地下室抗浮施工中存在的問題及處理措施

曹 品

(中鐵五局建筑公司,貴州貴陽 550081)

近年來，諸多人防工程、地下車庫、設(shè)備用房等建筑構(gòu)筑物，大多配套的地下室，出現(xiàn)了許多問題，其中地下室的抗浮是一個大問題。尤其是在地下土層含水豐富的沿海城市，如深圳、大連和上海等沿海大中城市，地下土體的空隙及巖體的裂隙賦存有大量的地下水，地下水對埋置于巖土體之中或之上的地下結(jié)構(gòu)或洼式結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生浮托力，若結(jié)構(gòu)的自重小于浮托力時將發(fā)生上拱或上浮失穩(wěn)破壞[1]。

這其中，建筑物、構(gòu)筑物因地下水浮力引起的工程事故比比皆是，表1是因地下水浮力而造成的工程事故案例。

表1 因地下水而破壞的工程案例

1 抗浮設(shè)計原理簡述及分析

如同漂浮在大江大海上的巨輪，之所以不會下沉，正是因為受到了海水對它的向上的 “支撐”——浮力。地下結(jié)構(gòu)和地下水的關(guān)系如同巨輪和大海的關(guān)系一般，側(cè)墻與地板圍成的密閉空間也會受到地下水的浮力，根據(jù)阿基米德原理，這個浮力等于地下結(jié)構(gòu)浸泡在含水層中的體積乘以水的重度。一個形狀規(guī)則的地下結(jié)構(gòu)尺寸為70 m×70 m，抗浮設(shè)防水位4 m，則它受到浮力為19 600 t，可見水的浮力對結(jié)構(gòu)影響是極大的，因此對其進行抗浮研究具有重要意義。

需要明確的是，人們往往忽略了地下水的作用，認為常年地下水位在基底以下，則不會有水浮力的作用。然而一旦暴雨來臨，地表水全流入基坑，形成腳盆效應(yīng)，即基坑為“大腳盆”，地下室為“小腳盆”，施工期間一旦未采取降排水措施，則“小腳盆”將會浮起。

為防止地下工程的浮起破壞，工程中通常采用配重法和抗拔法，配重法即采用加荷載的形式，利用建筑物的自重(包括結(jié)構(gòu)自重和建筑裝飾、上部覆土等)來抵抗水的浮力。當(dāng)配重法無法滿足要求時，則需要增加抗拔法，抗拔法即設(shè)置抗浮樁或抗浮錨桿，從而達到抵抗水浮力的效果。

2 地下室抗浮施工中應(yīng)注意的三個問題

2.1 施工期間降排水事故及處理措施

2.1.1 施工期間降排水事故分析

在規(guī)范中有明確要求：明挖法地下室施工時，地下水位應(yīng)降至工程底部最低高程500 mm以下，降水作用應(yīng)持續(xù)至回填完畢。而許多施工現(xiàn)場在實際施工中，往往不重視該點規(guī)范要求，經(jīng)常在防水施工完畢就停止了降排水。一旦暴雨來臨，形成了腳盆效應(yīng)，導(dǎo)致地下室上浮事故的發(fā)生。

?？谛阌⒏蹡|南“夢幻園”住宅小區(qū)商場裙樓，裙樓基礎(chǔ)在施工到±0時停止施工并同時停止基坑降水，未及時回填或?qū)Φ叵率蚁潴w灌水來增加結(jié)構(gòu)自重。兩個月后因連續(xù)大雨地下水位升高致使基礎(chǔ)上浮量最高達70 cm，處理后仍有30 cm不能回復(fù)歸位。后因暴雨導(dǎo)致基礎(chǔ)受浮力露出地面高達4.5 m。

某人工挖孔樁和箱型地下室基礎(chǔ)，上部為框剪結(jié)構(gòu)(部分沒有裙樓)，下部是埋深14 m尺寸為150 m×71.5 m的地下室基礎(chǔ)，工程完工后進行系統(tǒng)沉降觀測發(fā)現(xiàn)-0.05 m板最大上浮149 mm，發(fā)生位置是沒有上部裙樓的地下室部位，后究其原因則是施工期間抗浮防范意識不強，未進行地下室回填即停止了降水，后期繼續(xù)施工之前未作沉降觀察，以至于發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫后并未認識到是由于地下水浮力，在兩個月后才認識到事故原因。

2.1.2 處理措施

根據(jù)以上內(nèi)容總結(jié)得出施工人員沒有清醒認識到水浮力對地下室建筑的作用影響之大是導(dǎo)致事故的直接原因。因此，在整個地下室施工期間，應(yīng)特別重視降排水，且應(yīng)做好應(yīng)急處理預(yù)案，防止停電等特殊情況發(fā)生以及暴雨來臨時的應(yīng)急預(yù)案，確保降排水措施有效實施，避免形成水頭壓力，導(dǎo)致地下室的上浮事故發(fā)生。同樣，在地下室施工停工期間(包括春節(jié))應(yīng)繼續(xù)安排人員進行降排水工作，在這些時間點是往往容易忽略，從而容易導(dǎo)致事故的發(fā)生，需要引起施工人員的高度重視。

2.2 地下室周邊回填質(zhì)量控制

在實際日常施工中，往往極其不重視地下室周邊的回填質(zhì)量，首先回填料不經(jīng)過篩選，其次回填過程中不分層填筑及夯實，有些項目甚至直接采用建筑垃圾回填地下室周邊，這就導(dǎo)致地下室周邊形成了透水層。

