地下结构中平衡浮力法的探讨

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【摘要】现代建筑活动中常遇到地下室的抗浮的问题。抗浮的方式有许多种，每一种抗浮方案都有其特殊性。决策者必须结合建筑物的结构形式、建筑高度、地质条件、建设工期等因素，因地制宜地优先方案，从而达到多快好省的目标。本文试图通过对若干种抗浮方案描述，使读者留下深刻记忆，并能在实际中推广，为建筑技术的发展做出微薄的贡献。

【关键词】地下室、抗浮、方案、地质、措施

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

概述

在现代建筑过程中，地下室建筑均可能面临地水下对其产生的浮力；物理学上对浮力作出了严格的定义及计算方式。地下室体积变大、埋深增加，随之而来其受到的浮力变大。

地下室就是一个完整的箱体。当地下水位超过箱体底板时，形成了浮力。当浮力大于建（构）筑物重量时，就可使建（构）筑物漂起。

建设者们在实践中不断创造出地下室抗浮的新方案，在付之实施后，取得了成功的经验。从抗浮的行为上看，抗浮方案可归纳为三类。即：自重平衡浮力法；被动加荷载平衡浮力法；主动泄压平衡浮力法。

抗浮方案的原理及适用范围

2．1 自重平衡浮力法。

自重平衡浮力法是一种最为原始、最为经济的方法。其抗浮原理：利用建筑物本身的荷载来抵抗地下室在地下水中产生的浮力。当地下室体积大、埋深大，地下室的浮力就大；建（构）筑物必须增加高度或增加构件自身重量。建（构）筑物的高度会受到城市规划的制约；建（构）筑物内部构件变大，减小了使用空间。

本法适用于地下水位低、地下室埋深小、地下室体量小、地上结构有足够荷载的工程；本法具有施工工艺简单、造价低廉、性价比高、施工工期短等优点。

2．2被动加荷平衡浮力法

被动加荷平衡浮力法的原理：当建（构）筑物的自身重量不足于平衡地下室受地下水产生的浮力时，在建（构）筑物外，采用增加辅助加荷结构，达到平衡浮力的目的。常用的加荷结构有：附加堆载物、设抗拔桩、设抗拔锚杆（索）等。

本法适用所有地下室工程。本法具有施工工序多、抗浮可靠、成本高、施工期长等特点。

⑴载重平衡浮力法。就是在地下室顶盖上或底板上部放置比重大的物品（如浇筑砼等）。此法施工工艺简单、投资省，但占用空间。如堆载重物于地下室顶板上，需加厚顶板且减小一层的空间。堆载重物于地下室底板上，减小了地下室的空间。

⑵抗拔桩平衡浮力法。利用抗拔桩在基层土中的摩擦力，增加平衡浮力的能力。抗拔桩可包含：钢筋混凝土灌注桩、钢管桩等。抗拔桩必须有足够长度锚入地下室底板中，抗拔桩施工技术成熟，效果可靠，使用范围广。不影响建（构）筑物的空间，造价高。

⑶抗拔锚杆（索）平衡浮力法。利用锚杆（索）在土层中的摩擦力，抵抗浮力。锚杆（索）抗浮是从抗拔桩抗浮的理论发展而来的一个分支。此法相较于抗拔桩平衡浮力法来说，工艺简单、造价低廉、施工期短等优点，此法受地质限制大。

2．3主动泄压平衡浮力法。

主动泄压平衡浮力法的原理：当建（构）筑物的自身重量不足于平衡地下室受地下水产生的浮力时，通过调整地下水位的标高，从而达到平衡浮力的目的。此法包含：建（构）筑物内部设泄压装置法和建（构）筑物外部设泄压装置法二种。本法适用于地下水位较低、且为粘性土、滤水能力差的地质。本法造价低廉，后期使用有费用，地下室使用受到某些限制。

⑴建筑物内部设泄压装置法

根据浮力与重力平衡的实际，在地下室外墙某一标高位置，设置完善的泄水装置。当地下水位超过预定值时，将地下水泄入室内而降低水位，从而保证建（构）筑物的稳定。流入室内集水井的地下水，通过排水系统，将水排至室外市政管网。

