一种大面积地下室抗浮做法的对策研究_崔健国.pdf

76技术探讨1 引言伴随着我国经济的快速发展，土地使用面积在逐年减少，不得已只有向地下及空中需求更为多的发展空间，为防止地下室上浮，地下室抗浮问题做为地下室结构安全就显得尤为重要，更加需要在前期结构设计验算及后期结构施工过程中对抗浮的设计方式及施工措施方面有所认知。地下室的抗浮设计一般分为局部抗浮和整体抗浮两种方式，地下室的抗浮设计主要是为了应对地下水位的变化而研讨的，在设计的过程中还要考虑建筑整体的重力和压力的影响。地下室局部抗浮是主要防止因水过多导致水底板出现变形和裂缝，它将地下室分为多个区域，每个区域分块分区进行抗浮验算，保证各个区域的合理性。地下室的整体抗浮设计是依靠整体建筑结构，增加建筑地基的抗浮稳定性。它是从建筑全局的角度考虑出发，确保地下室不会整体上浮。地下室的抗浮设计对整个地下室甚至是整个建筑有重要的影响，地下室施工阶段应采取可行的基坑降、排水措施，确保地下室区域在施工阶段的抗浮稳定性，地下室施工完毕后，基坑围护侧壁与地下室外墙间的空隙及地下室沉降缝间的空隙应及时用中粗砂或粘性土分层夯实回填。建筑物施工建设时一般会将地下水浮力的计算考虑在内，地下水浮力达到一定强度后就会严重影响建筑物的稳定性和可靠性。现阶段在我国多数建筑单位对水浮力缺乏足够的重视，造成当前我国严重缺乏这方面的专业人才，此外还由于技术的原因，相关计算数据只能参考国外的参数。同时国内大部分城市地下室的施工都是因地而异，建设规格都不统一，这在研究计算上增加了一定的难度，致使问题得不到有效解决。地下水位的高低严重影响着水的浮力，在对结构设计前，应根据工程勘探报告进行测量计算，且应取雨季所测得的数据进行计算，如采用旱季勘探数据，势必会造成后期底板上拱开裂。在实际建设中，多数施工队伍对勘探工作做不到位，马虎测量地下室水位的高度，导致最后的计算结果缺乏科学性，对今后建筑物的安全埋下隐患。因此设计施工队在勘探地下室周围的水文情况时，要结合当地近几年的降水量和最高水位等数据，综合考虑地下水流的方向并制定出合理、科学的抗浮设计方案。本文选用作者本人亲身经历一项目做为案例，对各种抗浮措施进行了分析比较，得出结论和建议，以供设计及其他项目人员参考。一种大面积地下室抗浮做法的对策研究崔健国中国五冶集团有限公司上海201900摘 要:文章结合公司近年来所承揽的工程项目，结合当前地下室抗浮的主要措施方法，重点分析目前项目结构施工过程中对于地下室抗浮留置存在的一些问题，并提出了相关解决方案。关键词：地下室；抗浮措施；压重法；盲沟排水法；对策DOI:10.12359/2023030262 引起地下室上浮的原因分析2.1 砖胎模对抗浮的影响施工人员通常都会选择使用承台、集水井等方式的模板，只是在进行砌筑砖胎模施工时，需要将基坑面进行扩大，施工人员砌好承台之后需要将周围的土方回填上，回填所选择的土都应该是虚土，当底板施工结束之后，地下水从此部位渗透到地下室内，久而久之就会导致地下室整体上浮。针对这种情况，施工人员通常会采取两种方法来进行抗浮：首先，选择使用放坡式来进行承台设计，此外，地梁也选择使用这种方式，对混凝土垫层要进行认真的浇筑；其次，选择使用粘土回填夯实的方法，这主要是针对周边底板以下的土方。