狹長水池抗浮問題淺析

文章編號:2095-4085(2025)07-0040-03

0 引言

地下水池型構筑物在運營階段需確保抗浮穩定性，同時在施工階段也必須高度重視抗浮要求。施工期間若遇地下水位上升且未及時采取有效防控措施，構筑物將承受地下水浮力作用。一旦抗浮穩定性不足，極易導致水池發生上浮、傾斜甚至整體浮起等事故。若處置不當，還可能引發結構開裂等更為嚴重的破壞，顯著增加修復難度并造成重大經濟損失。本文結合某狹長形水池上浮事故案例，系統分析了事故成因，詳細闡述了修復技術方案，重點剖析了施工過程中的關鍵問題和質量缺陷，旨在為同類工程的設計和施工提供參考借鑒。

1工程背景

1. 1 工程概況

本水池是合肥某新能源材料有限公司一期項目中的雨水收集及事故水池，上部封閉留口，正常使用時基本不蓄水。水池平面為直角梯形造型（外部尺寸西邊寬 5.7m ，東邊寬 12.5m ，南邊長 84m ，北邊長 )，池壁周長為 186.5m ，場地地表標高 +0.3m 設計深度 -?6.3m ，水池面積 764m² ，底板厚度800mm ，每邊外挑 0.5m ，面積為 860m² ，水池壁厚400mm 。水池頂板標高 -1.0m ，采用天然地基，基礎擱置在 ② 層含礫黏土中，局部超挖部分采用砂石墊層。抗浮設防水位和水池頂板相平，取室外地坪下1.0m 。兩級放坡開挖基坑，采用級配石砂回填基坑肥槽。除水池頂部覆土 1.0m 外，未采取其他抗浮措施。

混凝土重度取值 25kN/m³ ，土重度按 18kN/m³ 其整體抗浮驗算如下[1-2]：

（204號186 I.5+25×0.8×860+25×0.4×764+18×1×860 =47966.5kN ·

N_W，K=10×(6.7+13.5)×85×5.3/2=45500.5kN; （2 G_?K/N_?W，K=47966.5/45500.5=1.054>1.05 ，滿足

使用時期整體抗浮。

1.2 工程地質條件

擬建項目場地原為荒地，地表分布填土，地形起伏較大。一期項目場地標高介于 16.12～27.13m （以孔口高程計)，最大高差達 11.01m 。經調查，場地經過整平，原始地貌呈西南高、東北低的趨勢。本次勘察結果表明，表層填土厚度分布與原地形一致，西南側較薄，東北側較厚。

場地土層定名依據現場鑒別、土工試驗、原位測試及地區工程經驗綜合確定，場地內地基巖土構成按自上而下的順序依次為：

① 層填土（ Q₄^ml )：雜灰色，疏松，濕，黏性土夾雜大量碎石、塊石組成，部分表層有植物根系，場地的東北側厚度較大，為未經碾壓的新近填土，屬于欠固結高壓縮性土，濕陷性一般。其余地方均為山坡挖平，局部表層受車輛等設備碾壓形成松散土質，主要分布于場地東側。

② 層含礫黏土（ (Q₃^al) ：黃褐灰，硬塑，黏土中夾一些碎石、塊石、卵石等，粒徑主要為 2～20cm 也有孤石粒徑大于 100cm ，含鐵錳氧化物結核，以灰白色粘性土填充網紋狀裂隙結構，高干強度，場地內分布不均。

③ 層砂巖強風化 (K) ：灰褐色，密實，濕，風化裂隙極發育，巖石風化劇烈，大部分巖體結構已經破壞，手捏碎成砂礫狀，巖芯呈碎塊狀、塊狀，風化不均勻。

④ 層砂巖中等風化 (K) ：灰褐色，巖石構造層理清晰，局部發育風化裂隙，部分巖體結構破壞，無明顯變化的礦物質成分，有短柱狀、局部塊狀巖芯。

根據本次勘察鉆探成果及室內試驗數據，場地內④ 層中等風化砂巖按巖石堅硬程度分類為極軟巖。結合合肥地區工程經驗，該層砂巖屬于易軟化巖層。

1.3 水文地質條件

（1）根據勘察資料，地下水分類為上層滯水型

及潛水型。

第一含水層為 ① 層填土：主要分布著上層滯水，其水量與地勢高低及填土厚度有很大關系，主要補給是靠大氣降水和地表水滲透，無穩定的自由水面，分布不連續，蒸發及側向徑流形式排泄。上層滯水受地形填土厚度、大氣降水及基坑附近排水影響較大，該層水位埋深 0.5～4.5m ，平均值 2.50m ，相應初見水位標高約 15.50～25.52m ，平均值 21.50m ，上層滯水變化幅度在 1.0～2.0m 。

