紅層丘陵區(qū)斜坡建筑地下室上浮原因分析及處理措施

陳近中　劉泊雷　張浩淼

【摘 要】隨著城市的發(fā)展和對地下空間的需求，紅層丘陵區(qū)斜坡地帶新建了較多地下結(jié)構(gòu)，由于認(rèn)為紅層丘陵區(qū)地下水條件較簡單，往往忽視地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)，導(dǎo)致許多地下結(jié)構(gòu)鼓脹、開裂，甚至影響主體結(jié)構(gòu)安全。文章以成都南部丘陵區(qū)某小區(qū)為例，從地形條件、地質(zhì)條件、施工影響及氣象條件等方面分析了紅層丘陵區(qū)斜坡建筑地下室上浮的原因，并對建筑上浮事故提出了鉆孔泄壓、壓力注漿、自動排水和重新回填等有效處理措施，可為該類工程的抗浮設(shè)計(jì)及事故處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】紅層丘陵區(qū); 斜坡建筑; 地下室; 抗浮設(shè)計(jì); 處理措施

【中圖分類號】TU46【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，紅層丘陵區(qū)的城市范圍不斷擴(kuò)大，周邊斜坡地帶已變?yōu)槌鞘薪ㄔO(shè)區(qū)域，大量建筑建設(shè)在斜坡體上。為了滿足日益增長的停車需求，小區(qū)均建立了地下停車庫。但近年來，由于勘察設(shè)計(jì)單位忽視紅層丘陵區(qū)斜坡地下水問題，部分建設(shè)在斜坡上的地下室抗水板鼓脹、開裂，甚至破壞主體結(jié)構(gòu)的事件不斷發(fā)生。如2013年昆明某建筑暴雨后地下室整體上浮，最大達(dá)到94.96 mm，造成了嚴(yán)重結(jié)構(gòu)破壞和經(jīng)濟(jì)損失[1]。2015年內(nèi)江某小區(qū)地下水抗水板鼓脹，墻、柱開裂，甚至部分承重結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，危及主體結(jié)構(gòu)安全[2]。廣州、東莞[3]、貴陽[4]、佛山[5]、鎮(zhèn)江[6]、大連[7]等城市均出現(xiàn)了抗浮設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致地下室開裂甚至破壞的事故。

1 工程概況

成都市某小區(qū)位于成都南部淺丘地帶。項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)凈用地面積約62 429 m2，總建筑面積為152 802 m2，包含12棟6+1層住宅、3棟9+1層住宅、2棟10+1層的住宅，會所2層、商業(yè)用房、地下車庫和門衛(wèi)房等服務(wù)設(shè)施。

2018年7月11～13日，成都連續(xù)暴雨，最大24 h降雨量為249.2 mm。13日發(fā)現(xiàn)該小區(qū)16#、17#、18#樓之間純地下室部位抗水板出現(xiàn)鼓脹，最大鼓脹高度約15 cm，抗水板與柱間出現(xiàn)裂縫。由于及時采取鉆孔泄壓，鼓脹、開裂僅限于抗水板，未影響到結(jié)構(gòu)整體，建筑整體安全。

2 水文及地質(zhì)條件

2.1 氣象水文

成都市屬亞熱帶季風(fēng)型氣候區(qū)，風(fēng)氣候顯著，四季分明。氣候總的特點(diǎn)是：冬暖、夏長、冬雪少，日照少、降雨量充沛。多年年平均氣溫16.2 ℃，極端最高38.30 ℃，極端最低-5.90 ℃。多年平均降水量為911.6～983.9 mm，豐水期為6～9月，其降水量占全年降水量的74 %，枯水期為12～2月。相對濕度多年年平均為82.1 %。多年年平均風(fēng)速1.35 m/s，最大風(fēng)速14.8 m/s，極大風(fēng)速27.4 m/s;最多風(fēng)向NNE。受大氣環(huán)流控制，降雨分配季節(jié)不均，夏秋兩季降雨量（5～10月）偏多，多年平均降水量占全年的81.5 %。

2.2 地形地貌

場地原始地貌屬于淺丘地貌，西北高東南低，高程介于485.53～497.22 m，相對高差約12 m。場地南部為淺丘，高程496.00～497.00 m，丘間谷地貫穿場地北部、東部以及西部，高程485～491 m（圖1）。由于工程開挖山丘、填埋谷地，使得場地北部形成一相對低洼地帶，易于水流匯集（圖2）。

2.3 地層巖性

根據(jù)勘察資料，場地主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）粉質(zhì)黏土、白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）泥巖組成。人工填土層主要分布于場地北側(cè)及西側(cè)，鉆孔揭露厚度0.2～6.4 m。粉質(zhì)黏土除場地中部因人工平整后缺失外，普遍分布于場地，鉆孔揭露厚度0.5～5.7 m。場區(qū)下伏白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖、砂巖，根據(jù)其風(fēng)化程度，該層可分為全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

成都地區(qū)大地構(gòu)造體系的西部為華夏系龍門山構(gòu)造帶;其東部是新華夏系龍泉山構(gòu)造帶;處于兩構(gòu)造單元間的成都平原北起安縣、南至名山、西抵龍門山脈、東達(dá)龍泉山，慣稱成都坳陷，本場地位于成都南部，為凹陷中部。

