蘭州某地下車庫抗浮破壞原因分析

楊映東，馮炳超，肖 剛，孔德政

（甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730050）

近年來，地下車庫因抗浮設(shè)計水位或抗浮措施不到位引發(fā)的工程事故不少，該類工程事故主要表現(xiàn)為地下水處于高水位時，地下室底板受地下水浮力作用導(dǎo)致地下室底板向上隆起、地下室底板破裂，柱腳處尤為嚴(yán)重，地下室框架柱受雙向壓力作用剪切破壞等，該類工程事故嚴(yán)重影響了地下室的正常使用，嚴(yán)重時影響地下室結(jié)構(gòu)的安全性。

本文以蘭州某工程為實例，分析導(dǎo)致該類事故的發(fā)生的原因，并對該類問題的工程處理提出處理意見，供同行參考。

1.工程概況

該場地地貌元屬黃河河漫灘，地下車庫緊鄰黃河，西北側(cè)距黃河邊約35m~50m。該場地地理位置示意見圖1。地下車庫采用鋼筋混凝土柱下獨立基礎(chǔ)，北側(cè)、西側(cè)部分采用泥漿護(hù)壁機(jī)械鉆孔灌注樁，持力層均為卵石層，板底設(shè)100mm 厚C20素混凝土墊層,每邊擴(kuò)出基礎(chǔ)外緣100mm。見圖2“地庫基礎(chǔ)平面圖”。

圖1 場地位置示意圖

圖2 建筑基礎(chǔ)平面示意圖

2.地下水水位對比

2.1 區(qū)域水文調(diào)查

根據(jù)黃河水文蘭州站觀測，黃河蘭州段洪水一次歷時平均為40 天，最長可達(dá)66 天，最短也有22 天，實測洪峰流量一般為4000~6000 m3/s。

1946 年，蘭州站實測最大洪峰流量達(dá)5900 m3/s；1981 年大洪水蘭州站洪峰流量為5600 m3/s，但如果沒有龍羊峽水庫施工圍堰擋水和劉家峽水庫攔蓄，蘭州站洪峰流量可達(dá)7090 m3/s；據(jù)調(diào)查考證，蘭州最大歷史洪水發(fā)生在1904 年，蘭州站洪峰流量達(dá)8600 m3/s。

蘭州站2018 年最大流量發(fā)生在7 月，為3600 m3/s。2019年最大流量發(fā)生在7 月，為3660 m3/s。2019 年12 月最大流量為1090 m3/s，平均流量709.4 m3/s。2020 年1 月截至1.6 日，最大流量606 m3/s，平均流量542.5 m3/s，處于枯水期[1]。

2.2 抗浮水位依據(jù)

①根據(jù)2020 年1 月1 日~1 月7 日現(xiàn)場實測[2][3]，該場地旁黃河水位標(biāo)高約為1478.53m，根據(jù)對岸沿黃河岸的構(gòu)筑物上留下的洪水水印（圖5）和周邊走訪，近兩年來場地旁黃河最高水位約1483.2m。

②1981 年最高水位約為1485.5m（1981 年場地北側(cè)道路為淹沒區(qū)，道路標(biāo)高為1485.56~1485.64m）。

③本場地室外地面標(biāo)高為1483.9m。

按規(guī)范要求，該場地抗浮設(shè)計水位應(yīng)為1485.5m；因該項目室外地面標(biāo)高為1483.9m，故該項目抗浮水位可按1483.9m進(jìn)行設(shè)計。

補(bǔ)充勘察期間場地東北側(cè)約40m 處正進(jìn)行施工降水，抽出的水直接排放于距場地東北側(cè)約40m 的農(nóng)田中，對場地北側(cè)水位的量測結(jié)果有一定影響[4]。

2.3 場地地下水實測對比

補(bǔ)充勘察期間（2019 年12 月24 日~12 月30 日），所有勘探點均出露地下水，地下水埋深4.37m~5.68m，水位標(biāo)高1478.16~1479.04m。地下水主要賦存于細(xì)砂和卵石層中，屬潛水類型。地下水與黃河水的水力聯(lián)系單一，枯水期地下水補(bǔ)給黃河水，豐水期黃河水補(bǔ)給地下水，地下水流向自西向東。

表1 兩次勘察期間水位標(biāo)高及抗浮水位標(biāo)高

2.4 氣象資料

2019 年汛期黃河上游降水多，黃河流域甘肅段較常年同期偏多25%，為近6 年最多，降水日數(shù)近25 年最多，持續(xù)降水導(dǎo)致黃河上游水位不斷上漲，龍羊峽、劉家峽水庫加大泄洪量，根據(jù)黃河蘭州水文站監(jiān)測，2019 年7 月15 日出現(xiàn)近38 年來最大洪峰（僅次于1981 年）。

綜合以上分析，場地西北側(cè)距黃河僅35~50m,場地水位主要受黃河水量變化控制，枯水期與洪水期水位相差較大?？辈煸O(shè)計除了以現(xiàn)場實測水位為依據(jù)，還應(yīng)考慮全年水位變化，將水位變化對場地建筑物的可能影響分析清楚并制定相關(guān)抗浮措施。

3.工程地質(zhì)條件

3.1 地層結(jié)構(gòu)概況

根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露，場地地層自上而下主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積物（素填土）及沖洪積物（黃土狀粉土、卵石）?；又車翆右运靥钔痢ⅫS土狀粉土、細(xì)砂及卵石為主，地下室基底為卵石。

