某地下车库抗浮结构设计及其相关问题的探讨

陈志华

（华南理工大学建筑设计研究院有限公司 广州 510640）

关键字：建筑工程；抗浮设计；设防水位；抗浮锚杆；结构构件刚度；盲沟

0 引言

建筑上地下工程的广泛应用，带来结构设计上的问题也较为多样，其中地下结构抗浮设计问题就是一种比较普遍但又相当重要的一个问题，由于场地条件、结构条件以及经济性、施工工期等各种因素，进行地下抗浮设计时也需要综合多方面的因素进行，这样才能保证结构安全的同时又满足经济性等方面的要求。

本文根据某地下车库项目的实际情况，综合各项设计条件，针对地下抗浮设计工程中，设计上考虑到的步骤、措施、做法等，以及设计过程中碰到的一些问题进行简单探讨，为类似工程提供参考。

1 项目概况

某地下车库位于广州市郊区，建筑物方案为5 层混凝土结构，其中底下3个楼层为完全地下室（设定底下3个楼层顶板面-北侧地坪标高为首层±0.000 m，绝对标高为19.700 m），其余上面2个楼层周边为南高北低的背山坡地，南侧室外地面与屋顶平，北侧地面与南侧地面相差2个楼层高度，且在上面2个楼层周边设置通廊排水，场地周边三面环山，西侧不远处尚有一水库。结构平面自下至上一致，主结构平面如图1所示，场地及结构剖面如图2 所示。主体结构采用板柱-剪力墙体系，层高均为3.6 m，标准柱距为8.4 m×8.4 m。

图1 主体结构平面示意图Fig.1 The Main Structure Plane Sketch （mm）

图2 结构剖面示意图Fig.2 Structural Section Sketch （mm）

根据工程地勘报告，场地的地下水主要为基岩裂隙水，基岩裂隙水存于基岩裂隙中，其透水性和富水性取决于裂隙的发育程度，富水性不均匀，具有明显的区段性，基岩裂隙水的补给来源主要为同一含水层渗透补给，场地西侧约150 m有一水库，水面标高比工程项目的北侧地面低2.5 m，地表水与地下水联系成补排关系。场地总体上地下水自东、南、西周边向场地中心汇集，向北排泄。地下水位的变化与地下水的赋存形式及排泄、补给方式关系密切，设计拟建项目需开挖填平，根据以往经验，建议本场地的最高水位（抗浮水位）埋深取室外地坪标高。

2 抗浮水位

根据《建筑工程抗浮技术标准：JGJ 476—2019》［1］、《建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011》［2］以及项目地勘报告综合考虑，抗浮设防水位的具体标高采用完全地下室范围地面的标高时，即抗浮水头按底下3个楼层高度进行计算时，统一的设防水位并不适合作为该项目的设计使用参数，因为考虑场地周边水文地质条件以及项目面积比较大，统一按一个设防水位标高进行设计存在浪费或者偏不安全的情况，设防水位的取值在李国胜［3］的有关论点下，结合抗浮设计标准的第5.1.3条的条文精神，该项目需要增加设防水位的咨询报告，作为抗浮设计水位的最终设计依据文件。

根据该项目的设防水位咨询报告，场地在只靠完全地下室以上的周边管廊进行排水时，在南方暴雨的极端情况下，地下室底板的水头高度如图3⒜所示（图示水头为绝对标高），可知地下室底板水头高度均大于北侧室外地坪标高，但是也小于南侧室外地坪标高，由此可知该项目在未采取任何相关措施的情况下，无论设防水位按北侧或南侧的室外地坪标高，都不是一个合适的设防水位标高；考虑项目周边存在水库，参考李慧慧等人［4-5］的研究结果，可知对于坡地建筑设防水位的确定相对复杂。

基于上述情况和曹洪等人［6］的设计概念，考虑采用比较常用的减压措施：设置盲沟排水减压进行处理，即对应后浇带位置设置疏水沟以及建筑物周边设置排水盲沟，排水盲沟的诸多效益可参考郭春艳等人［7］的研究结果，这样可以有效降低地下室底板抗浮水头，从而达到降低工程造价的效果。综合针对在不同标高盲沟设置方案，包括盲沟设置在相对标高-2.00 m、-5.00 m、-10.00 m 不同的情况下，对应的底板抗浮水头高度如图3⒝～图3⒟所示，通过对比不同方案的结果可知，盲沟设置标高越低，对应降低底板抗浮水头的效果越明显，但是同时盲沟的排水要求也越高，在正常情况下以及暴雨情况下排水量如表1所示。