南昌某學(xué)校綜合樓的人防地下室，地下埋深4.7 m，地下室占地面積約3 500 m2?；硬捎米匀环牌麻_挖，施工方為了方便，采用開挖基坑的粉質(zhì)黏土及風(fēng)化后的泥質(zhì)粉砂巖塊進行基坑回填，并只用了小型打夯機夯實。正當(dāng)在工程上部結(jié)構(gòu)完工并進行內(nèi)裝飾施工時，場地區(qū)域突降暴雨，日降水量達到106 mm，最后造成了伸出主樓的純地下室以主樓為不動邊發(fā)生上浮[8]。事故原因分析：短時強降水造成場地內(nèi)積水，基坑回填土顆粒不均勻，分布松散，呈現(xiàn)中等-強透水性，使積水滲入地下室底板板底，地下水浮力大大提高，引發(fā)地下室浮起事故[9]。

實際施工中，采用三七灰土或者發(fā)泡混凝土回填是比較經(jīng)濟實用的選擇。素土回填往往由于回填土中含水量過大、雜質(zhì)過多及壓實機械無法操作等原因，導(dǎo)致回填土壓實系數(shù)較低，遠遠低于設(shè)計要求，從而無法形成弱透水層或止水層，甚至變成透水層。一旦暴雨來臨，則使地表水很快滲透至基坑內(nèi)，形成了上述所說的“腳盆效應(yīng)”，從而導(dǎo)致地下室上浮事故的發(fā)生。

如果地下室周邊回填密實，則會形成弱透水層或止水層，地下水進入弱透水層，水壓力會進行折減，具體折減需根據(jù)原始水壓力和空隙水壓力決定，因此，回填質(zhì)量的好壞將直接影響地下室抗浮設(shè)計的實施，需要重點關(guān)注和控制。

2.3 設(shè)計使用及施工工況差異問題

2.3.1 設(shè)計與施工工況差異分析

地下室上浮事故的發(fā)生往往是在施工期間發(fā)生，究其原因主要是因為設(shè)計使用工況與施工工況存在較大差異。例如采用配重法抗浮設(shè)計的地下室，設(shè)計使用工況為所有上部荷載全部加上，包括地下室頂板覆土或是上部結(jié)構(gòu)荷載等，而實際施工工況則大有差別，一般地下室頂板作為場地運輸?shù)缆坊蛭锪隙汛a場地，頂板覆土工序處于滯后狀態(tài)。工程施工中常常從增加使用場地、形成場內(nèi)道路或節(jié)約抽排水費用幾個方面考慮，往往加快地下室周邊回填的進度，從而導(dǎo)致在沒有加載頂板上部荷載的情況下即完成了側(cè)邊回填工作并停止了降排水。或者工程遭遇了停工(資金或春節(jié)等問題)，導(dǎo)致出現(xiàn)了在上部結(jié)構(gòu)荷載不夠的情況下，停止了降排水，在地下水或者地表水滲透后形成的水頭壓力下，建筑自重(包括結(jié)構(gòu)自重和建筑裝飾、上部覆土等)無法抵抗水的總浮力，從而引發(fā)地下室上浮。

某工程為三層地下室，埋置深度達11 m，主樓為28層，最大設(shè)計水頭壓力按9.5 m考慮。原設(shè)計計算考慮主體結(jié)構(gòu)自重抗浮，因此主樓區(qū)域未考慮采取抗浮錨桿及抗拔樁等抗拔措施，僅在非主樓區(qū)域設(shè)置抗拔樁，局部抗浮采用抗浮地梁及抗浮板。但在實際施工中，該工程施工至一層時，由于業(yè)主資金問題，該項目停工，為節(jié)約抽排水費用，施工單位將地下室周邊回填完成后，停止了抽排水。工程復(fù)工時，發(fā)現(xiàn)主樓區(qū)域地下室出現(xiàn)大量裂縫，后經(jīng)多方專家分析，是由于地下室上浮引起的，給該工程造成巨大的經(jīng)濟損失。

2.3.2 處理措施

諸如此類的施工情況很多，均是由于設(shè)計使用工況和施工工況不一致導(dǎo)致的。因此，作為施工單位，一定要理解抗浮設(shè)計意圖，進行施工過程中的抗浮驗算，提前考慮并采取措施或者調(diào)整施工部署。在上部荷載未形成的情況下，應(yīng)采取設(shè)置降水井，繼續(xù)降低地下水位，或是采取泄壓法，如留置底板和側(cè)墻后澆帶不封閉澆筑，讓其無法形成水頭壓力差等等措施，從而避免上浮事故的發(fā)生。

3 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)實生活中，發(fā)生了大量的地下室上浮事故，給了我們很大的警示。除了設(shè)計單位需要去考慮和計算地下室抗浮的問題，作為施工單位，更應(yīng)在建筑施工期間，了解設(shè)計單位的抗浮設(shè)計原理及意圖，重視地下室抗浮的施工要點。尤其要從施工期間的降排水措施、地下室周邊回填質(zhì)量、設(shè)計使用工況及施工工況差異這三個方面的施工要點來把控和指導(dǎo)施工，充分考慮地下水對建筑的影響，避免因地下室上浮引起安全質(zhì)量事故。