桥梁墩台抗浮稳定性：设计水位计算、增加压重或抗浮构件措施

水的浮力为作用于建筑物基础底面由下向上的水压力，等于建筑物排开体积的水重。地表水或地下水通过土体孔隙的自由水沟通并传递压力。水是否能渗入基础底面是产生浮力的前提条件，此外浮力还与地基土的透水性、地基与基础的接触状态和水压大小（地下水位高低）以及漫水时间等因素有关。

浮力对处于地下水中结构的受力和工作性能有明显影响。例如当贮液池底面位于地下水位以下时，如果贮液池中没有液体，浮力可能会使整个贮液池的底板或局部上移，以致底板开裂，因此对这类结构应进行整体抗浮和局部抗浮验算。

对于存在静水压力的透水性土，如砂类土、碎石类土、黏砂土等，因其孔隙存在自由水，均应计算水浮力。对于桥梁墩台，由于水浮力对墩台的稳定性不利，故在验算墩台稳定时，应采用设计水位计算。当验算地基应力及基底偏心时，仅按低水位计算浮力，或不计浮力，这样考虑是安全合理的。

基础嵌入不透水性地基时，如黏土地基，可不计算水的浮力。完整页岩（包括节理发育的岩石）上的基础，当基础与基底岩石之间灌注混凝土且接触良好时，水浮力可以不计。但遇到破碎的或裂缝严重的岩石，则应计算水浮力。作用在桩基承台底面的水浮力，应按全部底面积计算，但桩嵌入岩层并灌注混凝土者，在计算承台底面浮力时，应扣除桩的截面面积。管桩亦不计水的浮力。

《建筑地基基础设计规范》规定：

5.4.3 建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，并应符合下列规定：

1 对于简单的浮力作用情况，基础抗浮稳定性应符合下式要求：

式中 G_k——建筑物自重及压重之和（kN）；

N_w，k——浮力作用值（kN）；

K_w——抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。

2 抗浮稳定性不满足设计要求时，可采用增加压重或设置抗浮构件等措施。在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，也可采用增加结构刚度的措施。

【6.4.6】 （2009年岩土考题）

如图6.4.7所示，箱涵的外部尺寸为宽6m，高8m，四周壁厚均为0.4m，顶面距原地面1.0m，抗浮设计地下水位埋深1.0m，混凝土重度25kN/m³，地基土及填土的重度均为18kN/m³。若要满足抗浮安全系数1.05的要求时，地面以上覆土的最小厚度应接近于下列哪个选项？

（A）1.2m （B）1.4m （C）1.6m （D）1.8m

【答案】 （A）

图 6.4.7

【解答】 箱涵的自重为

G=[2×6×0.4+2×（8-0.8）×0.4]×25=264kN/m

假设覆土的厚度为H，则箱涵上覆土重为

（H+1）×6×18=108H+108(www.xing528.com)

根据阿基米德定律，单位长度箱涵受到的浮力为

6×8×10=480kN/m

抗浮安全系数为

解得：H=1.22m

【6.4.7】 （2014年一级考题，原题为连锁题中一道子题）

某安全等级为二级的长条坑式设备基础，高出地面500mm，设备荷载对基础没有偏心，基础的外轮廓及地基上层剖面、地基土参数如图6.4.8所示，地下水位在自然地面下0.5m。

提示：基础施工时基坑用原状土回填，回填土重度、强度指标与原状土相同。

图 6.4.8

已知基础的自重为280kN/m，基础上设备自重为60kN/m，设备检修活荷载为35kN/m，当基础的抗浮稳定性不满足要求时，本工程拟采取对称外挑基础底板的抗浮措施。假定，基础底板外挑板厚度取800mm，抗浮验算时，钢筋混凝土的重度取23kN/m³。设备自重可作为压重，抗浮水位取地面下0.5m。试问，为了保证基础抗浮的稳定安全系数不小于1.05，图中虚线所示的底板外挑最小长度x（mm），与下列荷项数值最为接近？

（A）0 （B）250 （C）500 （D）800

【答案】 （B）

【解答】

根据《建筑地基基础设计规范》5.4.3条

（1）计算建筑物自重和压重

G_k=280+60+2x×（0.8×23+4.2×9+0.5×19）=340+131.4x 计入外挑板重+外挑上板土重

（2）计算建筑物所受的浮力

114.6x≥27.5 解得：x≥0.24m=240mm

故选（B）。