表1 排水量统计Tab.1 Statistical of Water Discharge

最终综合各方面的设计条件，考虑盲沟管井与地下室排水一体处理时综合效益最高，最终采用按-10 m位置（底板标高）设置盲沟条件下的底板抗浮水头，作为地下室抗浮设计水位标高，相应的抗浮措施及结构设计也据此基础上进行。

3 抗浮设计

本项目根据确定的地下室底板的抗浮水头标高进行抗浮设计时，在采用盲沟措施后，对于不满足抗浮设计的位置设置抗浮锚杆，抗浮锚杆的布置需要结合不同位置的水头情况进行，保证抗浮锚杆的充分利用，具体锚杆布置如图4 所示。地下结构抗浮设计工程中以下几个问题需要注意：

图4 锚杆布置平面Fig.4 Anchor Layout Plan

3.1 锚杆抗压刚度问题

对于天然筏板基础，锚杆的抗压刚度对地基承载力有提高作用，会对筏板基底受力带来不利的影响，因为考虑抗浮效果，参考张志浩［8］的研究结果可知，锚杆通常布置在竖向构件的跨中区域，考虑锚杆抗压刚度作用，相当于提高了跨中位置基底的基床系数，这就带来跨中筏板的受力增加，相应柱帽外围的冲切力会增加，在不考虑锚杆抗压刚度的情况下进行的冲切验算满足时，当考虑锚杆抗压刚度的作用下可能存在不满足的情况；即在考虑锚杆抗压刚度较大时或考虑锚杆抗压刚度较小时，按不同的基床系数假定进行计算，柱帽冲切验算的结果会存在明显的差异，当基床系数较大而其他条件相同的情况下，柱帽需要配置更加多的抗冲切钢筋才能满足承载力要求。

3.2 锚杆抗拔刚度问题

对于桩基础，当采用抗浮锚杆提高结构抗浮稳定能力和底板抗浮设计的经济性时，抗浮锚杆的抗拔刚度大小直接影响到基础和底板构件设计，因为与普通抗浮工程桩对比，锚杆截面较小，刚度差距较大，根据他们之间不同的相对刚度情况，对于工程桩及锚杆的抗浮受力计算影响都比较大，进而导致筏板的配筋计算影响也较大，这就需要采用比较合理结构计算假定，然后获得相对合理的构件刚度进行结构设计，锚杆刚度可按《建筑边坡工程技术规范：GB 50330—2013》［9］和参考刘俊生［10］的研究结果等进行计算。针对抗拔刚度大小不相同的情况下，分别按工程桩与锚杆抗拔刚度比为2.0 倍和4.5 倍条件下对某工程进行试算，根据底板板面钢筋的试算结果，计算配筋结果差距大约10%，当刚度比差距更大而其他条件相同时，配筋差距更加明显。

3.3 局部全埋地下的抗浮设计问题

当结构存在完全在地下的时候（见图5），结构顶部的覆土荷载输入需要另外复核计算。对于该部分结构的整体抗浮稳定验算的时候，结构顶部的覆土荷载是否可以按照一般的q=γ h2进行输入？按照文献［1］中第6.3.7条的要求，对于不同的抗浮设计等级时，抗浮设计中考虑的配重需要采用不同的组合系数，对于甲级或乙级时为0.9、丙级时为0.95，即覆土荷载需要按照0.9/0.95γ h2计算，这个需要特别注意，因为一般计算软件对于基底水浮力直接按输入的板底标高及地下水位标高直接计算得到，相应的覆土荷载也直接自动计算获得。

图5 局部地下示意图Fig.5 Local Underground Sketch

4 结语

⑴对于复杂场地地质、水文情况的项目，进行项目的设防水位咨询分析，既符合相关条文的精神，又满足工程上的经济性要求，对于项目的结构设计也有极大的帮助，可以尽可能推广应用。

⑵盲沟的设置对于结构的抗浮水位影响较大，合理的设置盲沟可以很大程度上降低结构抗浮设计上的工程造价，同时对结构设计带来很大的便利性，但同时需要做好相关的保障措施，除针对项目具体情况采取的，其他通用的措施可以参考曹彦凯等人［11］研究中的相关措施内容。

⑶抗浮锚杆的刚度设定，对于抗浮结构构件的设计有比较大的影响，特别是对于地下室底板的配筋、柱帽冲切验算等影响较大，抗浮锚杆的最有利布置形式可以参考罗佑新等人［12］研究内容。对于不同的地质条件、结构体系及基础形式的项目，需要针对性的对相关问题进行补充验算，保证在不同情况下的结构设计安全。

⑷对于完全地下结构的设计，根据相关设计标准要求，不同的荷载计算需要采用相对应的组合系数，保证结构及构件设计的安全。