地下室防水板開裂原因與抗浮措施研究*

張俊蘋，戴夫聰，黃 強，葉家強，丁 毅，李 天，賈曉琳，鐘 杰

(1.中國建筑第八工程局有限公司西南分公司，四川 成都 610041； 2.四川大學土木工程系，四川 成都 610085)

1 工程概況

某工程位于衡陽市，地上結構由2棟29層公寓樓和多棟2層商業樓組成，公寓樓采用框架剪力墻結構，商業樓及主樓外地下室采用框架結構，柱網尺寸主要為9.2m×8.4m；地下1層，埋深4m，地下室作為車庫及設備用房，純地下室部分上覆土厚1.2m；平面呈L形，最大邊長為198.6m。抗浮設計水頭高度為3.5m，設計中未考慮設置抗浮錨桿等抗浮措施，未考慮設置排水系統降低地下水位，且未增加地下室防水板反彎配筋。

基礎為高強預應力混凝土抗壓管樁+樁承臺+防水板，混凝土強度等級為C30，承臺高度為800mm，防水板厚度為300mm。標準跨防水板配筋為φ12@200，雙層雙向配筋，局部板面配置φ14@400附加鋼筋。地下室防水板做法如圖1所示。

2 防水板開裂概況

主體結構封頂約3個月后，在日常質量檢查過程中，發現地下室防水板出現多條裂縫，初步判定為混凝土收縮裂縫，并采用環氧樹脂膠進行封堵，在隨后的2個月內未發現防水板異常情況。雨季時地下室頂板覆土回填已完成，質量檢查中發現在商業樓與純地下室交接的2跨范圍內，防水板與結構柱交接處起拱并出現多條裂縫，滲水明顯且水量較大。柱腳位置防水板開裂，開裂部位為防水板上部面層，觀察開裂部位可知，在以柱為圓心、半徑為1m的范圍內，面層與原防水板脫離，內部存在約5cm厚空腔，空腔內部可發現明顯滲水情況(見圖2)，未發現開裂部位露筋現象。經觀察，開裂柱腳對應的柱上部梁柱結合處無裂縫。

3 開裂原因分析

防水板開裂原因可能包括施工不規范、混凝土配合比不當、溫差過大導致熱脹冷縮等，根據本工程實際情況，基本可排除混凝土配合比不當、混凝土自身收縮及養護不合理等原因。

3.1 設計因素

根據地質勘察報告，本工程應考慮抗浮設計，根據初步分析結果，結構自重(包括地下室頂板覆土自重)基本與抗浮設計水位對應的水浮力相當，因此設計中未考慮抗浮、排水措施。利用盈建科軟件計算考慮抗浮水位的結構配筋，可知局部防水板抗彎鋼筋配置不足。因此，從設計角度考慮，在當前水壓力狀態下，抗彎鋼筋配置不足，導致防水板開裂。

3.2 施工因素

地下室周邊回填土須分層夯實，每層厚度≤250mm，壓實系數≥0.94。地下室頂板、后澆帶及側壁防水層施工完成后，應盡早采用不透水土進行回填，并按要求分層夯實。而現場施工時存在地下室周邊回填土材料選擇未嚴格按設計要求執行，分層回填厚度、夯實遍數不滿足要求等問題，導致回填土滲透性大、壓實系數未達到設計要求。

根據設計圖紙，防水板落在粉質黏土層范圍內，滲水系數較小，但該層下方為粉細砂層，滲水系數升高明顯，地下室周邊為雜填土層，滲水系數較高，可知存在突降連續暴雨引發水盆效應的可能，從而引發整體或局部結構上浮及開裂問題。

