近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市用地日益緊張，出現(xiàn)了大量帶有地下室的建筑物。與此同時(shí)，隨著此類建筑物埋置深度的增大，地下室上浮問(wèn)題也變得日益突出。

本文結(jié)合工程案例，對(duì)地下室抗浮失效的破損機(jī)理進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的處理措施，可為今后類似的工程情況提供參考。

工程概況 

01 

某在建工程由高層住宅、多層商業(yè)、酒店組成，均設(shè)一層地下室，中庭純地下室與周圍建筑的地下室連為一體，之間設(shè)置施工縫。該工程地下室采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。高層建筑地下室采用筏板基礎(chǔ)，以稍密卵石或中密卵石層作基礎(chǔ)持力層。

地下室建筑總面積為43888.89m；抗水板板厚為400mm，采用200雙層雙向配筋；柱網(wǎng)尺寸為7.8m×7.8m；框架柱截面尺寸為500mm×500mm；抗水板混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C30。

該工程部分主體結(jié)構(gòu)施工完成后，由于2014年7月降雨量較大，導(dǎo)致地下水位急劇升高，使得地下室抗水板出現(xiàn)大量裂縫，且部分部位滲水嚴(yán)重。地下室平面及裂縫分布示意圖見(jiàn)圖1。

圖1   地下室平面及裂縫分布示意圖

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和檢測(cè) 

02

2.1 原工程抗浮設(shè)計(jì)

本工程中庭地下室基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)加抗水板，原設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)自重和上部覆土抵抗地下水浮力。經(jīng)查閱地質(zhì)勘探報(bào)告和設(shè)計(jì)圖紙表明，該工程所在場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，自上而下場(chǎng)地圖層依次為：填土（層厚0.50～1.10m）、粉質(zhì)黏土（揭露厚度0.50～1.50m）、細(xì)砂（層厚0.60～2.60m）、卵石。

場(chǎng)地地下水主要為賦存于第四系砂卵石層中的孔隙型潛水，受地下徑流、大氣降水及地表流水補(bǔ)給，補(bǔ)給條件良好，水量較為豐富，且砂卵石層富水性和透水性均良好，屬?gòu)?qiáng)透水層。本工程抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高為-2.500m。

2.2  施工情況調(diào)查

該工程地下室在施工初始階段有基坑支護(hù)、止水等措施，并采用管井降水法結(jié)合明排進(jìn)行基坑降水，基坑內(nèi)基本無(wú)水。待地下室主體結(jié)構(gòu)完成后，地下室四周的降水措施已基本停止。

事故發(fā)生時(shí)，由于降水量較大，加之地面排水系統(tǒng)不暢，地下水位急劇上升，典型照片見(jiàn)圖2。

圖2   事故發(fā)生時(shí)地下水位情況

2.3  現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

   （1）現(xiàn)場(chǎng)采用鉆芯法對(duì)該工程地下室抗水板的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測(cè)。結(jié)果表明，該工程地下室抗水板的混凝土抗壓強(qiáng)度批量推定值滿足設(shè)計(jì)要求。

   （2）現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋位置檢測(cè)儀等儀器并結(jié)合局部破損法對(duì)該工程地下室抗水板的板面鋼筋間距、直徑和板面鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行抽樣檢測(cè)，結(jié)果表明，該工程地下室抗水板的板面鋼筋間距、直徑均滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，但抗水板的板面鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度實(shí)測(cè)值在75～85mm之間，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求。

   （3）現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)量所鉆取的抗水板芯樣方法對(duì)該工程地下室抗水板的厚度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，該工程地下室抗水板板厚實(shí)測(cè)值均滿足設(shè)計(jì)要求。

   （4）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該工程地下室抗水板裂縫的走向及形態(tài)進(jìn)行檢查，并對(duì)裂縫寬度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明：該工程地下室抗水板裂縫分布范圍較廣，主要發(fā)生于純地下室和多層商業(yè)房屋區(qū)域，且部分部位滲水嚴(yán)重。按裂縫分布、走向和形態(tài)，大致可將抗水板裂縫分為以下三類：

第一類——鋼筋混凝土柱間、抗水板中部水平直線裂縫。此類裂縫分布于地下室鋼筋混凝土柱間、靠近抗水板跨中位置，呈水平直線分布，范圍較廣，裂縫寬度較大，�，F(xiàn)場(chǎng)騎裂縫鉆芯樣表明，此類裂縫豎向貫通并呈現(xiàn)出明顯的由上至下裂縫寬度逐漸減小的開(kāi)展趨勢(shì)。典型照片見(jiàn)圖3、圖4；

