某工程施工期地下室抗浮設(shè)防水位的合理取值

敖國(guó)碧

摘要：隨著城市的發(fā)展，地下建筑的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越多，地下水的抗浮設(shè)防水位成為了一個(gè)重要的議題。抗浮設(shè)防水位的取值是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，需科學(xué)的預(yù)測(cè)建筑物在使用同期內(nèi)的最高水位，并需考慮最不利情況，其地下水影響因素有補(bǔ)排泄條件、地質(zhì)環(huán)境以及人為因素。合理的設(shè)置抗浮設(shè)防水位特別重要，將直接影響擬建物的建設(shè)費(fèi)用和使用安全。本文通過(guò)某工程施工期間地下室上浮破壞事故實(shí)例，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境，探討施工期地下室抗浮水位的合理取值。

關(guān)鍵詞：地下室；抗浮設(shè)防水位

1.引言

隨著城市發(fā)展，建設(shè)用地比較緊張，大量興建高層及超高層建筑，地下建筑的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越多，地下建筑將會(huì)面臨越來(lái)越多的防水與抗浮問(wèn)題。合理的確定地下建筑抗浮設(shè)防水位，將直接影響擬建物的使用安全和投資費(fèi)用，并有較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益?？垢≡O(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何科學(xué)確定抗浮評(píng)價(jià)計(jì)算所需的、保證使用安全和經(jīng)濟(jì)合理的抗浮設(shè)防水位，需科學(xué)的預(yù)測(cè)建筑物使用壽命同期內(nèi)的最高水位，并考慮最不利情況。但勘察期間一般很難提供經(jīng)濟(jì)合理的抗浮設(shè)防水位，一是由于勘察工作施工工期短，很難滿足一個(gè)水文年的地下水位監(jiān)測(cè)要求；二是無(wú)長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的區(qū)域水文觀測(cè)資料。

貴州省可溶巖的分布面積占全省面積的69.1%，近年來(lái)，大量的工程建設(shè)中，由于含水層的非均質(zhì)性，含水系統(tǒng)滲透和滲流場(chǎng)的復(fù)雜性，動(dòng)態(tài)變幅較大等，基坑、孔樁及地下室工程在施工過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)地下水滲水上浮，水位有時(shí)高出勘察期間值數(shù)米，涌水量超出預(yù)測(cè)值的幾倍甚至幾十倍。地下水位的變幅均無(wú)規(guī)律，與地下水本身天然變化、賦存條件及氣候特征、降水多少等自然因素有關(guān)，還受地下水的開(kāi)采、水資源的利用等人為因素影響。因此，勘察期間受諸多條件制約，難以正確判斷地下水位、合理選取抗浮設(shè)防水位，可能影響后期的質(zhì)量，甚至是地下建筑的上浮破壞。本文通過(guò)貴州地區(qū)某工程施工期間地下室上浮破壞事故實(shí)例，對(duì)工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件進(jìn)行研究分析，在多因素比較的基礎(chǔ)上，對(duì)抗浮設(shè)防水位的合理選取進(jìn)行探討分析，以期為今后類(lèi)似工程勘察和設(shè)計(jì)提供參考。

2.工程概況

某擬建工程位于斜坡地帶，框架結(jié)構(gòu)，地上三層，地下一層，局部地下室。地下室為-4.8m的架空停車(chē)場(chǎng)（施工期設(shè)計(jì)變更為地下設(shè)備試驗(yàn)室）。擬建物全長(zhǎng)93m，寬36m，其中局部地下室全長(zhǎng)為38.8m，寬36m。獨(dú)立柱基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度為不大于1.5m，一般為0.5m，單柱最大荷重3800KN。地坪標(biāo)高1112.00m，地下室底板標(biāo)高1107.20m。本工程在施工期間由于突遇強(qiáng)降水，地下室出現(xiàn)上浮破壞事故。

3.勘察期場(chǎng)地工程地質(zhì)條件分析

3.1地形地貌及巖土結(jié)構(gòu)特征

擬建場(chǎng)地為山地斜坡地形，位于緩坡地帶，居民集中生活地，整個(gè)場(chǎng)西高東低，西側(cè)地面高約1134.90m，東側(cè)距地下室5m場(chǎng)地標(biāo)高約1103m。建筑場(chǎng)地標(biāo)高在1119.20m～1109.80m。巖層單斜產(chǎn)出，傾向85°，傾角47°，為三疊系下統(tǒng)安順組（T1a）白云巖、泥質(zhì)白云巖，未見(jiàn)其它不良地質(zhì)作用，地下室基礎(chǔ)埋置于泥質(zhì)白云巖。