綜上所述，從施工角度來看，如遇大量集中降雨天氣，加上地下室周邊排水不暢，不利于地下室抗浮。

4 開裂滲水機理分析

根據結構力學分析原理，防水板可簡化為四角支撐在柱腳承臺上，在水浮力作用下，防水板兩端支撐處(板底)及跨中部位(板頂)彎矩最大。當水浮力較大、抗彎鋼筋等配置不足時，防水板嚴重開裂導致水滲入。同時，由于防水板有鋼筋拉結作用，在柱腳處以柱腳承臺邊為支點，呈拱形變形形式。防水板彎曲變形較大時，面層直接與防水板脫離開裂，形成空腔，在柱腳處直接與剛度大的柱裂開，導致水沿著面層與防水板空腔進入地下室，出現地下室滲水情況。

5 防滲措施研究

5.1 現場應急處理

發現滲水后，施工現場立即與各方協商對策，并采取泄水減壓措施，減小防水板下水浮力，避免造成更嚴重的破壞。設置反濾層，防止細顆粒的帶出。將水引入集水坑及時排出，在地下室周邊回填土區域設置臨時排水溝，防止地表水滲入。由具備資質的第三方檢測單位對開裂情況進行專業檢測鑒定，以便進行加固修復。

5.2 防水板加固修復

組織召開專家論證會，當防水板滲水情況、變形量恢復設計允許范圍，且殘余變形趨于穩定時，進行加固修復處理。

1)空鼓、裂縫處理

觀察防水板開裂情況，根據裂縫寬度采用不同填縫方式。當裂縫寬度≤0.2mm時，采用封口膠封閉；當裂縫寬度為0.2～0.5mm時，利用注射器注射改性環氧樹脂；當裂縫寬度>0.5mm時，采用壓力灌漿的方式注射改性環氧樹脂，并將裂縫鑿成V形口。對防水板隆起位置進行開孔泄水壓后，采用壓力灌漿將隆起明顯位置板底空隙填充密實。將柱腳空鼓區原混凝土鑿除，利用C35微膨脹混凝土重新澆筑，交接面設置φ10@150雙向鋼筋網，如圖3所示。

2)防水板破損部位處理

根據防水板破損范圍，鑿除原防水板混凝土，利用C35微膨脹混凝土重新澆筑，如圖4所示。

5.3 局部抗浮能力提高

基于“抗”“疏”抗浮設計理念，設計單位提出以下方案。

1)基于“抗”理念的方案1

針對防水板抗彎鋼筋不足的問題，采用疊加250mm厚混凝土板的方式，單側雙向配置φ16@150鋼筋，并植筋φ8@900，與原防水板拉結，如圖5所示。

2)基于“抗”理念的方案2

在原防水板下局部增設抗浮錨桿，并在原防水板表面疊加100mm厚混凝土板，錨桿鋼筋錨入新澆筑混凝土板內，抗浮錨桿設計如圖6所示。

3)基于“疏”理念的方案3

在防水板及集水坑內增設直徑100mm泄水孔，通過防水板下縱橫盲溝及時將水疏通到鄰近的集水坑內排出，實現泄水降壓，解決抗浮問題，同時加強運營管理，確保水泵正常工作。集水坑開孔做法如圖7所示，防水板泄水孔做法如圖8所示。

通過安全性、可操作性、經濟性等綜合對比，本項目采用方案3提高局部抗浮能力。

5.4 地下室周邊回填土處理

將地下室周邊地面以下2m范圍內填土挖除后分層碾壓夯實，壓實系數≥0.94，并在地面以下2，1.5，0.5m處各設置1層1.0mm厚HDPE防滲膜，如圖9所示。

6 關于結構抗浮問題的思考

6.1 嚴格控制抗浮水位取值

JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術標準》對設防水位選取及確定進行了詳細規定，抗浮設防水位的確定應綜合考慮地質條件、地下水位狀態、地表水入滲補給、地下水徑流補給和排泄、人工抽水注水、基礎位置和施工影響、現狀地形及變化等因素。同時應明確考慮設計使用年限對抗浮設防水位的作用，對于不滿足抗浮設計要求的巖土工程勘察報告，應要求予以補充，甚至進行專項勘察。

