一種大面積地下室抗浮做法的對策研究

崔健國

中國五冶集團有限公司 上海 201900

1 引言

伴隨著我國經濟的快速發展，土地使用面積在逐年減少，不得已只有向地下及空中需求更為多的發展空間，為防止地下室上浮，地下室抗浮問題做為地下室結構安全就顯得尤為重要，更加需要在前期結構設計驗算及后期結構施工過程中對抗浮的設計方式及施工措施方面有所認知。

地下室的抗浮設計一般分為局部抗浮和整體抗浮兩種方式，地下室的抗浮設計主要是為了應對地下水位的變化而研討的，在設計的過程中還要考慮建筑整體的重力和壓力的影響。地下室局部抗浮是主要防止因水過多導致水底板出現變形和裂縫，它將地下室分為多個區域，每個區域分塊分區進行抗浮驗算，保證各個區域的合理性。地下室的整體抗浮設計是依靠整體建筑結構，增加建筑地基的抗浮穩定性。它是從建筑全局的角度考慮出發，確保地下室不會整體上浮。

地下室的抗浮設計對整個地下室甚至是整個建筑有重要的影響，地下室施工階段應采取可行的基坑降、排水措施，確保地下室區域在施工階段的抗浮穩定性，地下室施工完畢后，基坑圍護側壁與地下室外墻間的空隙及地下室沉降縫間的空隙應及時用中粗砂或粘性土分層夯實回填。

建筑物施工建設時一般會將地下水浮力的計算考慮在內，地下水浮力達到一定強度后就會嚴重影響建筑物的穩定性和可靠性。現階段在我國多數建筑單位對水浮力缺乏足夠的重視，造成當前我國嚴重缺乏這方面的專業人才，此外還由于技術的原因，相關計算數據只能參考國外的參數。同時國內大部分城市地下室的施工都是因地而異，建設規格都不統一，這在研究計算上增加了一定的難度，致使問題得不到有效解決。

地下水位的高低嚴重影響著水的浮力，在對結構設計前，應根據工程勘探報告進行測量計算，且應取雨季所測得的數據進行計算，如采用旱季勘探數據，勢必會造成后期底板上拱開裂。在實際建設中，多數施工隊伍對勘探工作做不到位，馬虎測量地下室水位的高度，導致最后的計算結果缺乏科學性，對今后建筑物的安全埋下隱患。因此設計施工隊在勘探地下室周圍的水文情況時，要結合當地近幾年的降水量和最高水位等數據，綜合考慮地下水流的方向并制定出合理、科學的抗浮設計方案。

本文選用作者本人親身經歷一項目做為案例，對各種抗浮措施進行了分析比較，得出結論和建議，以供設計及其他項目人員參考。

2 引起地下室上浮的原因分析

2.1 磚胎模對抗浮的影響

施工人員通常都會選擇使用承臺、集水井等方式的模板，只是在進行砌筑磚胎模施工時，需要將基坑面進行擴大，施工人員砌好承臺之后需要將周圍的土方回填上，回填所選擇的土都應該是虛土，當底板施工結束之后，地下水從此部位滲透到地下室內，久而久之就會導致地下室整體上浮。針對這種情況，施工人員通常會采取兩種方法來進行抗浮：首先，選擇使用放坡式來進行承臺設計，此外，地梁也選擇使用這種方式，對混凝土墊層要進行認真的澆筑；其次，選擇使用粘土回填夯實的方法，這主要是針對周邊底板以下的土方。

2.2 先置式后澆止水帶對抗浮的影響

在進行地下室施工時，通常都會盡可能的確保無水作業，以此來避免后澆帶中的鋼筋受到地下水的影響，也正是因為如此，地下室后澆帶通常都會選擇使用先置式止水方法，也就得超前止水帶，使得后澆帶在施工之前，變為全封閉容器，這種方法雖然解決了鋼筋侵蝕的問題，但是卻使得水位與浮力發生了直接的關系，一旦水位出現了變化，浮力就會發生變化。基于此，施工人員通常會選擇使用兩種改進措施：一方面，在后澆帶位置上預先設置泄水孔，如果地下水位提高，已經超過了標準限度，地下水通過泄水孔就會流向地下室內，而不會引其地下室上浮；另一方面，設置降水井，這一施工環節應該放在回填前埋至，如果有需要可以通過降水井進行降水。

2.3 基坑周圈回填土對抗浮的影響

通常情況下地下室出正負零在做好側壁防水工作之后，都會回填基坑周邊，之所以如此，主要是因為回填可以保證基坑以及邊坡都處于穩定的狀態，并且能夠保證施工場地具有足夠的空間，同時也方便布置場地。只是大多數情況下，施工人員在回填時，都不會考慮“水盆效應”，對側壁回填工作敷衍了之。

