一、序言

随着地下空间的大规模开发，带地下室的裙房及单建式的地下室等建筑越来越多，深度也逐渐加深。地下结构除承受上部结构荷载外，还会受到向上的水浮力作用，地下室越深，上浮力也就越大。近年因抗浮出现的工程事故频发，工程抗浮设计已经成了业内讨论聚焦的热点之一。

地下室抗浮破坏主要有以下几种情况：

（1）柱子破坏，通常发生在柱的两端，且主要发生在柱顶，当具有两层以上地下室，主要发生在最底层，如图1a所示；

（2）底板破坏，主要为冲切破坏，以及弯曲变形过大而产生的上拱、开裂，如图1b所示；

（3）楼板开裂，常发生于周边第一跨或第一排柱顶附近；

（4）上部结构产生倾斜，如图1c所示；

图1 地下室抗浮破坏图示

地下室一旦出现抗浮破坏，会产生较大的社会影响和经济损失，且一般难以进行复原处理，因此在设计时必须予以足够的重视。

二、抗浮设防水位确定

抗浮设防水位是指：建筑工程在施工期和使用期内满足抗浮设防标准时可能遭遇的地下水最高水位，或建筑工程在施工期和使用期内满足抗浮设防标准最不利工况组合时地下结构底板底面上可能受到的最大浮力按静态折算的地下水水位。对抗浮设防水位的选取，全国各地对这一点的认识差异较大。

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。

考虑到实际情况的复杂性及各种影响因素，对于雨水充沛、地下水丰富地区，建议保守取值，抗浮设防水位取室外地面0.5米以内。

三、地下室抗浮验算

地下室抗浮验算中，应分别进行整体抗浮验算和局部抗浮验算。

1、整体抗浮验算

整体抗浮验算建议采用手算为主，计算机辅助的方法。以纯地下室为例，选取几个典型的柱跨分别进行计算，手算步骤如下：

（1）计算向上的水浮力:，其中为水的重度，为抗浮水位至地下室底板底面的高差值；

（2）计算地下室底板自重:，其中为底板混凝土的重度，为地下室底板的厚度；当采用独基加防水板且独基厚度较防水板较大时，可将多出部分按柱跨折算为折算厚度，同时抗浮水头需考虑此高差值；

（3）计算地下室顶板自重:，其中为顶板混凝土的重度，为地下室顶板考虑梁后的平均厚度；

（4）计算地下室顶板覆土自重:，其中为顶板覆土的重度，为地下室顶板覆土的厚度；

（5）其他自重，如结构内部的固定设备，永久堆积物，压重等:，其中为重度,为厚度；

（6）计算抗浮稳定系数:，根据的结果并对照《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）6.1.3条，判断整体抗浮是否满足要求。

采用软件计算时，原理同上，过程由计算机自动完成，只需保证模型输入及参数取值准确即可。当地下室带塔楼或裙楼时，应分块读取计算结果并进行判别。

整体抗浮验算时应注意以下几个问题：

（1）向下的抗浮力只能考虑结构自重、填料自重等恒载，活荷载不能计算在内；

（2）结构自重、填料自重对抗浮有利，其重度应取下限值，或者乘以《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）6.3.7条的折减系数；

（3）当裙楼存在中庭时，中庭范围内的结构自重较小，此范围整体抗浮一般难以满足要求，设计时不应遗漏此处；

2、局部抗浮验算

只有在整体抗浮满足要求后，才能进行局部抗浮验算，否则毫无意义。

在向上的水浮力作用下，底板受弯，所以局部抗浮设计需要进行地下室底板的抗弯及配筋验算，同时还应复核裂缝及上抬变形情况，如上抬位移不是很大，可以通过加强底板配筋满足安全要求，如上抬位移量过大，则需加大底板厚度。

四、地下室整体抗浮措施

1、“主动”抗浮措施

“主动”抗浮是指通过降低地下水位，减小地下水浮力作用效应，从而满足整体抗浮的要求，可分为排水限压法、泄水降压法、隔水控压法。具有降低造价，缩短工期等优点，但需要长期运行控制和维护管理，另外降低水位不能过大否则会影响周边建筑。一般应用较少，当条件或技术水平不成熟时应慎重。

2、“被动”抗浮措施

“被动”抗浮可分为两种，“压”：即采用回填材料或依靠结构自重来平衡地下水浮力；“拉”：即通过施工抗拔桩或抗浮锚杆来阻止结构上浮。

（1）压重抗浮法

压重抗浮适用于局部抗浮不满足或者浮力比抗力大得不多的情况。压重抗浮一般在底板上部设低等级混凝土或钢渣混凝土压重和设较厚的钢筋混凝土底板两种方法。优点是简单可靠，对工程造价的影响小，当建筑物的自身重量与浮力相差不大时，应尽量采用配重抗浮。需注意当配重还没有实施的时候，一定不能停止降水。

