《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》之設(shè)計(jì)篇

伊新富

（浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310030）

1 概 述

《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ 476—2019）》（下文簡(jiǎn)稱《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》）已經(jīng)于2020年3月1日正式實(shí)施?？垢?biāo)準(zhǔn)是我國(guó)第一部關(guān)于抗浮的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適用于一般地質(zhì)條件下的新建、在建工程和因抗浮能力不足而需要進(jìn)行抗浮治理的既有工程。對(duì)特殊性巖土層，如新近填土、膨脹土、濕陷性土等，應(yīng)根據(jù)專項(xiàng)研究或結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)踐經(jīng)驗(yàn)參照使用。

按抗浮標(biāo)準(zhǔn)抗浮治理的建筑工程，其基準(zhǔn)抗浮設(shè)防目標(biāo)為：當(dāng)遭受低于場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位的浮力作用時(shí)，工程結(jié)構(gòu)不受損害，不需修復(fù)即可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位水平的浮力作用時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能發(fā)生損害，經(jīng)一般性修繕仍可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受高于場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位水平的罕遇浮力作用時(shí)，不產(chǎn)生危及結(jié)構(gòu)正常使用功能的過大變形或破壞；對(duì)使用功能需求或有特定要求的既有建筑，經(jīng)過抗浮治理后，能夠滿足預(yù)期的抗浮穩(wěn)定性要求。

2 重要的基本概念

2．1 建筑工程

“建筑” 不僅指工業(yè)與民用建筑的 “建筑工程” ，也包含著其他領(lǐng)域如市政工程、水電、港口、軌道交通、公路等涉及抗浮問題的建筑物或構(gòu)筑物。

2．2 抗浮穩(wěn)定性

抗浮標(biāo)準(zhǔn)中的 “穩(wěn)定狀態(tài)” ，從浮力效應(yīng)的角度，包含將地下結(jié)構(gòu)底板以上視為剛性 “整體” 被抬升的可能性，塔樓與塔樓之間的純地下室或地下室上設(shè)有不同層數(shù)裙樓等 “局部” 抬升位移和變形，以及墻、柱之間 “內(nèi)部” 結(jié)構(gòu)底板隆起變形和開裂。但從理論上講，墻、柱之間 “內(nèi)部” 隆起變形和開裂不屬于 “穩(wěn)定狀態(tài)” 范疇，而是屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和變形問題，只不過引起效應(yīng)的作用是浮力，為突出 “抗浮穩(wěn)定” 問題的不同目標(biāo)，而籠統(tǒng)將其歸并為 “穩(wěn)定狀態(tài)” 問題。由于抗浮標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì) “抗浮穩(wěn)定” ，涉及工程結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度、變形內(nèi)容可根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解決。

抗浮標(biāo)準(zhǔn)中 “整體” 和 “局部” 應(yīng)根據(jù)不同的情況進(jìn)行理解。

2．3 抗浮設(shè)防水位

抗浮設(shè)防水位并非永久性、真實(shí)存在的恒定現(xiàn)象，需要考慮一定的重現(xiàn)周期（安全設(shè)防基準(zhǔn)期），而抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算和抗浮設(shè)計(jì)也需要具有一定的安全儲(chǔ)備，因此稱之為 “設(shè)防水位” 。工程實(shí)踐上， “設(shè)計(jì)水位” 與 “設(shè)防水位” 有關(guān)聯(lián)也有區(qū)別。

由于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往習(xí)慣于簡(jiǎn)單的將用于防水、防滲設(shè)計(jì)的 “防水設(shè)計(jì)水位” 與用于抗浮穩(wěn)定分析和抗浮治理設(shè)計(jì)的 “抗浮設(shè)防水位” 等同，而要求勘察階段提供 “抗浮設(shè)防水位” ，實(shí)際操作中極易引起誤解和爭(zhēng)議，甚至形成安全隱患。

2．4 抗浮概念設(shè)計(jì)

根據(jù)抗浮設(shè)防水位和工程經(jīng)驗(yàn)等形成的抗浮設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，以及選擇抗浮措施和確定抗浮治理方案的活動(dòng)。

2．5 抗浮錨桿和抗浮樁

抗浮標(biāo)準(zhǔn)仍沿用按直徑區(qū)分錨桿和樁的方法，其中也隱含施工工藝和錨固體材料的差異問題。

抗浮標(biāo)準(zhǔn)第7．5．1．2條規(guī)定了錨桿的直徑不應(yīng)小于150 mm。因此，抗浮標(biāo)準(zhǔn)的抗浮錨桿和抗浮樁的區(qū)分如下：150 mm≤d≤250 mm為抗浮錨桿；d＞250 mm為抗浮樁。