現在開發的建筑項目，基本都在市區，場地狹窄，基坑離紅線非常近，這樣的結果就會造成基坑完成后，基坑與圍護之間距離非常小，有的甚至只有幾十公分，回填難度非常大，且為了施工進度一般都會采取機械回填，很少能夠做到分層夯實，隨便一填了事，造成透水性高，由于施工期間場地排水體系不完善，或者斷斷續續，降雨過后場地內的雨水大部分通過滲透進入到基坑周邊的土體中，水位明顯升高，表面確無法發現，地下室的浮力平衡被破壞；其次不重視回填土對地下室外墻的側壓力，有些工程在進行基坑周邊土方回填時，地下室后澆帶未封閉，只是用砌塊簡單隔離一下，土方回填后形成側壓力，在側壓力影響下地下室就會發生水平和豎向的位移或變形，當位移和變形超過規定限值，就會對結構造成不可逆的永久變形。

3 地下室抗浮措施

根據不同的工程特點、環境因素、地質情況和場地條件等因素綜合考慮，選擇最佳的抗浮方案[1]。

3.1 壓重抗浮

目前施工的本工程抗浮設計中就是采取了此種方法，頂板覆土厚度達到1.5m左右。對于土體的選擇，不同地區可結合當地地質條件，就近選擇可利用的覆土材料。其次，可采用加載方法，在地下室底板上進行堆載，以求達到增加荷載的目的。加載的方法有很多，其中最簡單的就是在一樓樓板上堆放一些質量比較高的物體，比如鋼筋等，但是施工人員需要明確樓板的承載力[2]。還有一種加載方式也經常被使用，即向地下室灌水，水的重量能夠增加地下室的重量。加載只能夠取得短期的效果，而且效果通常都不會達到預期，這主要是因為底板與地基土中間存在著大量的泥砂，這些砂石對地下室下沉會有阻礙作用，因此難以確保地下室能夠成功復位。

3.2 工程樁抗浮

工程樁是用在工程實體上的樁，要承受一定的荷載，工程樁根據土體提供的側摩阻力與端阻力的相對比例，可分為摩擦樁、端承樁和端承摩擦樁及摩擦端承樁四類。目前工程中大部分采用預制樁，各別地區或者受地質條件限制，無法使用預應力樁，采用鉆孔灌注樁，整體性好，樁與土層間摩擦力大。但同時也應當注意不管是預應力樁還是灌注樁在使用過程中經常會出現的裂縫及耐久性差的問題，因此在地下室結構抗浮設計中使用工程樁抗浮應當對于使用過程中可能涉及到的樁體受力變形問題進行有效預估。

3.3 錨桿抗浮

抗浮錨桿是一種受拉結構形式，一端錨固在建筑物底板，另一端錨固在地基的持力層中，受力過程首先是通過錨固體鋼筋與注漿體之間的作用將上拔力傳至注漿體上；其次通過注漿體與周邊土層之間的摩擦力將注漿體所受到的力傳遞至周圍穩定土層中去，最后形成具有一定抗拔能力的抗浮錨桿，起到抗浮錨桿的抗拔作用。

采用抗浮錨桿除了均衡地下水浮力作用外，還可起到加固地基的作用，從而減小地基變形及不均勻沉降。

3.4 排水法抗浮

盲溝排水法的根本原理是在地下室底板和地下室外墻周邊設置相互貫穿的排水盲溝引水，減小浮力，實現主體結構地下室抗浮的盲溝分為永久自流式和永久排列式兩種，其中永久自流式盲溝適用于建筑場所在單向斜坡地區，地下室兩側埋深有一定差別，潛水頭線與地表斜坡線大致平行的情況下，該盲溝的設計應考慮周邊場所的長期規劃，保證出水口的通暢該辦法的優點是以被動為主動，長期將地下水位控制在較低的標高，缺點是永久自流式盲溝的使用受到建筑物周邊場所的地形限制，永久排放式盲溝的自動排放裝置給后期運輸本錢帶來很大的經濟負擔，遇到極端情況，自動排放裝置不能立即排放時，地下室的防浮平安無法保證。

以本項目為例，本項目地下室面積近6.5萬平米，項目所在區域地下水位整體偏高，且本項目南側緊鄰河道，施工工程中地下車庫的抗浮，主要考慮的是已建成部分的自重能否平衡地下水向上的浮力。當地下結構主體已完成，但地下室頂板上覆土暫未施工，又撤除了降水措施，此時已完成的部分結構自重不能完全抵消地下水的浮力，會導致地下構筑物的上浮或偏斜。為了確保地下室施工期間，整個地庫不受地下水浮力的影響，與結構設計溝通后，采取以下措施進行抗浮：

①沿重力壩一周設排水明溝；（地庫結構施工階段排水使用）

②后澆帶區域設盲溝排水；（地庫結構施工階段排水使用）

③地下車庫區域集水井、排水溝部位設置泄水孔。（地庫基坑回填土后，后澆帶澆筑后，頂板未覆土前釋放地下水浮力）

盲溝做法：

于后澆帶居中部位人工開挖400寬，300高成圓弧形溝槽，下鋪土工布，土工布上鋪設粒徑為20～30的大粒徑碎石，整平后將土工布折疊覆蓋，上方回填100厚土壓實，最后澆筑墊層。盲溝與集水井交接部位設置10*10間距的鋼筋網片阻隔碎石。盲溝剖面圖如圖1所示。

