既有地下室抗浮事故方案探讨

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摘要：通过2个地下室抗浮事故的工程案例，对事故原因及事故处理进行详细分析，经计算选择合理的加固方案，经过实践验证处理效果，对防止及处理类似事故提供借鉴。

关键词：地下室 水压底板抗浮 加固

中图分类号：TU413文献标识码： A

引言

现阶段，建筑规模越来越大，建筑面积上万平方米的地下室已经非常普遍，甚至十几万平方米地下室也遍布各个一、二线城市，伴随建筑面积、数量的增多，带来的相关工程质量事故也出现的比较频繁，其中尤其以结构构件开裂、渗漏、建筑物整体上浮等情况较多。地下室抗浮方法很多，有增加自重法、抗拔桩法、抗浮锚杆、降水减压法等，根据施工阶段、地质情况、造价、结构类型等诸多因素，工程中最常用的临时性措施有隔水、降水措施，永久性措施主要采用增加自重、抗浮锚杆等方法。

引起建筑物浮起的因素很多，主要有：对地下室水浮力作用机理认识不足，未进行抗浮计算；抗浮计算参取值不当，盲目选用地质勘查资料中的场地地下水位，忽略了可能出现的最高值；抗浮计算失误或抗浮措施不当；施工不当；回填土质量（厚度、密度）；基础形式等。

本文通过2个工程实例，对事故原因进行总结，并对水压力和承载力进行分析，提供合理的处理方案，为以后类似事故防止及处理提供参考。

1 事故案例一

1.1 工程概况

青岛某工程位于市北区老虎山西侧，其地下室设计为公共停车场，顶板厚度180mm，基础采用独立基础，防水板厚度250mm，净高3.62m，2013年7月，由于连日暴雨，位于9#和10#之间的顶板中间部位抬高300mm左右，两楼之间框架柱根部及梁底位置均出现环向裂缝裂缝，裂缝最宽为5mm左右，裂缝呈现中间宽、靠近主楼附近细的情况，同时，基础底板中间范围出现隆起与裂缝，且地下室水已从多处裂缝溢出。经专家会审认为该地下室产生破坏的原因，主要是地下室局部抗浮不足，从而在大量降水导致地下水位升高的情况下，部分结构所受浮力超出了其承受范围，从而导致底板、顶板及柱的变形与破坏，此时车库顶1.3m回填土还未施工；

根据建筑整体抗浮、局部抗浮计算分析，发现原设计未考局部虑抗浮计算，而原设计未考虑局部抗浮计算的的原因是地质勘查报告中未体现地下室抗浮水位，从而导致在回填土未施工的情况下，盲沟堵塞，排水不畅，建筑物整体抗浮不够，从而车库顶板抬升，而从基础防水板又承载不不足，导致防水底板开裂，梁柱裂缝。

由此可见，合理的临时降水措施、合理的施工方案、设计的可靠性、勘查的准确性等环节都应该衔接紧密，工程项目作为一个系统工程，必须从勘查、设计开始，严把质量关。

1.2 抗浮锚杆计算

1.2.1地下室底板水头水位取室外地面下1米考虑，水压力即-1.0m至底板垫层底面；

1.2.2钢筋砼自重取25kN/ m3，分项系数取0.9，回填土自重取18kN/ m3；

1.2.3锚杆采用二次高压注浆工艺，锚固地层承载力提高系数取2.0；

1.2.4锚杆主要锚固地层设计参数取值如下表：

1.2.5抗浮计算，底板底标高均为-5.40m；单根锚杆抗拔承载力200kN

（1）防水底板厚度300mm，拟计算地下室区域1800m2；

（2）底板水浮力：(5.40m－1.0m)×10kN/m3＝45kN/ m2

（3）底板及回填土自重：0.3m×25kN/m3×0.9+0.5x18＝16.5kN/ m2

（4）水浮力验算：45-16.5= 28.5 kN/ m2

（5）抗浮锚杆根数：1800x28.5/200=142.5，取145根

1.2.6抗浮锚杆承载力验算

（1）抗浮锚杆成孔直径为130mm，考虑到需提供足够的上覆土压力，故对锚杆5m以下土体采用二次高压注浆工艺；

（2）残积砾质粘性土④每米锚固力：2.0×πDqsi＝2.0×π×0.13×25kPa＝20.4kN/m；取20kN/m；

（3）全风化花岗岩⑤每米锚固力：2.0×πDqsi＝2.0×π×0.13×40kPa＝32.7kN/m；取30kN/m；

（4）强风化花岗岩⑥每米锚固力：2.0×πDqsi＝2.0×π×0.13×60kPa＝48.9kN/m；取45kN/m；

（5）中微风化花岗岩⑨每米锚固力(无需二次高压注浆)：πDqsi＝π×0.13×250kPa＝102.1kN/m；取100kN/m；

须根据地质勘查报告中场地内地层深度，确定锚杆深度，锚杆经过现场拉拔试验确认承载力后，方可大面积施工。

2 事故案例二

2.1 工程概况

某住宅小区，小区入口内建有一单层地下车库，无地上建筑物，车库面价16400m2，车库平面布置规格，呈长方形，框架结构，柱网8.1mx8.1m，主梁截面450x900mm、400x800mm，柱截面600x600mm，基础形式为柱下独立基础，构造底板，基础埋深4.5m，车库顶覆土深度600mm，地面绿化、硬化工程已经完成，车库已投入使用。