3 設(shè)防水位的確定

1）抗浮標(biāo)準(zhǔn)增加施工期抗浮穩(wěn)定性的判別要求，主要原因是無論是設(shè)計(jì)還是施工方，普遍忽視施工期間的地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，從而造成眾多工程事故。施工期抗浮設(shè)防水位取值，將直接影響工程建設(shè)成本。

2）施工期和使用期抗浮設(shè)防水位不應(yīng)采用未經(jīng)分析論證的勘察期間實(shí)測(cè)的地下水水位。有必要進(jìn)行專項(xiàng)論證，甚至可提請(qǐng)當(dāng)?shù)氐男姓鞴懿块T組織有關(guān)專家進(jìn)行論證，以避免各控制環(huán)節(jié)爭(zhēng)議而延誤工程建設(shè)的有序進(jìn)行。

3）水位預(yù)測(cè)咨詢報(bào)告宜經(jīng)過專家評(píng)審驗(yàn)收后使用。

4）抗浮設(shè)防水位不是勘察期間實(shí)測(cè)到的場(chǎng)地最高水位，也不完全是歷史上觀測(cè)記錄到的歷史最高水位，而是工程施工和使用期間可能遇到的最高水位，是根據(jù)場(chǎng)地條件和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)的、未來可能出現(xiàn)的一個(gè)水位，因此要考慮多種影響因素。

5）特殊條件場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位宜為抗浮標(biāo)準(zhǔn)第5．3．2條和第5．3．3條確定水位與下列高程的最大值：

①地勢(shì)低洼、有淹沒可能性的場(chǎng)地，為設(shè)計(jì)室外地坪以上0．50 m高程；

②地勢(shì)平坦、巖土透水性等級(jí)為弱透水及以上且疏排水不暢的場(chǎng)地，為設(shè)計(jì)室外地坪高程；

③不同豎向設(shè)計(jì)標(biāo)高分區(qū)地下水可向下一級(jí)標(biāo)高分區(qū)自行排泄時(shí)，為下一級(jí)標(biāo)高區(qū)高程。

4 主要的設(shè)計(jì)改動(dòng)

1）建筑工程地下結(jié)構(gòu)底板底面所受的浮力主要包括穩(wěn)定的水頭產(chǎn)生的靜水壓力、地下水坡降產(chǎn)生的滲流壓力和扣減上覆不透水層土體重力后的承壓水壓力。

從工程安全考慮，第6．1．1條中的 “最不利工況組合” 暫且按各部分最大值同時(shí)出現(xiàn)的組合工況考慮，并忽略其方向性和分布差異性，即僅按豎向、均勻分布考慮。

2）抗浮標(biāo)準(zhǔn)唯一的強(qiáng)制性條文，第3．0．4條對(duì)抗浮要求提出了穩(wěn)定性、承載力、變形及有效性和耐久年限等綜合要求。第3．0．1條則劃分了抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)，對(duì)不同等級(jí)有不同的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)（第 3．0．3條）。第 6．3．7條，結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，抗浮力計(jì)算考慮不同荷載類型、不同工況、不同抗浮等級(jí)的工程，抗浮驗(yàn)算取不同的組合系數(shù)，并且要區(qū)分荷載對(duì)抗浮設(shè)計(jì)有利和不利情況（表 1）。

表1 抗浮力組合系數(shù)

3）筏板基礎(chǔ)即使各區(qū)域可能有所差異，但總體上具有一定的整體剛度，無論在豎向向下、向上的荷載作用，均具有相互傳遞或轉(zhuǎn)移的性能，與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用對(duì)結(jié)構(gòu)荷載較小區(qū)域的浮力有一定的分擔(dān)作用。但由于結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)自身剛度、連接方式、連接時(shí)機(jī)等千差萬別，無法涵蓋各種情形。因此，為工程安全計(jì)，在進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)均未考慮其有利作用，而視為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行計(jì)算。

4）由于壓重法、結(jié)構(gòu)抗浮法等方法有時(shí)可能影響設(shè)計(jì)使用功能（限制室內(nèi)空間、改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)、增加施工工序、加大結(jié)構(gòu)費(fèi)用等），因此，宜經(jīng)建設(shè)單位同意方可采用，以避免不能滿足設(shè)計(jì)功能和增加造價(jià)及工期等問題。

5）抗浮治理方案除滿足抗浮標(biāo)準(zhǔn)的表6．5．1中方法及其組合抗浮措施外，還應(yīng)包含下列防治措施：

①地下結(jié)構(gòu)外周邊地表應(yīng)設(shè)置混凝土等弱透水材料的封閉帶，范圍宜擴(kuò)至基坑肥槽邊緣以外不小于1．0 m；

②場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置與滲水井、排水盲溝及泄水溝等形成有組織排水系統(tǒng)的截水溝、排水溝；