圖1 盲溝剖面圖

泄水孔做法：

在地下車庫區域泄水口每1000-1500m2預埋一個，盡量布置在集水井、排水溝底板中心，后澆帶區域內無集水井、排水溝的情況下，將泄水口埋置于筏板基礎底板中。泄水孔使用DN100的鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管外壁距上口250高處焊接50mm寬3mm厚的翼板止水，埋入原始土層250mm深，鍍鋅鋼管下部200mm范圍內的管壁鉆孔濾水，土層端部及濾水孔使用土工布包裹并使用鋼絲與鍍鋅鋼管外壁可靠固定。做法詳見圖2泄水孔截面圖。

圖2 泄水孔截面圖

澆筑基礎筏板混凝土時采取措施對泄水孔上口進行保護，確保泄水孔不被混凝土堵塞。待上部結構及建筑回填土達到設計抗浮要求后，對泄水口進行封堵。

還可采用解壓的方法，有些地下室因為土層比較特殊，或者是受到場地因素的限制，根本不能進行抽水，此時，施工人員可以在地下底板上開孔，將地下的水壓全部釋放出來，為了能夠達到預期，可以再同時利用洗砂以及加載方法。

3.5 延伸地下室周邊底板法

延伸底板法是將地下室結構底板在原有基礎上向外擴充300-500mm而形成懸臂底板，利用底板懸臂端承托覆土以抵抗地下水的上浮力。這種方法非常適合在地下室周邊采用，對局部抗浮不滿足的情況下是一種很好的選用。

最后，洗砂，洗砂是最后一種手段，通常都是在上述方法沒有獲得預期結果，才會選擇使用此種方法。洗砂孔主要是在兩個位置進行設置，一是側壁，二是底板，這兩個位置都能夠有效的減少土體對地下室的摩擦力，將淤泥的泥砂全部都沖散，這樣地下室就會逐漸的恢復到原位，地下室底板會出現空隙，一般情況下，施工人員都選擇使用注漿的方法來填充[3]。

4 目前地下室抗浮設計中存在的問題及解決措施

4.1 存在的問題

就目前國內高層建筑設計過程中，在相關工作開始之前，由于地質勘察工作中存在很多不確定性，進而導致地下水位資料十分不完整，或太片面，使水位結果和資料出現不完善、不準確等問題，無法將實際地下水位顯現出來，進而對主體地下室抗浮設計工作產生了一定影響。另外，很多設計院并沒有對地下室抗浮設計人員進行系統的培訓，從而導致地下室抗浮設計出現嚴重的不準確等問題。由于地下室抗浮設計之中不具備規范性特點，或者無相關規范可供查詢，導致地下室抗浮設計參數計算難以得到提升，使設計與實際情況存在較大的不同性。

4.2 解決對策

按照圖紙、施工圖集節點詳圖的要求，嚴格控制抗拔樁的灌芯混凝土施工質量，確保在有效樁長內樁芯混凝土灌密實，保證設計要求的抗拔承載力。包括抗拔鋼筋的規格、直徑、數量、長度、混凝土的澆筑質量控制。

根據基坑面積，在后澆帶的位置預設300*300mm的排水盲溝，盲溝內用級配碎石填充。另外在集水井的部位設置泄水孔，泄水孔的深度要和盲溝的位置相對應，待后澆帶封閉后，對泄水孔內的水位進行監測，一旦超過警戒水位，立即啟動降水措施。

整個地下室施工完成后，在底板合適位置設置抗浮觀測點，并做好原始記錄。當遇到持續降雨的情況，泄水孔不能滿足降水要求時，需要增加觀測頻次，一旦發現有上浮現象時，及時通知相關單位。必要時可采取在地下室底板鉆孔減壓，保持室內外水位一致。

地下室施工完成后，及時進行周圈的土方回填，回填所需的土質需滿足設計要求，盡量選用滲透系數小的粘土。

條件允許情況下，及時回填頂板覆土，增加地下室的負重，滿足設計要求的抗浮條件，多項措施疊加，地下室產生上浮的可能性就會大大減少。

5 結論

通過本項目實操，采取上述一項或幾項組合方法，取得了非常好的效果，本文提出采用疏排水法作為地下室抗浮加固措施，該措施方法綜合應用了建筑、結構、給排水、巖土等專業的知識領域，系統地將“一拉二壓”技術成功應用到房屋建筑工程，極大節省地下室抗浮方面的工程造價并縮短了施工工期，具有良好的社會效益和經濟效益。

地下室的抗浮設計要根據工程所在地的實際地質條件，周邊環境、施工條件及地下結構形式等具體情況進行計算、分析，并且還要考慮造價方面因素，做到經濟合理、科學。