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

（甘肅省建筑科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730050）

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

本文以蘭州某工程為實例，分析導致該類事故的發生的原因，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，北側、西側部分采用泥漿護壁機械鉆孔灌注樁，持力層均為卵石層，板底設100mm 厚C20素混凝土墊層,每邊擴出基礎外緣100mm。見圖2“地庫基礎平面圖”。

圖1 場地位置示意圖

圖2 建筑基礎平面示意圖

2.地下水水位對比

2.1 區域水文調查

根據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7090 m3/s；據調查考證，蘭州最大歷史洪水發生在1904 年，蘭州站洪峰流量達8600 m3/s。

蘭州站2018 年最大流量發生在7 月，為3600 m3/s。2019年最大流量發生在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

①根據2020 年1 月1 日~1 月7 日現場實測[2][3]，該場地旁黃河水位標高約為1478.53m，根據對岸沿黃河岸的構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 年場地北側道路為淹沒區，道路標高為1485.56~1485.64m）。

③本場地室外地面標高為1483.9m。

按規范要求，該場地抗浮設計水位應為1485.5m；因該項目室外地面標高為1483.9m，故該項目抗浮水位可按1483.9m進行設計。

補充勘察期間場地東北側約40m 處正進行施工降水，抽出的水直接排放于距場地東北側約40m 的農田中，對場地北側水位的量測結果有一定影響[4]。

2.3 場地地下水實測對比

補充勘察期間（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，水位標高1478.16~1479.04m。地下水主要賦存于細砂和卵石層中，屬潛水類型。地下水與黃河水的水力聯系單一，枯水期地下水補給黃河水，豐水期黃河水補給地下水，地下水流向自西向東。

表1 兩次勘察期間水位標高及抗浮水位標高

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，降水日數近25 年最多，持續降水導致黃河上游水位不斷上漲，龍羊峽、劉家峽水庫加大泄洪量，根據黃河蘭州水文站監測，2019 年7 月15 日出現近38 年來最大洪峰（僅次于1981 年）。

綜合以上分析，場地西北側距黃河僅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。勘察設計除了以現場實測水位為依據，還應考慮全年水位變化，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抗浮措施。

3.工程地質條件

3.1 地層結構概況

根據現場鉆探揭露，場地地層自上而下主要為第四系全新統人工堆積物（素填土）及沖洪積物（黃土狀粉土、卵石）。基坑周圍土層以素填土、黃土狀粉土、細砂及卵石為主，地下室基底為卵石。

3.2 抗浮及防水板配筋驗算結果

根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011 第5.4.3 條的規定，經計算，防水板區域抗浮Gk/Nw,k=0.92，小于抗浮穩定安全系數1.05，抗浮穩定性不滿足《建筑地基基礎設計規范》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定安全系數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

基礎結構相關構造要求1（軟墊層）防水板下應設置軟墊層；軟墊層的設置及性能控制是獨立基礎加防水板受力合理是否的關鍵[10]，目的是確保防水板不承擔或承擔少量地基反力。主要相關因素據查閱圖紙，防水板下設計了軟墊層（虛鋪100mm 厚水泥爐渣墊層）。據調查，防水板下施工時未施工軟墊層。基礎結構相關構造要求2（配筋）1、地下車庫出現了大量環柱裂縫，地下水從柱根部位上冒；2、防水板局部有隆起現象，最大隆起100mm。主要相關因素獨立基礎配筋設計時，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《混凝土設計規范》8.5.1 條[11]；2、柱邊緣獨基的配筋計算時，采用的彎矩值應含兩部分：①基底平均壓力設計值引起的彎矩；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，而配筋由彎矩M決定。主要相關因素彎矩取值影響裂縫驗算柱與基礎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，與浮力無關[12]。非相關因素 /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小；原勘察報告持力層與實際情況相符。非相關因素可排除地基持力層因素引發的基礎破壞。水文及地貌影響2019 年夏季水位上漲幅度大場地地面低，近兩年內降雨量大，導致黃河流量大，7 月黃河水位升高導致地下水位上升。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，場地底板抗浮設計參數選取不合理，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.結論

抗浮設計水位提供不準確或未提供。詳細勘察時處于枯水期，勘察報告未提供抗浮設計水位，而場地的洪水水位遠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，設計采用的抗浮水位偏低。底板抗浮設計參數選取不合理。柱根處彎矩及配筋設計不足，獨基加防水板柱根處獨基彎矩設計值應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，彎矩值不夠導致柱腳破壞，獨立基礎配筋設計時，采用的彎矩值M 為配筋的決定因素AS=M/(0.9h0fy)。未嚴格按照設計圖紙施工。據查閱圖紙，防水板下設計了軟墊層（虛鋪100mm厚水泥爐渣墊層）。據鑒定調查，防水板下施工時未施工軟墊層。獨基基礎加防水板結構軟墊層的設置及性能控制是獨立基礎加防水板受力合理是否的關鍵，目的是確保防水板不承擔或承擔少量地基反力。而實際未采用軟墊層，使受力模型改變。

5.加固建議

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

6.結語

地下建筑物或構筑物基礎底面位于地下水位以下或者地下水變化幅度范圍以內時，應嚴格按照規范采取抗浮設計，勘察單位應綜合采取多種手段確認抗浮設計水位，為設計單位抗浮設計提供真實有效的參考依據，施工單位、建設單位應嚴格按圖施工，不得以節省造價為由降低施工標準或者單方面取消抗浮構造措施，才能避免類似工程施工的發生，才能保證工程建設者和使用者的合法權益，才能保證建設單位的投資效益。