2.2 先置式后浇止水带对抗浮的影响在进行地下室施工时，通常都会尽可能的确保无水作业，以此来避免后浇带中的钢筋受到地下水的影响，也正是因为如此，地下室后浇带通常都会选择使用先置式止水方法，也就得超前止水带，使得后浇带在施工之前，变为全封闭容器，这种方法虽然解决了钢筋侵蚀的问题，但是却使得水位与浮力发生了直接的关系，一旦水位出现了变化，浮力就会发生变化。基于此，施工人员通常会选择使用两种改进措施：一方面，在后浇带位置上预先设置泄水孔，如果地下水位提高，已经超过了标准限度，地下水通过泄水孔就会流向地下室内，而不会引其地下室上浮；另一方面，设置降水井，这一施工环节应该放在回填前埋至，如果有需要可以通过降水井进行降水。2.3 基坑周圈回填土对抗浮的影响通常情况下地下室出正负零在做好侧壁防水工作之后，都会回填基坑周边，之所以如此，主要是因为回填可以保证基坑以及边坡都处于稳定的状态，并且能够保证施工场地具有足够的空间，同时也方便布置场地。只是大多数情况下，施工人员在回填时，都不会考虑“水盆效应”，对侧壁回填工作敷衍了之。现在开发的建筑项目，基本都在市区，场地狭窄，基坑离红线非常近，这样的结果就会造成基坑完成后，基坑与围护之间距离非常小，有的甚至只有几十公分，回填难度非常大，且为了施工进度一般都会采取机械回填，很少能够做到分层夯实，随便一填了事，造成透水性高，由于施工期77技术探讨间场地排水体系不完善，或者断断续续，降雨过后场地内的雨水大部分通过渗透进入到基坑周边的土体中，水位明显升高，表面确无法发现，地下室的浮力平衡被破坏；其次不重视回填土对地下室外墙的侧压力，有些工程在进行基坑周边土方回填时，地下室后浇带未封闭，只是用砌块简单隔离一下，土方回填后形成侧压力，在侧压力影响下地下室就会发生水平和竖向的位移或变形，当位移和变形超过规定限值，就会对结构造成不可逆的永久变形。3 地下室抗浮措施根据不同的工程特点、环境因素、地质情况和场地条件等因素综合考虑，选择最佳的抗浮方案1。3.1 压重抗浮目前施工的本工程抗浮设计中就是采取了此种方法，顶板覆土厚度达到1.5m左右。对于土体的选择，不同地区可结合当地地质条件，就近选择可利用的覆土材料。其次，可采用加载方法，在地下室底板上进行堆载，以求达到增加荷载的目的。加载的方法有很多，其中最简单的就是在一楼楼板上堆放一些质量比较高的物体，比如钢筋等，但是施工人员需要明确楼板的承载力2。还有一种加载方式也经常被使用，即向地下室灌水，水的重量能够增加地下室的重量。加载只能够取得短期的效果，而且效果通常都不会达到预期，这主要是因为底板与地基土中间存在着大量的泥砂，这些砂石对地下室下沉会有阻碍作用，因此难以确保地下室能够成功复位。3.2 工程桩抗浮工程桩是用在工程实体上的桩，要承受一定的荷载，工程桩根据土体提供的侧摩阻力与端阻力的相对比例，可分为摩擦桩、端承桩和端承摩擦桩及摩擦端承桩四类。目前工程中大部分采用预制桩，各别地区或者受地质条件限制，无法使用预应力桩，采用钻孔灌注桩，整体性好，桩与土层间摩擦力大。但同时也应当注意不管是预应力桩还是灌注桩在使用过程中经常会出现的裂缝及耐久性差的问题，因此在地下室结构抗浮设计中使用工程桩抗浮应当对于使用过程中可能涉及到的桩体受力变形问题进行有效预估。3.3 锚杆抗浮抗浮锚杆是一种受拉结构形式，一端锚固在建筑物底板，另一端锚固在地基的持力层中，受力过程首先是通过锚固体钢筋与注浆体之间的作用将上拔力传至注浆体上；其次通过注浆体与周边土层之间的摩擦力将注浆体所受到的力传递至周围稳定土层中去，最后形成具有一定抗拔能力的抗浮锚杆，起到抗浮锚杆的抗拔作用。