2.5 水文地質(zhì)條件

2.5.1 地表水

由于工程建設(shè)，填方阻斷了場地北側(cè)溝谷，致使其在場地北部形成面積約6 000 m2洼地，雨季易匯水形成暫時性積水堰塘。

2.5.2 地下水

場地地下水類型有第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類。第四系松散巖類孔隙水主要賦存于人工填土、粉質(zhì)黏土中，接受大氣降水滲透補(bǔ)給形成上層滯水，其水量受氣象因素及顆粒級配控制，勘察期為雨季，為豐水期，測得水位埋深0.4～3.1 m?；鶐r裂隙水主要為風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水及層間裂隙水，水量的大小取決于裂隙的發(fā)育程度，整體而言泥巖為隔水層，滲透系數(shù)和水量均較小。

3 原因分析

3.1 地形條件

場地屬于淺丘區(qū)，場地北側(cè)、東側(cè)、西側(cè)均為分水嶺，南側(cè)為丘間谷地，形成一個“簸箕”型的匯水區(qū)域，十分有利于匯水，匯水面積約1.5 km2（圖3）。加之抗水板出現(xiàn)鼓脹的部位剛好處于整個匯水區(qū)域的最低處（高程486 m），匯水區(qū)域內(nèi)所有地表水、地下水均向此處徑流，使得該區(qū)在暴雨時期地下水、地表水豐富。

3.2 地質(zhì)條件

場地的原始地層主要為人工填土層（Q4ml）、粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）、泥巖（K2g）組成，人工填土層較少，位于場地西側(cè)，粉質(zhì)黏土、泥巖普遍揭露。工程修建時，對場地進(jìn)行了平整，斜坡地帶進(jìn)行開挖，表層的填土和粉質(zhì)黏土均挖除，地基巖土層為泥巖，而對場地的丘間谷地進(jìn)行了回填，特別是無地下室區(qū)域，回填高度約5.1 m（±0高程為491.6 m，原始地形最低處486.5 m）?；靥钔林饕獮橥诜絽^(qū)的泥巖塊石和粉質(zhì)黏土組成，土體孔隙為地表水進(jìn)入地下提供了通道。降雨時，雨水沿回填土進(jìn)入地下，并沿基坑肥槽進(jìn)入基坑底部，對底部抗水板產(chǎn)生浮力，當(dāng)浮力大于上部抗力時，抗水板開始出現(xiàn)變形（圖4）。

3.3 施工影響

施工影響主要有兩方面：一是抗水板鼓脹時，工程剛完成主體結(jié)構(gòu)，地下室周邊及回填區(qū)未能及時封閉回填，連續(xù)強(qiáng)降雨時，地表水沿未封閉處的回填土迅速進(jìn)入地下，由于地形和地質(zhì)條件，坑內(nèi)水流不能及時排走，使得地下水位迅速上升而產(chǎn)生浮力。二是回填土為開挖形成的泥巖塊石和粉質(zhì)黏土，施工回填時，未能壓實(shí)到設(shè)計(jì)要求，回填土內(nèi)存在水體徑流的孔隙通道，地表水能很快進(jìn)入地下。

3.4 氣象條件

2018年7月11～13日，成都連續(xù)暴雨，最大24 h降雨量為249.2 mm，工程區(qū)附近雨量站最大過程雨量達(dá)228.9 mm。長時間連續(xù)暴雨，使得區(qū)內(nèi)地表水流豐富，部分水流沿地表土體進(jìn)入地下，地下水位迅速抬升，在基坑底部產(chǎn)生較大浮力。

4 處理措施

4.1 鉆孔泄壓

發(fā)現(xiàn)抗水板鼓脹后，立即對鼓脹部位抗水板進(jìn)行了鉆孔，有效的釋放了水頭壓力，避免抗水板繼續(xù)鼓脹而影響建筑主體結(jié)構(gòu)。

4.2 壓力注漿

由于事故發(fā)生時，建筑主體已形成，很多施工方法已不適合在地下室內(nèi)進(jìn)行，因此采取壓力注漿對抗水板下部土體進(jìn)行加固，封閉地下水滲透通道。

4.3 自動排水

在地下室周圍修建一圈盲溝和數(shù)口集水井，并使盲溝與集水井相連，使得地下水經(jīng)由盲溝進(jìn)入集水井，形成排水系統(tǒng)。井內(nèi)安置自動抽水設(shè)備，待井內(nèi)水位達(dá)到設(shè)置高度時，自動啟動抽水設(shè)備，將井內(nèi)水體抽到室外排水溝內(nèi)[8]。

4.4 重新回填

挖除原肥槽內(nèi)的回填土體，并采用3∶7灰土回填，要求滲透系數(shù)小于5×106 m/d，并及時封閉上部土體，避免地表水體通過回填土體進(jìn)入地下[9]。

5 結(jié)論

不能簡單認(rèn)為紅層丘陵區(qū)水文地質(zhì)條件簡單而忽視建筑的抗浮設(shè)計(jì)，應(yīng)充分分析場地的匯水條件、地質(zhì)條件以及氣象條件，對場地的地下水進(jìn)行補(bǔ)給、徑流、排泄分析，進(jìn)行合理的抗浮設(shè)計(jì)。一旦建筑出現(xiàn)抗浮不當(dāng)，應(yīng)及時采取鉆孔泄壓的應(yīng)急措施，并對地下水進(jìn)行壓力注漿、自動排水、重新回填、及時封閉等永久處理措施。

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[定稿日期]2021-02-03

[作者簡介]陳近中（1982～），男，碩士，高級工程師，從事工程勘察設(shè)計(jì)。