2012年7月，业主发现该地下车库部分梁柱开裂，但底板未见明显变形，初步怀疑是由于雨季降水，造成地下车库水浮力增大，经测量结果表明：地下车库整体上浮，其中最大值为136mm，由于车库各处上浮不均匀，造成地下室部分梁柱开裂、变形。

2.2 项目地址条件

场地地基自上而下为：第一层为人工填土，厚1~1.5米，主要成分为粘性土，稍密状态；第二层为粉质粘土，深度2~4.5米，呈可塑饱和状，中等压缩性，天然重度19KN/ m3；第三层为砂层。厚度约1米左右；第四层为强风化花岗岩，厚度1.5m左右；第五层为中风化花岗岩，厚度1.5米左右；第六层为中微粉化花岗岩。地下水位-0.5米。

2.3 车库结构裂缝产生的原因及地下车库构件的破坏

2012年6月，由于连续降雨，将大量地表水汇集到基坑边的回填土中，由于回填土没有分层进行夯实，且大多数回填土夹杂建筑垃圾，这种回填土具有很强的透水性，地表水通过这样的回填土渗入车库底板下，造成暂时积水，当底板下的积水达到一定数量后，车库底本承受不了积水所产生的附加应力，必须造成底板、梁、柱变形，当水浮力大于车库自重时，车库就会上浮，而车库各个区域得重量不一致，故各店上浮力不一致，从而造成梁、柱变形，产生结构裂缝。

3.3 抗浮分析

将结构自重和上部回填土重量与水浮力进行比较。假设地下水位最不利水位与场区周边道路标高相同（水位绝对值4.5m考虑），不考虑侧墙摩擦力对车库整体上浮的影响。进行整体抗浮验算：

则：Kf=（Gz + Gt）/ Fw=(536280+157440)/738000=0.94≤1.05

式中：Kf――抗浮安全系数，一般取值≥1.05

Gz――地车车库结构自重；

Gt――覆土自重；

Fw――水浮力；

计算结果表明：地下车库在最高水位作用时，抗浮措施不足。

经验算，本工程需抵消的福利为25KN/ m2。

2.4 锚杆抗浮计算

参考案例一，对锚杆进行计算，则锚杆直径为200mm，锚固段入中风化花岗岩1m，单根锚杆设计抗拉拔力360KN，锚杆材料为直径Φ25mm的Ⅱ级螺纹钢，锚杆长度约6m。此方案优点：传力可靠，工期短。缺点：单价较高，对施工技术要求高，且对原结构底板破坏很大，影响后期正常使用。

2.5 增加自重方案

2.5.1加厚地下室底板，增加结构自重，但是减少了车库的室内净高，严重影响车库的使用。

2.5.2加厚顶板覆土。需验算车库顶梁板能否征收新加荷载，且车库顶硬化、绿化均已完成，费用更高。

此方案可行性不高。

2.6 降水法

此项目应采取永久性的抗浮措施，泄水孔应沿外墙或外墙室内地板上布置，使地表水通过泄水孔直接排到室内的排水系统中，外墙泄水孔高度离室内地面200mm，底板泄水孔位置离外墙150mm，孔径Φ100mm，间距6~8m。

地表水排到室内排水系统中后，应及时排走，避免大面积积水，必要时建立新的排水系统。

由于地板下积水疏通后，底板下地基土孔隙变大，为防止不均匀沉降，应采取压力注浆的方法，使水泥浆填充孔隙，并与地基胶凝后一起承重。注浆完成后，采用高标号、为膨胀细石混凝土封堵注浆口，做好局部防水。

此方案优点：施工简单，造价很低，对原结构破坏很小。缺点：不能结构承压水引起的地下结构上浮问题，后期维护费用较多，维护周期长，对排水系统要求较高。

2.7 方案比较

2.7.1锚杆法：造价高，施工要求高，对原结构破坏大，不宜考虑；

2.7.2增加自重法：造价很高，既浪费又费工，可行性不高；

2.7.3降水法：施工简单，造价低，对原结构破坏小，此方法可行性高；

通过以上方案的分析，经综合考虑，采用降水法处理，同时对梁、柱结构裂缝进行结构加固，按照《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006进行设计，加固方式有压力注胶、碳纤维、粘钢加固。此工程于2012年10月施工完成，至今，一切正常。

3 关于抗浮几点措施

通过以上2个项目，着重介绍了锚杆、降水法两种常用的抗浮措施，在某些特定的条件下，降水法是一种比锚杆更经济、有效的措施。在上述2个项目中有以下经验共分享：

3.1抗浮加固措分为临时性和永久性2种措施，临时性措施主要有隔水、降水、排水；永久性措施有增加自重法、锚杆、降水法等；

3.2 应建立科学严谨的计算公式，地下水位合理取值，对水浮力的破坏机理进行全面分析，不能仅局限于底板或顶板，在具体实施过程中，施工技术资料、技术措施必须全面审核，确认无误，重点部位进行专家论证会。

3.3 建筑物上浮的因素有：未进行抗浮计算；地下水位取值不当；抗浮计算失误；施工质量不满足规范要求；施工顺序不正确等；

3.4增加自重法，需浇筑大量混凝土或增加回填土，对结构整体影响大，对于新建建筑物，此方法简单，抗浮效果明显。

3.5 锚杆法与其他措施比较，有施工工期短、造价低等优点；

3.6降水法可结合止水帷幕等手段一起达到泄水降压的效果，工期短、造价低、节省材料，但对地下室排水系统要求较高，主要适用非承压水引起的抗浮。结语

抗浮方案应综合考虑项目的地质条件、周边环境、结构形式、后期使用、造价、工期等因素，以便确认最优方案。