第二含水層：主要為 ② 層含礫黏土中潛水和 ③ 層強風化砂巖、 ④ 層中等風化砂巖中的裂隙性潛水，主要補給和排水方式為地下水平和垂直徑流。在勘探過程中，地下水位的埋深實測為 0.40～1.00m ，平均值0.83m ，對應的地下水位標高為 14.03～26.52m ，平均 19.52m ，變化幅度在 1.0～2.0m 之間。根據近年來的勘測資料，該區域的水位隨季節的變化而波動，冬春季時水位較低。

擬建場地地下水水位最高大約為 23.52m 。地下水動態變化主要受大氣降水和蒸發因素的影響，6~9月份為地下水豐水期，于12月至翌年2月出現枯水期，主要接受大氣降水入滲和側向徑流補給，場地土及地下水對混凝土結構具有微腐蝕性。

(2）勘察資料建議：在地基基礎開挖、施工過程中，擬建場地上層滯水及潛水埋藏較淺，會對開挖邊坡的穩定性和地基土的承載力造成影響，建議在基礎開挖過程中，必須采取有效的降排水或截水等措施，確保地下水水面標高低于基底下不少于 0.5m 。

2 事故過程

2.1 事故發生

2024年1月底，水池主體結構完成，肥槽已回填，但上部 1m 覆土還未施工。2月初，正趕上春節工地停工放假，連續幾天雨雪天氣，水池東端大量積水（因原始地貌西高東低，東面松散填土厚度大，滲透系數大，大面積匯水、存水），2月4日水池東端（寬 12.5m 端）發生上浮，上浮高度 2.17m ，西端未上浮，現場按 5m 間距對頂板標高進行測量，從西向東高度為等比例漸進，進池內觀測，結構無損壞，內部無積水。

2.2 應急處理

（1）2月5日水池南北兩側開挖集水坑，安裝4臺 ?80 水泵排降水池周邊地下水。

（2）每天4次持續進行水池標高觀測，密切關注水池降幅及結構變化狀況。

（3）2月5日傍晚，水池東端開始回降，5日降幅為 35cm ，6日降幅為 21cm ，7日降幅為 12cm ，8

日降幅為 3cm 。至此，為避免水位過低造成混凝土結構懸空而產生變形，停止繼續降水，保持水位高度，現場每日抽排水，直至2月15日。

2.3 后續處理

（1）基坑開挖：根據前期抽水后水池降幅初步判斷，底板四周已被坍塌砂石填充，繼續抽水水池也不會持續下降，需對水池四周土方進行二次開挖至墊層，并對進人底板部位的砂石進行逐層清理，方能逐步降低水池高度。為避免深基坑作業，保證現場施工安全，水池土方二次開挖前先擴大區域挖除土方至-4.2m ，對邊坡進行有效卸荷后，再采取分臺階放坡開挖，放坡比為1:1.5。雨水、事故水池二次開挖深度至 -7m ，開挖時使用四臺反鏟挖掘機，采取二層接力開挖方法南北兩側同時進行施工（為避免水池位移)，一臺挖機在坑內作業，另一臺在坑上作業。開挖后，邊坡應設專人監測，當土體有位移趨勢時，應及時測量坡面變化，以便進一步了解邊坡滑動范圍和滑動情況。

（2）支撐清底：水池剩余上浮高度較高(1.46m) ，清理進入板底砂石時不能連續清理，以防止結構懸空過長而產生損傷，暫定 8m 間距預留 2m 砂石作為支撐（需設計驗算），清理完成部位的泥漿及剩余砂石要采用高壓水沖洗干凈。

(3）換撐復位：全部清理完成后，在預留砂石支撐之間填設 2m×1m 沙袋，方可對砂石支墩逐步進行清除。所有清理工作需南北兩側對稱同時實施，并密切關注降幅及結構變化。

（4）按上述方法處理后，經測量，池體最東端垂直升高了 3mm ，往西遞減，經設計復核影響較小，充水試驗也無滲水現象，滿足構筑物的使用要求。

3事故原因淺析

3.1 相關規范規定

（1）《合肥市地下建（構）筑物抗浮設防管理規定》（合建［2011］18號）對地下構筑物設防要求概括如下（主要列舉與本項目相關的條款）：

第六條地下水抗浮設防水位，當建設場地地勢較高且較平坦時，可取室外設計地坪下 1.00m 作為抗浮設防水位；

第七條按照施工、使用及檢修卸荷階段等各種工況進行抗浮驗算，依據巖土工程勘察報告提供的抗浮設防水位，合理選擇抗浮措施。

第八條可采取以下一種或多種抗浮措施進行地下建（構）筑物抗浮設計：

1.增加壓重;

2.設置抗拔樁或抗浮錨桿;