圖3 抗水板中部水平直線裂縫

圖4 騎裂縫鉆取的芯樣

第二類——沿鋼筋混凝土柱腳輻射的斜裂縫或圍繞柱腳的環(huán)形裂縫，此類裂縫主要分布于純地下室區(qū)域，典型照片見(jiàn)圖5；

第三類——不規(guī)則裂縫，此類裂縫的分布無(wú)明顯規(guī)律，雜亂無(wú)章，長(zhǎng)度較短，典型照片見(jiàn)圖6。

圖5 柱腳環(huán)形裂縫

圖6 不規(guī)則裂縫

（5）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該工程地下室鋼筋混凝土柱、梁裂縫進(jìn)行檢查，并對(duì)裂縫寬度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，該工程在抗水板出現(xiàn)第二類裂縫的區(qū)域的鋼筋混凝土柱頂部存在不同程度的環(huán)向水平裂縫；部分鋼筋混凝土梁在梁端出現(xiàn)少量斜向裂縫。典型照片見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 柱頂環(huán)向水平裂縫

圖8 梁端斜向裂縫

抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算 

03

依據(jù)該工程巖土工程地質(zhì)勘查報(bào)告，該工程抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高為-2.500m。事故發(fā)生時(shí)地下水位急劇上升，實(shí)測(cè)地下水位標(biāo)高為-0.500m。此時(shí)中庭地下室板頂尚未覆土。

   （1）整體抗浮計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，基地抗浮水頭按實(shí)測(cè)地下水位標(biāo)高計(jì)算，對(duì)高層建筑、多層建筑以及純地下室基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算可知，在實(shí)測(cè)地下水位水壓力作用下，中庭純地下室抗浮穩(wěn)定性不能滿足要求。

   （2）局部抗浮計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，選取中間7.8m×7.8m的板區(qū)格作為計(jì)算單元，板底抗浮水頭按實(shí)測(cè)地下水位標(biāo)高計(jì)算，抗水板厚度、配筋按設(shè)計(jì)取值，板面鋼筋保護(hù)層厚度取實(shí)測(cè)平均值80mm，驗(yàn)算結(jié)果表明，該工程地下室抗水板區(qū)格在地下水浮力作用下的跨中受彎承載力不能滿足要求。

上浮原因及破損機(jī)理分析 

04

4.1 上浮原因

該工程地下室在主體結(jié)構(gòu)完成后，已基本停止地下室四周的降水措施，當(dāng)暴雨突發(fā)時(shí)，未能采取有效的排水降水措施，使得地下水位急劇上升，地下水浮力增大。

4.2 破損機(jī)理分析

   （1）事故發(fā)生時(shí)，該工程地上結(jié)構(gòu)已基本施工完成，故高層建筑、多層建筑能夠抵抗增大的地下水浮力；而中庭純地下室尚未覆土，無(wú)法靠自重抵抗地下水的上浮力，故導(dǎo)致其出現(xiàn)上浮。

同時(shí)，在地下水排泄和補(bǔ)給循環(huán)作用下， 地下室獨(dú)立柱基礎(chǔ)下部部分砂卵石層已被沖刷并隨之流走，使得部分鋼筋混凝土柱產(chǎn)生下沉應(yīng)力，繼而導(dǎo)致鋼筋混凝土柱、梁在豎向拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生環(huán)形水平裂縫和斜裂縫；同時(shí)這也是該工程地下室部分抗水板產(chǎn)生沿鋼筋混凝土柱腳的斜向裂縫或圍繞柱腳的環(huán)形裂縫的主要原因。

   （2）該工程地下室抗水板板面鋼筋的保護(hù)層厚度過(guò)大，在增大的地下水上浮力作用下，大大削弱了抗水板的柱上板帶和跨中板帶的抗彎承載力，致使該工程地下室抗水板局部抗浮失效，從而出現(xiàn)大量的鋼筋混凝土柱間、抗水板跨中水平直線裂縫。

   （3）該工程地下室部分抗水板板面出現(xiàn)的不規(guī)則裂縫。此類裂縫的產(chǎn)生主要系在澆筑混凝土的過(guò)程中，由于混凝土施工原因（如干縮和收縮等）綜合作用所致。此類裂縫為非受力裂縫。

處理措施 

05

根據(jù)上述檢測(cè)分析結(jié)果可知，該工程地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損的主要原因是抗浮失效引起。目前處理上浮事故的常用方法可歸納為“放”與“抗”兩種方法。“放”是通過(guò)降低所處的水壓環(huán)境，從而消除地下浮力對(duì)地下室底板的影響；“抗”是通過(guò)相應(yīng)措施以提高結(jié)構(gòu)的抗浮能力。

本工程采用“放”與“抗”相結(jié)合的方法并分三步進(jìn)行處理：首先，采取開(kāi)孔疏導(dǎo)方法進(jìn)行“泄壓”，并在地下室四周布置降水井降水。整個(gè)排水降水的過(guò)程直到地下室頂板覆土完成后方可停止；

其次，待純地下室歸為穩(wěn)定后，依據(jù)相關(guān)加固標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)受損的抗水板、框架柱梁構(gòu)件進(jìn)行加固或修復(fù)處理，避免后續(xù)加載對(duì)構(gòu)件造成二次損傷；最后，在抗水板上均勻布置抗浮錨桿，以增強(qiáng)地下室抗水板的局部抗浮能力。

經(jīng)上述處理后該工程至今使用良好，再未出現(xiàn)因地下水浮力引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期效果。