地下室抗浮不足原因分析及處理措施

文/彭海雁 長沙市規劃設計院有限責任公司 湖南長沙 410007

吳迪 中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司 湖南長沙 410007

隨著國內建設速度的加快，人民物質消費的提高，機動車的需求量也日益增加。為滿足住宅用戶的停車需求，配套的大規模地下車庫興起以此解決地面停車難的問題。地下車庫由于自重較小，因抗浮不足造成的破壞事故時有發生。為確保地下建筑的人員及結構安全，應足夠重視地下建筑的整體及局部抗浮設計。同時，事故發生后，地下結構發生的破壞：底板隆起，地下外墻、柱開裂，頂底板出現裂縫等，造成了巨大的經濟損失和帶來后期使用的安全隱患。因此，對事故工程進行原因分析及事故后處理也顯得尤為重要。本文通過對事故工程的研究，對事故原因及事后采取的措施進行了分析和總結，為處理實際問題提供一定的參考價值。

1、抗浮不足原因分析

1) 氣候變化。特別在南方地區，雨水豐沛，豐水期間，多日連續暴雨，地下水位驟升，超過抗浮水位。

2) 地理條件。部分事故工程處于地勢較低處，場地外側水源匯集到該工程，地下水排水不暢，水位迅速上升，超過抗浮水位。場地地下環境受地下水、土壓力等因素的影響，不僅要考慮本場地的地質情況，還要調查分析場地以外的水文、地質條件（河道，地鐵，深基坑等），以防不利因素對本工程的影響。

3)自重不足。施工時，在地下室主體結構已完成的情況，頂板及地下外墻周邊卻未及時回填覆土，以致結構自重不足以抵抗水浮力。

4)施工降排水措施不到位。考慮經濟、工期等因素，在結構頂板荷載未加載完畢時，就提前停止降水措施，場地內又無組織排水措施，外墻回填土回填不到位，致使大雨期間大量的地表水通過回填不密實處，涌入底板底，形成水浮力，導致車庫上浮[1]。

5)設計不足。地下工程的抗浮設計參數、簡化計算及模型模擬是否正確合理，直接關系到工程的安全可靠，設計人員應具有相當的專業水平及責任感。

2、地下室抗浮應急措施

事故發生后，應對地下室采取及時的應急措施以防止破壞加劇，減少損失。具體有以下幾種：

1)增配重。可以通過頂底板覆土、增設底板疊合混凝土層使結構自重及其上作用的荷載增加，能抵抗水對建筑的浮托力。但要保證頂板荷載的增加量在結構梁柱可承受能力范圍內，否則會給結構造成二次破壞。底板增設疊合層或者進行地面堆載，會降低車庫凈高，影響建筑的空間使用功能，需與建筑協調。回填順序，建議先進行頂板的覆土回填，再回填室內填土，避免底板上增加的重量對柱產生拉力。但考慮車庫上浮，已造成結構柱破壞嚴重，內力分布改變，馬上進行頂板覆土，可能加劇構件的破壞，建議對構件加固后，再進行頂板覆土的回填。

在場地車庫存在大量積水情況時，若無法降低室外地下水，可利用積水增加結構自重，抵抗一部分浮力。若此時馬上采取抽取措施，基底所受浮力增加，反而會加重結構破壞。

2)增設底板錨桿。錨桿一端連接地下室底板，一端錨固于穩定的巖層或土層，通過錨固體與基礎以下各地層之間的摩阻作用，以抵抗地下水浮力。在水頭壓力較大時，效果比較穩妥，但工程造價高，施工周期長，會切斷部分底板鋼筋，對原結構的受力有影響。

3)灌漿阻水：將漿液灌入地下車庫周邊及底部土層的裂隙、孔隙中，形成連續的阻水帷幕，以降低地下水滲流量及水頭壓力[2]。施工難度大，會改變了地下周邊水文環境。

4)排水泄壓：在車庫周邊開挖排水明溝，排水井以及在底板上開設泄壓孔。這些辦法直接有效地降低水頭高度，操作簡便，效果明顯，但可能會對周邊地下水文環境有影響。注意控制水壓和排水速度，對整個地下車庫的變形進行實時觀測并記錄沉降速率及沉降量。