3.2水文地質(zhì)條件分析

該區(qū)屬于烏江水系南明河流域的匯水范圍，場(chǎng)地地勢(shì)相對(duì)較高，地表水徑流條件比較好。場(chǎng)地以北120m處有一泉水出露，施工期流量約為2.80m3/d，出水標(biāo)高為1108m，枯水季節(jié)無(wú)出露，為季節(jié)性泉水，由上層滯水補(bǔ)給形成。擬建場(chǎng)地南側(cè)距花溪河約1200m，河水面常年水位1095.5m，洪水位1097.8m，本場(chǎng)地坪場(chǎng)標(biāo)高1112.6m，擬建場(chǎng)區(qū)地層滲水性較弱，故花溪河對(duì)本場(chǎng)地影響不大。地下水24h觀測(cè)水位在1103m～1108m之間，無(wú)明顯變化規(guī)律，該水位含鉆孔施工滯留水及大氣降水，孔內(nèi)水補(bǔ)給較緩慢。場(chǎng)地地下水主要為大氣降水補(bǔ)給，地下水水量不豐富，場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型為第四系孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖溶洞裂隙水。

該地區(qū)無(wú)專(zhuān)門(mén)的水文地質(zhì)勘察資料和長(zhǎng)期地下水位區(qū)域觀測(cè)資料。場(chǎng)地處于斜坡上，東側(cè)地形較低，并低于地下室底板標(biāo)高，地下水與地表水徑流條件較好，基礎(chǔ)位于中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖上，泥質(zhì)白云巖透水性極弱，地下水位變幅在2m左右，穩(wěn)定地下水位按1105m取值。根據(jù)[1]資料，因地下水位低于地下室底標(biāo)高，故不考慮地下室的浮力影響，但應(yīng)作防滲設(shè)計(jì)。

4.勘察期間抗浮設(shè)防水位的確定

根據(jù)規(guī)范[2-5]的要求，因本擬建工程所在區(qū)域無(wú)長(zhǎng)期地下水觀測(cè)資料，勘察期間根據(jù)場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件，并結(jié)合擬建物的結(jié)構(gòu)特征、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，結(jié)合勘察報(bào)告[1]資料綜合分析，因地下水位低于地下室底標(biāo)高，故不考慮地下室的浮力影響，建議地下水抗浮設(shè)防水位按1105m確定，并應(yīng)作好防滲措施設(shè)計(jì)。經(jīng)后期地基與基礎(chǔ)開(kāi)挖后，本場(chǎng)地未見(jiàn)地下水。

5.施工期質(zhì)量事故原因分析

該工程在完成地基基礎(chǔ)施工和一層樓面施工（基坑還未回填）時(shí)突遇強(qiáng)降水，地表水漫流灌入地下室場(chǎng)，基坑集中積水，形成“腳盆”效應(yīng)，造成地下室底板上浮，局部結(jié)構(gòu)梁拉裂。經(jīng)分析，出現(xiàn)質(zhì)量事故有如下因素：

5.1施工期間工程地質(zhì)及水文地質(zhì)環(huán)境改變

工程施工期，因擬建場(chǎng)地周邊進(jìn)行大范圍的土石方平場(chǎng)，未設(shè)施地表、地下排水管網(wǎng)，在雨季地表水、地下水排泄受阻，降水沿場(chǎng)坪松散渣土入滲，松散渣土層的入滲能力強(qiáng)，因此改變了地下水的補(bǔ)、徑、排條件。

在擬建場(chǎng)地東側(cè)堆填高出地坪標(biāo)高的素填土層（紅粘土）并且封閉，素填土層未經(jīng)壓實(shí)處理，地表水、地下水不易排泄。大量的地表水入滲形成泡水帶，改變了地下水的補(bǔ)給、埋藏條件。

5.2本工程未作抗浮和防水措施

本工程的地基持力層為泥質(zhì)白云巖，泥質(zhì)白云巖為不透水性巖層，為該場(chǎng)地相對(duì)隔水層。施工期因設(shè)計(jì)變更，改架空地下室為地下設(shè)備試驗(yàn)室，并在施工期忽略降水對(duì)地下室的影響，在施工過(guò)程中未采取防、排水措施，因此在施工期遇強(qiáng)降水，地下室未作抗浮設(shè)防措施，地表水流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)，地下室因此受水浮力而破壞。