3.采用盲溝排水；

4.其他有效措施;

第十條要依據巖土工程勘察報告，同時結合工程場地及周邊環境進行抗浮設計。抗浮設計要兼顧整體與局部的抗浮穩定。

（2）《建筑工程抗浮技術標準》（JGJ476-2019》規定如下：

6.5.1抗浮治理方案宜根據抗浮穩定狀態、抗浮設計等級和抗浮概念設計并結合治理要求、對周邊環境的影響、施工條件等因素進行技術經濟比較后確定。

6.5.5抗浮治理方案除本標準表6.5.1中方法及其組合抗浮措施外，還應包含下列防治措施：基坑肥槽回填應采用分層夯實的黏性土、灰土或澆筑預拌流態固化土、素混凝土等弱透水材料；基底不得設置透水性較強材料的墊層，超挖土方宜采用混凝土等弱透水材料回填。

3.2抗浮設計存在的問題

（1）現行設計未分階段驗算抗浮穩定性（包括施工期、使用期及檢修期等工況）。雖然設計要求“施工期間須控制地下水位不超過底板底面 0.5m ，且降水措施應持續至結構主體澆筑完成及覆土作業結束”，但設計文件既未設置降水井也未布置觀測井。考慮到基坑深度達 6.3m ，在肥槽回填完成后，實際施工中如何確保有效降水存在明顯技術缺陷。

（2）未按規范要求采用弱透水性材料回填基坑肥槽，而是采用了級配砂石強透水材料回填。

3.3施工中存在的問題

（1）未采用素混凝土或其他弱透水性材料對基坑進行超挖部分進行回填。設計文件的要求是采用素混凝土進行回填，實際施工改成了級配砂石回填。(2）水池抗浮措施（上覆 1m 土層）尚未施工時即停止了對水池周邊的水位監測及降水工作。

3.4狹長水池抗浮結構設計

地下水浮力對水池結構的破壞模式可分為兩類：其一為整體破壞，表現為水池整體上浮引發結構失穩并產生貫穿性裂縫；其二為局部破壞，常見于大型特別是狹長型水池的局部區域，當抗浮力分布不均時，底板下浮力可能導致獨立支撐構件發生軸向位移，進而造成底板與頂板開裂[3]。針對平面狹長的水池結構，由于縱向墻體長寬比較大，且平面內剛度較弱，難以有效約束底板在浮力作用下的隆起變形。因此，建議通過增設橫向隔墻或池內立柱等措施，降低縱墻長寬比、增強平面內剛度、控制豎向位移，從而充分發揮底板的支座功能[4-5]

本項目水池長 84m ，寬 5.7～12.5m ，長寬比達到6.7~4.7，在其長度方向上地質條件變化大，東端填土范圍廣、厚度大，土質疏松，雨雪天氣極易導致大量上層滯水富集，對基礎底板產生向上的水浮力，造成地下室底板上浮。水池正立面結合地層、地下水示意圖見圖1。設計時，若不結合此端的工程地質條件、水文地質條件及場地施工環境等因素在水池內部設置池內立柱或橫向隔墻，中間底板勢必在浮力作用下向上隆起，產生裂縫直至破壞。

在水池結構設計中，若未能綜合考慮場地工程地質條件、水文地質特征及施工環境等因素設置池內立柱或橫向隔墻，其中間區段底板將不可避免地在地下水浮力作用下產生隆起變形，最終導致開裂破壞。

圖1水池正立面結合地層、地下水示意圖

4結語

對于水池類構筑物的設計，必須按施工、正常使用、檢修等各個階段進行抗浮穩定性驗算，并在設計文件中明確各階段的技術措施及施工要求，回填材料宜選用弱透水性材料[6。對于平面狹長的水池結構，需特別關注其局部抗浮穩定性問題。設計應綜合考慮工程地質與水文地質條件、結構特征及施工環境等因素，采取針對性的抗浮或結構加強措施，確保構筑物整體穩定不產生上浮傾斜，局部結構不發生開裂滲漏，進而滿足正常使用功能要求。

參考文獻：

[1］建筑與市政地基基礎通用規范（GB55003－2021）[S].2021.

[2］建筑工程抗浮技術標準（JGJ476-2019）［S]．2019.

[3］給水排水工程構筑物結構設計規范（GB50069－2002）[S].2003.

[4］張元琦，杜雷．狹長水池局部抗浮處理方式探討［J]．石油化工設計，2023（4）：22-25.

[5］劉中吉，張楠．鋼筋混凝土水池局部抗浮驗算的有限元分析[J]．石油化工設計，2016（4)：6-9.

[6]陳令才，崔云．某地下清水池抗浮穩定性設計與分析[J]．山西建筑，2017（7)：51-52.