3.2 抗浮及防水板配筋驗算結(jié)果

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011 第5.4.3 條的規(guī)定，經(jīng)計算，防水板區(qū)域抗浮Gk/Nw,k=0.92，小于抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)1.05，抗浮穩(wěn)定性不滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011 第5.4.3 條“建筑物自重及壓重之和與浮力作用值得比值不小于抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)1.05”的要求。同時，防水板柱下板帶計算配筋量為380~2490mm2/m，跨中板帶計算配筋量為380~2490mm2/m，柱下板帶及跨中板帶實際配筋為770mm2/m，部分柱下板帶和跨中板帶實際配筋量不滿足計算配筋量。

3.3 地下室底板漏水原因分析

表2 地下室底板滲漏原因分析表

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)造要求1（軟墊層）防水板下應(yīng)設(shè)置軟墊層；軟墊層的設(shè)置及性能控制是獨立基礎(chǔ)加防水板受力合理是否的關(guān)鍵[10]，目的是確保防水板不承擔(dān)或承擔(dān)少量地基反力。主要相關(guān)因素?fù)?jù)查閱圖紙，防水板下設(shè)計了軟墊層（虛鋪100mm 厚水泥爐渣墊層）。據(jù)調(diào)查，防水板下施工時未施工軟墊層。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)造要求2（配筋）1、地下車庫出現(xiàn)了大量環(huán)柱裂縫，地下水從柱根部位上冒；2、防水板局部有隆起現(xiàn)象，最大隆起100mm。主要相關(guān)因素獨立基礎(chǔ)配筋設(shè)計時，采用的彎矩值M 為配筋的決定因素：AS=M/(0.9h0fy)1、防水板的配筋由水浮力控制時，受力配筋的最小配筋率按《混凝土設(shè)計規(guī)范》8.5.1 條[11]；2、柱邊緣獨基的配筋計算時，采用的彎矩值應(yīng)含兩部分：①基底平均壓力設(shè)計值引起的彎矩；②防水板抵抗浮力引起的彎矩。防水板裂縫寬度驗算裂縫寬度的驗算和配筋有關(guān)，而配筋由彎矩M決定。主要相關(guān)因素彎矩取值影響裂縫驗算柱與基礎(chǔ)交接處受沖切承載力驗算沖切力計算時，地基土凈反力與上部荷載有關(guān)，與浮力無關(guān)[12]。非相關(guān)因素 /地基持力層及地基沉降持力層為卵石層，無明顯沉降跡象卵石層沉降??；原勘察報告持力層與實際情況相符。非相關(guān)因素可排除地基持力層因素引發(fā)的基礎(chǔ)破壞。水文及地貌影響2019 年夏季水位上漲幅度大場地地面低，近兩年內(nèi)降雨量大，導(dǎo)致黃河流量大，7 月黃河水位升高導(dǎo)致地下水位上升。主要因素場地低洼且臨近黃河，易受黃河洪水影響。

通過上述分析計算，場地底板抗浮設(shè)計參數(shù)選取不合理，不能滿足工程需要；施工階段，防水板下未按施工圖紙設(shè)置軟墊層，防水板受部分地基反力影響，對建筑抗浮能力造成影響。

4.結(jié)論

抗浮設(shè)計水位提供不準(zhǔn)確或未提供。詳細(xì)勘察時處于枯水期，勘察報告未提供抗浮設(shè)計水位，而場地的洪水水位遠(yuǎn)高于枯水期地下水水位，該場地臨近黃河，受黃河水影響大，因此，設(shè)計采用的抗浮水位偏低。底板抗浮設(shè)計參數(shù)選取不合理。柱根處彎矩及配筋設(shè)計不足，獨基加防水板柱根處獨基彎矩設(shè)計值應(yīng)為基底平均壓力引起的彎矩與防水板抵抗浮力引起的彎矩的疊加，彎矩值不夠?qū)е轮_破壞，獨立基礎(chǔ)配筋設(shè)計時，采用的彎矩值M 為配筋的決定因素AS=M/(0.9h0fy)。未嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工。據(jù)查閱圖紙，防水板下設(shè)計了軟墊層（虛鋪100mm厚水泥爐渣墊層）。據(jù)鑒定調(diào)查，防水板下施工時未施工軟墊層。獨基基礎(chǔ)加防水板結(jié)構(gòu)軟墊層的設(shè)置及性能控制是獨立基礎(chǔ)加防水板受力合理是否的關(guān)鍵，目的是確保防水板不承擔(dān)或承擔(dān)少量地基反力。而實際未采用軟墊層，使受力模型改變。

5.加固建議

在復(fù)核整體抗浮穩(wěn)定性后，在地庫凈高不影響使用功能的情況下，先對滲漏部位進(jìn)行防水堵漏，并進(jìn)行清污處理；然后在地庫現(xiàn)狀底板上加一層鋼筋混凝土現(xiàn)澆層，并與柱基合理連接，新加現(xiàn)澆板厚度及配筋應(yīng)根據(jù)抗浮計算及結(jié)構(gòu)受理特點決定。

6.結(jié)語

地下建筑物或構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下或者地下水變化幅度范圍以內(nèi)時，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范采取抗浮設(shè)計，勘察單位應(yīng)綜合采取多種手段確認(rèn)抗浮設(shè)計水位，為設(shè)計單位抗浮設(shè)計提供真實有效的參考依據(jù)，施工單位、建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格按圖施工，不得以節(jié)省造價為由降低施工標(biāo)準(zhǔn)或者單方面取消抗浮構(gòu)造措施，才能避免類似工程施工的發(fā)生，才能保證工程建設(shè)者和使用者的合法權(quán)益，才能保證建設(shè)單位的投資效益。