（2）抗浮锚杆

抗浮锚杆为受拉构件，一端锚固在建筑物底板，另一端锚固在地基的持力层中，受力过程首先是通过锚固体钢筋与注浆体之间的作用将上拔力传至注浆体上，而后通过注浆体与周边土层之间的摩擦力将注浆体所受到的力传至周围稳定土体中去，从而形成具有一定抗拔能力的抗浮锚杆，起到抗浮作用。抗浮锚杆具有良好的地层适应性，所需作业面小，数量较多且布置灵活，锚固效率高，单点受力小，底板结构受力均匀合理、施工便捷、工期短、造价低等优点。

图3 抗浮锚杆

抗浮锚杆设计时应验算以下内容：锚杆所承担的荷载；锚杆锚固长度和承载力；锚杆筋体截面面积；锚杆筋体与锚固体的锚固承载力；锚杆与岩土体的整体稳定性。

抗浮锚杆适用于地基土为黏性土（含水量较低时）、各种风化程度的岩性土以及密实的卵石层等。

需注意的是，《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）规定，基础设计等级为甲级时，应采用预应力锚杆。

（3）抗拔桩

抗拔桩的工作机理是利用桩侧摩阻力和自身重量来抵抗水浮力。抗拔桩具有单桩承载力大、刚度大受力位移较小、稳定性强等优点，不过受环境条件、施工条件影响较大，造价较高。抗拔桩一般利用受压桩兼做，可广泛适用于各种土质。

抗拔桩计算时除进行强度验算外，还应满足裂缝宽度要求。

五、地下室基坑肥槽回填要求

从近几起抗浮案例宣判结果来看，地表水渗入也是引起抗浮事故的重要原因之一，出现事故的几个建筑，均发生在暴雨之后，地表水下渗在基坑肥槽积水并渗入基础底板形成“水盆效应”，导致地下室底板反拱及开裂，地下室填充墙开裂，甚至梁柱节点开裂等事故，因此在设计时必须足够重视，并采取必要的措施。

各规范对基坑肥槽回填均做了具体要求，如下：

（1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）12.2.6条规定：高层建筑地下外周回填土应采用级配砂石、砂土或灰土，并分层夯实。（可解决结构地下侧限问题，但阻止不了地表水浸入形成的水盆效应。）

有的工程为了解决结构侧向需要，又为了解决肥槽发生“水盆”效应，采用低标号混凝土回填，这种情况在某些情况也是不适用的：如《高规》12.3.2条，高层建筑结构基础嵌入硬质岩石时，可在基础周边及底面设置砂质或其他材质褥垫层，垫层厚度可取50~100mm；不宜采用肥槽填充混凝土做法。

（2）《高层筏形与箱形基础技术规范》（JGJ 6-2011）6.1.2条规定：地下施工完应及时进行回填，回填土应按设计要求选料，回填分层夯实，压实系数不应小于0.94。

（3）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）8.4.24条规定：筏形基础地下室施工完毕后，应及时进行基坑回填工作。填土应按设计要求选料，回填时应先清除基坑中的杂物，在相对的两侧或四周同时回填并分层夯实，回填土的压实系数不应小于0.94。

（4）《建筑桩基础技术规范》（JGJ 94-2008）4.2.7条规定：承台和地下室外墙与基坑侧壁间隙应灌注素混凝土或搅拌流动性水泥土，或采用灰土、级配砂石、压实性较好的素土分层夯实，其压实系数不应小于0.94。

（5）《建筑工程抗浮设计标准》（JGJ 476-2019）6.5.5-3条规定：基坑肥槽回填应采用分层夯实的粘性土、灰土或浇筑预拌流态固化土、素混凝土等弱透水材料。

（6）《地下防水工程技术规范》（GB50108-2008）10.0.6条规定：明挖地下工程的混凝土和防水层的保护层验收合格后，应及时回填，并应符合下列要求：

① 基坑内杂物应清理干净、无积水；

② 工程周围800mm以内宜采用灰土，粘土回填，其中不得含有块石、碎砖、灰渣、有机杂物以及冻土；

③ 回填施工应均匀对称进行，并应分层夯实。人工夯实每层厚度不应大于250mm，机械夯实每层厚度不应大于300mm，并应采取保护措施。

以上各规范对基坑肥槽回填的要求略有不同，实际工程中建议按如下执行：

（1）肥槽范围比较宽大时，可考虑采用粘性土分层夯实回填，要求土中有机质含量不得超过5%，且不得含有冻土、土中不得夹有砖、瓦、石等。分层夯实，每一层均需要进行检测。也可采用灰土回填，要求石灰宜选用新鲜的消石灰，其最大粒径不得大于5mm，土料宜选用粉质黏土，不宜使用块状黏土，且不得含有松软杂质，土料应过筛且最大粒径不得大于15mm。

（2）对于支护直立狭窄肥槽，无法分层压实时，可采用素混凝土或者预拌流态固化土填筑，效果较好。

知识点：地下室抗浮设计

地下室抗浮设计