根據工程經驗，對于規模較大的地下室抗浮設計，如果建設場地標高復雜，應將場地劃分為網格，分別取抗浮設防水位；對于雨水豐富的地區，還需考慮地表水聚集效應引起的地下室抗浮設計水位提高。另外，抗浮設防水位是在一定邊界條件下預測得到的，因此為保證預測的抗浮設防水位有效性，需對后期設計、施工進行風險提示或提出使用要求，如對基坑肥槽回填時間、材料、密實度、滲透系數等提出指標要求。

6.2 嚴格進行抗浮設計

1)綜合確定參數取值

不同標準對水浮力和抗浮力的分項系數等取值要求不同，設計人員應結合當地條件、建筑物特點等因素綜合考慮，合理確定土層參數折減、水浮力與抗浮力的分項系數、抗浮錨桿等工作條件系數。

2)關注整體抗浮設計，重視局部抗浮驗算

對于純地下室或建筑層數不多的局部范圍，需分區驗算局部抗浮能力，保證不出現局部上浮破壞。另外，還需考慮水文條件、當地極端天氣等情況，關注施工期間結構的抗浮能力，并采取相應排水措施等。

3)合理選擇抗浮方案

根據《建筑工程抗浮技術標準》提供的抗浮設計方法，常用抗浮設計思路為“抗”與“疏”。“抗”的措施主要有增加建筑物自重及壓重，采用抗拔樁、抗浮錨桿，增加局部結構剛度和構件強度等。“疏”的措施主要有設置盲溝、抽水井等進行排水限壓，設置壓力控制系統進行泄水降壓，設置隔離系統進行隔水控壓等。具體工程中需根據建筑功能及荷載特征、工程與水文地質條件、地形地貌、施工條件等因素，考慮安全、適用、耐久、經濟等指標，進行抗浮方案比選。

6.3 規范施工

施工單位需按照圖紙中明確的降水要求、停止降水條件、后澆帶封閉時間及做法等進行規范施工，避免未達設計預定目標時停止降水或封閉后澆帶，進而避免造成上浮隱患。

肥槽回填材料及技術條件需滿足圖紙要求。回填材料應采用分層夯實的黏性土、灰土或澆筑預拌流態固化土、素混凝土等弱透水性材料，不可采用砂、石等透水性材料。對于當前較常用的流態土、泡沫混凝土等新型材料回填方式，需綜合考慮其對抗浮的影響。抗浮設施應在隱蔽前完成檢驗，驗收合格后，方可按設計要求的回填材料和密實度指標進行基坑肥槽回填。

6.4 注重工程品質與安全

作為建設單位，需重視抗浮問題，注重品質與安全，不能因控制成本不斷降低抗浮設計富裕度，一旦遇見極端天氣、存在施工偏差等，可能發生安全事故。

對于以抗浮設計工況控制為主或對工程造價影響較大的建筑工程，建議由業主方牽頭組織有關單位、專家進行綜合專項論證，根據勘察提出的具體數據和建議、設計單位提供的抗浮技術經濟方案分析結果及相關專家提供的咨詢意見，進行成本與風險權衡評估，確保經濟性、品質與安全。

7 結語

基于設計、施工角度，對衡陽某項目地下室防水板開裂原因進行詳細分析，因設計中未考慮抗浮、排水措施，導致局部防水板因抗彎鋼筋配置不足而開裂。現場施工時存在地下室周邊回填土材料選擇未嚴格按設計要求執行，分層回填厚度、夯實遍數不滿足要求等問題，導致回填土滲透性大、壓實系數未達到設計要求。從不同方面提出防滲措施，包括現場應急處理、防水板加固修復、局部抗浮能力提高、地下室周邊回填土處理。從嚴格控制抗浮水位取值、嚴格進行抗浮設計、規范施工、注重工程品質與安全方面對結構抗浮問題進行思考。