⑵建筑物底部设排水装置

在地下室底板施工前，埋设好滤水管网，并在建（构）筑物周边设置若干个集水井。集水井中安装自动吸水泵（当地下水位达到某一标高时，排水泵自动运行，从而实现浮力与重力平衡。

抗浮方案的特点

3．1 自重平衡浮力法的特点

自重平衡浮力法就是依靠建（构）筑物的本身重量抵抗浮力的基本方法。按照土方开挖、地下室钢筋混凝土结构、上部钢筋混凝土结构等步骤组织施工。

3．2 被动加荷平衡浮力法的特点

⑴载重平衡浮力法就是在建（构）筑物本身荷载外，再加载重物的方法。在完成地下室底板或地下室顶板后，在基坑土方回填前完成重物堆载，以防浮力大于荷载而漂起。在抗浮平衡前，不得进行基坑的土方回填。堆载物常为覆土、低标号混凝土等。此法操作工艺装简单，工作量大，费用较低，作业插入时间控制要求严、占用空间等特点。

⑵抗拔桩平衡浮力法就是在建（构）筑物本身荷载外，通过抗拔桩在土层中的摩擦力，增加抗浮力的方法。在土方开挖前先进行打桩作业。占用施工工期，操作工艺复杂，技术成熟。抗拔桩可采用钢筋混凝土灌注桩、钢管桩等，费用高，应用范围广。

由于工程桩的桩顶标高控制难度大，桩顶标高高低差距大；桩顶超过基础底标高后，挖土操作难度加大。

⑶锚杆（索）平衡浮力法就是在建（构）筑物本身荷载外，通过抗拔锚杆（索）在土层中的摩擦力，增加抗浮力的方法。在基坑土方开挖达到设计标高后，才进行锚杆（索）的钻孔、安装、灌浆等工作。此法是从抗拔桩平衡浮力法发展而来，相较之操作简单、成本低廉。如采用湿法钻孔操作法，钻孔过程中的泥浆处理难度大、成本高。

锚杆（索）孔的钻孔有干、湿两种操作方法，具体采用何种操作方法，必须依据地质条件确定之。

3．3 主动泄压平衡浮力法的特点

⑴建（构）筑物内部设置泄压装置法的特点

建（构）筑物内部设置泄压装置法就是地下室外墙上安装泄压装置。泄压装置由滤水装置、连通装置、集水装置组成。当地下水位高于溢水管时，就通过滤水装置收集的水通过溢流管，流入室内集水井，从而实现浮力控制。

在进行基坑土方回填时，进行室外滤水装置的安装工作（滤水管、滤水层、滤水布等）；在室内安装好导水管、集水井、排水泵、排水管道。在室外地下水泄压流入地下室后，及时排出室外，保持室内燥。

⑵建（构）筑物外部设置泄压装置法的特点

建（构）筑物外部设置泄压装置法就是在地下室底部安装好泄压装置。泄压装置由滤水管、连通管、集水井、自动控制排水泵组成。当地下水位高于自动排水标高时，排水泵启动排水，从而实现浮力控制。

在土方开挖至基坑底部标高后，立即进行下部滤水管网埋设，并将滤水管外与建（构）筑物周边设置的集水井相连接；在集水井内安装好排水泵，设置好控制排水标高，当地下水位超过设定值时，排水泵自动运行。

地下室抗浮方案的发展前景

4．1 在向空间要空间的同时，向地下要空间也是一种发展趋势。建（构）筑物向地下发展，不可避免地解决地下水开成的浮力；

4．2 随着需求的不断增加，地下室抗浮技术更加成熟，操作更加规范，效果更加明显。

4．3 新型的抗浮理论会得到发展，施工更加便捷可靠，推动建筑业走向成功的彼岸。

4．4 在环保节能的大环境下，在提倡向空中发展的同时，会向地下索取空间。在进行地下空间建设的同时，各种新技术、新材料、新工艺会得到不断出现。

五、结束语

在进行工程建设中，需要全体参与者充分发挥自己的聪明才智，努力探索各种建设领域时出现的新问题的解决方法，推动建筑技术的不断发展，为美好的明天贡献自己的力量。

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