6.施工建議

合理確定建筑物的抗浮設(shè)防水位，要綜合考慮影響擬建場(chǎng)區(qū)的自然因素和人為因素，結(jié)合擬建場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)及水文條件、擬建筑物基礎(chǔ)埋置的位置。本工程在極端的氣象條件下，地表水漫流集中入滲、地下室積水未及時(shí)作降排水處理、整個(gè)地下室積水的情況下，地下室的抗浮水位理所當(dāng)然應(yīng)按最不利的地下水位1112m取值，即室外地坪標(biāo)高處。

已破壞的結(jié)構(gòu)物經(jīng)檢測(cè)可修復(fù)，不影響安全使用，不影響下一道工序施工，但應(yīng)采取有效的抗浮處理措施。在避免地表水再次漫流進(jìn)入基坑內(nèi)，確保地下室險(xiǎn)情不再加重，并應(yīng)正確解決地下室歸位問(wèn)題，避免地下室二次損傷。本工程為地上三層，地下室又為設(shè)備試驗(yàn)室，經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，構(gòu)筑物投入使用后，基坑按相關(guān)規(guī)定回填封閉，構(gòu)筑物的自重足夠抵抗水浮力作用。當(dāng)務(wù)之急應(yīng)著力做好施工期的防水、抗浮設(shè)防問(wèn)題。結(jié)合擬建場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)環(huán)境，東側(cè)地形有利于采取浮力消除處理措施，即通過(guò)疏排水方法，使地下水位保持在預(yù)定的標(biāo)高之下，減小或消除地下水對(duì)構(gòu)筑物的浮力影響，從而達(dá)到構(gòu)筑物抗浮的目的。

因此，施工期出現(xiàn)質(zhì)量事故后，抗浮設(shè)防水位應(yīng)結(jié)合本工程的地質(zhì)環(huán)境以及特殊的氣候條件，做好浮力消除措施的條件下，地下水抗浮設(shè)防水位可按1107m考慮，即地下室底標(biāo)高處。

旗工期浮力消除具體處理措施為：一是在地下室南側(cè)、西側(cè)作封閉硬化隔擋處理措施，設(shè)置地表水引流溝，對(duì)地表水進(jìn)行引流，避免地表水二次漫流進(jìn)入基坑內(nèi)，消除地下室二次險(xiǎn)情。二是在基坑?xùn)|側(cè)位置平行軸線設(shè)置疏、排水盲溝，盲溝頂標(biāo)高應(yīng)低于地下室底板標(biāo)高，使坑內(nèi)積水沿盲溝順利排出。待地下室回填封閉、建筑物投入使用后，地下水的浮力影響就逐漸減弱。這樣的處理措施施工簡(jiǎn)便，既節(jié)約費(fèi)用，又壓縮工期。

7.結(jié)論與建議

在地下建筑抗浮設(shè)計(jì)中，為確保構(gòu)筑物的安全，要考慮最不利的地下水位情況，科學(xué)預(yù)測(cè)構(gòu)筑物使用期內(nèi)地下水的最高水位。這就需要考慮構(gòu)筑物所處區(qū)域的宏觀水文地質(zhì)背景和歷史資料，及今后一段時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)的不利組合情況?？垢∷坏娜≈凳且粋€(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，工程期應(yīng)具體情況具體處理，應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)的對(duì)比分析，取值太高，造成浪費(fèi)，反之過(guò)低又會(huì)造成地下室底板開(kāi)裂滲水，給工程建設(shè)帶來(lái)?yè)p失。根據(jù)地形地貌條件、地下水類(lèi)型、補(bǔ)排泄條件、巖土體性質(zhì)、擬建物的結(jié)構(gòu)特征以及周邊環(huán)境條件，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，綜合判斷地下水位，合理進(jìn)行防水、抗浮處理設(shè)計(jì)，使地下水位抗浮設(shè)防滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范和正常使用要求，作出比較經(jīng)濟(jì)合理的抗浮設(shè)防水位取值。

抗浮設(shè)防水位是一個(gè)如同抗震設(shè)防一樣重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，僅以勘察階段的水位觀測(cè)資料確定抗浮設(shè)防水位是不確切和遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。抗浮設(shè)防水位的準(zhǔn)確度需進(jìn)行深入持久的研究及大量觀測(cè)資料的積累。

參考文獻(xiàn)：

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[1]貴州省貴州建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DBJ52∕T 045-2018）.