③基坑肥槽回填應(yīng)采用分層夯實(shí)的黏性土、灰土或澆筑預(yù)拌流態(tài)固化土、素混凝土等弱透水材料；

④基底不得設(shè)置透水性較強(qiáng)材料的墊層，超挖土方宜采用混凝土等弱透水材料回填；

⑤給水排水管道的接口、溝、涵等應(yīng)采取防滲漏措施。

6）抗浮工程設(shè)計(jì)除通常設(shè)計(jì)需要的資料外，還要提供經(jīng)確認(rèn)的抗浮設(shè)防水位及處理地基情況和所在地區(qū)工程抗浮經(jīng)驗(yàn)以及施工技術(shù)資料。處理地基除承載力和變形特性與天然地基有區(qū)別外，在滲透性、重度等方面亦有別于天然地基，對(duì)地下水浮力有一定的影響，因此必須加以掌握。

7）抗浮工程設(shè)計(jì)要特別注意低水位工況上部結(jié)構(gòu)荷載作用下的抗浮構(gòu)件與基礎(chǔ)的受力和變形驗(yàn)算，主要是考慮抗浮構(gòu)件可能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)豎向荷載作用對(duì)其產(chǎn)生的不利影響，確?？垢『涂箟旱牟煌较蚴芰顟B(tài)的性能均能得到保障。

8）抗浮板法。

①抗浮標(biāo)準(zhǔn)第7．2．3條明確要求：厚度不應(yīng)小于350 mm。

②抗浮板不分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，與其連接的基礎(chǔ)周邊宜設(shè)置聚苯板或焦渣等軟墊層，厚度不宜小于基礎(chǔ)邊緣計(jì)算沉降量，寬度宜為基礎(chǔ)邊線中點(diǎn)計(jì)算沉降量的20倍且不宜小于500 mm。

9）錨桿法。

①錨桿孔洞直徑較小，采用波紋管后，波紋管與孔壁間隙很小，注漿很難密實(shí)，易產(chǎn)生氣孔及無保護(hù)層現(xiàn)象，容易造成金屬波紋管銹蝕；目前錨桿工程中金屬波紋管應(yīng)用很少，尚缺乏足夠經(jīng)驗(yàn)，故不應(yīng)采用。

②抗浮錨桿按上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基—抗浮錨桿共同作用理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮荷載平衡、剛度調(diào)平最為經(jīng)濟(jì)和有效。

③錨桿間距不應(yīng)小于錨固體直徑的8倍且不小于1．5 m。

④錨固體長(zhǎng)度大于8 m時(shí)，應(yīng)將錨固段在深度方向上錯(cuò)開設(shè)置。

⑤抗浮標(biāo)準(zhǔn)第7．5．8條對(duì)裂縫提出了嚴(yán)格的要求，甲、乙級(jí)工程，對(duì)錨固漿體的拉應(yīng)力限制異常嚴(yán)格，普通錨桿因未施加預(yù)應(yīng)力，所以完全無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)要求。經(jīng)驗(yàn)表明，非預(yù)應(yīng)力錨桿的施工質(zhì)量控制較難保證，故抗浮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其的使用限制趨于嚴(yán)格。

10）抗浮標(biāo)準(zhǔn)7．1．8條規(guī)定，抗浮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，重要性系數(shù)應(yīng)按抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)和丙級(jí)相應(yīng)取1．10、1．05和 1．00。

這里的重要性系數(shù)是否要和工程安全等級(jí)對(duì)應(yīng)的重要性系數(shù)連乘呢？因?yàn)閷?duì)應(yīng)的條件不同，兩個(gè)安全系數(shù)沒必要連乘，只要在各自條件下使用即可。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）抗浮標(biāo)準(zhǔn)的重要基本概念必須準(zhǔn)確理解和把握，才能在工程中正確使用。

2）設(shè)防水位的確定是抗浮的關(guān)鍵要素之一，必須準(zhǔn)確應(yīng)用，必要時(shí)進(jìn)行專家評(píng)審和論證，馬虎不得。

3）抗浮標(biāo)準(zhǔn)主要的設(shè)計(jì)改動(dòng)，直接影響抗浮設(shè)計(jì)的結(jié)果，造成抗浮成本的增加。

4）抗浮設(shè)計(jì)方法要注意資料的完整性和準(zhǔn)確性，并進(jìn)行各種工況的驗(yàn)算，要注意耐久性的要求和設(shè)計(jì)方法各自的特點(diǎn)和要求，以保證抗浮設(shè)計(jì)的安全適應(yīng)，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，保護(hù)環(huán)境。