抗浮不足后，場地采取何種措施，應根據工程特點，水文地質資料，場地條件，施工可行性綜合考慮。現場及時有效的措施，能極大地降低結構的破壞程度，為后期的加固處理降低難度。若措施采取不當，可能會對結構造成二次破壞。

3、加固處理

為保證工程后期的正常使用提供安全保障，需對破壞構件進行裂縫修復及加固處理。

1)地基加固[3]。地下室上浮后，場地內積水滲入底板持力層，降低了土層的抗剪強度和承載力；后期采取的降排水措施，會使基礎下部分持力層土質流失，形成空隙，可采取壓密注漿加固法對地基進行處理。實時監測場地及相鄰建筑的沉降、裂縫等，注漿后進行檢驗 [3]。

2)底板加固。采取底板裂縫灌注環氧樹脂并在板面增設100～200MM厚混凝土疊合層處理，布置單層雙向鋼筋，縱筋應植入混凝土墻內。

3)外墻、柱加固。地下室上浮后，上部梁約束墻柱豎向相對位移，限制了自由變形，外墻、柱產生水平裂縫，嚴重影響了外墻、柱的承載力。采取裂縫灌注環氧樹脂修復后，外墻可采取加大截面處理，內側澆筑混凝土疊合層，新增豎向鋼筋下端錨入底板中，上端錨入頂板中；新增水平鋼筋錨入相鄰框架柱中；柱可采用加大截面處理、濕式外包鋼加固和外圍澆筑鋼筋混凝土加固[4]；加固中，植筋設計及工藝需滿足現行加固規范要求。

4)頂板梁、板加固。在框架柱產生傾斜的影響下，頂板梁板受水平拉壓作用，形成豎向及斜向裂縫，采取裂縫灌注環氧樹脂并在板底板面粘貼碳纖維布處理。此外，梁可采用加大截面法加固。

加固處理施工順序為：頂板梁柱節點加固處理--頂板裂縫處理--上部覆土--底板疊合混凝土層施工—內部填充墻裂縫處理。

事故發生后，加固處理的順序和方案選擇合適，在滿足結構的安全和使用功能的前提下，可以大大減低修復成本。因抗浮引起的結構變形通過處理后大部分可以恢復，但不能完全消除，需要對破壞結構進行長時間檢測，以保證結構安全。

結語：

對地下工程的設計及施工提出如下建議，為以后的類似工程提供一定的參考價值。

1）抗浮水位確定。勘察時，對水頭高度應慎重考慮，應充分考慮到極端天氣對地下水位的影響[2]。抗浮設防水位高度偏低時，工程隱患越大。設計時，應考慮施工期間，車庫頂部未進行覆土的情況，結構自重宜能抵抗抗浮水位。與建設方溝通，在對工程造價影響不顯著的情況下，為主體預留一定的安全儲備，可極大地避免后期抗浮不足引起的經濟財產損失。

2）選擇合適的樁基形式。對抗拔樁、抗浮錨桿及其他抗浮設計方案進行綜合比較，合理選取。特別是對于抗拔預應力管樁，應考慮失效后的應急預案，建立結構的二級抗浮防線。

3）結構設計時，強化強柱弱梁思想，適當加大柱截面，避免梁柱線剛度相差太大，在抗浮水位較高的情況下，考慮柱箍筋全長加密[5]。

4）避免不均勻沉降[4]產生的裂縫，超長結構應盡量設置結構縫斷開。超長地下室與主樓，由于剛度、自重差異大，協調變形能力也不同，特別是在水力作用時，基礎底板土質部分流失，地下室發生不均勻沉降較明顯，在塔樓與單層地下室交界處會產生較多裂縫。

5）施工措施到位。做好建筑物沉降及抗浮監控。地下主體結構施工完成后，外墻及頂板覆土及時回填。回填土越密實，阻水性越好。施工時，按要求做好降排水措施，避免大雨期間，水位驟升，排水不暢的情況發生。