抗浮锚杆抗浮时，锚杆施工后，有些施工单位违规采用机械挖槽，往往造成锚固体端头及锚杆钢筋受损严重，特别是锚固体端头破坏十分严重；锚杆实际施工中钢筋损伤和钢筋折断很多。