采用抗浮锚杆除了均衡地下水浮力作用外，还可起到加固地基的作用，从而减小地基变形及不均匀沉降。3.4 排水法抗浮盲沟排水法的根本原理是在地下室底板和地下室外墙周边设置相互贯穿的排水盲沟引水，减小浮力，实现主体结构地下室抗浮的盲沟分为永久自流式和永久排列式两种，其中永久自流式盲沟适用于建筑场所在单向斜坡地区，地下室两侧埋深有一定差别，潜水头线与地表斜坡线大致平行的情况下，该盲沟的设计应考虑周边场所的长期规划，保证出水口的通畅该办法的优点是以被动为主动，长期将地下水位控制在较低的标高，缺点是永久自流式盲沟的使用受到建筑物周边场所的地形限制，永久排放式盲沟的自动排放装置给后期运输本钱带来很大的经济负担，遇到极端情况，自动排放装置不能立即排放时，地下室的防浮平安无法保证。以本项目为例，本项目地下室面积近6.5万平米，项目所在区域地下水位整体偏高，且本项目南侧紧邻河道，施工工程中地下车库的抗浮，主要考虑的是已建成部分的自重能否平衡地下水向上的浮力。当地下结构主体已完成，但地下室顶板上覆土暂未施工，又撤除了降水措施，此时已完成的部分结构自重不能完全抵消地下水的浮力，会导致地下构筑物的上浮或偏斜。为了确保地下室施工期间，整个地库不受地下水浮力的影响，与结构设计沟通后，采取以下措施进行抗浮：沿重力坝一周设排水明沟；（地库结构施工阶段排水使用）后浇带区域设盲沟排水；（地库结构施工阶段排水使用）地下车库区域集水井、排水沟部位设置泄水孔。（地库基坑回填土后，后浇带浇筑后，顶板未覆土前释放地下水浮力）盲沟做法：于后浇带居中部位人工开挖400宽，300高成圆弧形沟槽，下铺土工布，土工布上铺设粒径为2030的大粒径碎石，整平后将土工布折叠覆盖，上方回填100厚土压实，最后浇筑垫层。盲沟与集水井交接部位设置10*10间距的钢筋网片阻隔碎石。盲沟剖面图如图1所示。图1 盲沟剖面图泄水孔做法：在地下车库区域泄水口每1000-1500m2预埋一个，尽量布置在集水井、排水沟底板中心，后浇带区域内无集水井、排水沟的情况下，将泄水口埋置于筏板基础底板中。泄水孔使用DN100的镀锌钢管，镀锌钢管外壁距上口25078高处焊接50mm宽3mm厚的翼板止水，埋入原始土层250mm深，镀锌钢管下部200mm范围内的管壁钻孔滤水，土层端部及滤水孔使用土工布包裹并使用钢丝与镀锌钢管外壁可靠固定。做法详见图2泄水孔截面图。浇筑基础筏板混凝土时采取措施对泄水孔上口进行保护，确保泄水孔不被混凝土堵塞。待上部结构及建筑回填土达到设计抗浮要求后，对泄水口进行封堵。图2 泄水孔截面图还可采用解压的方法，有些地下室因为土层比较特殊，或者是受到场地因素的限制，根本不能进行抽水，此时，施工人员可以在地下底板上开孔，将地下的水压全部释放出来，为了能够达到预期，可以再同时利用洗砂以及加载方法。3.5 延伸地下室周边底板法延伸底板法是将地下室结构底板在原有基础上向外扩充300-500mm而形成悬臂底板，利用底板悬臂端承托覆土以抵抗地下水的上浮力。这种方法非常适合在地下室周边采用，对局部抗浮不满足的情况下是一种很好的选用。最后，洗砂，洗砂是最后一种手段，通常都是在上述方法没有获得预期结果，才会选择使用此种方法。洗砂孔主要是在两个位置进行设置，一是侧壁，二是底板，这两个位置都能够有效的减少土体对地下室的摩擦力，将淤泥的泥砂全部都冲散，这样地下室就会逐渐的恢复到原位，地下室底板会出现空隙，一般情况下，施工人员都选择使用注浆的方法来填充3。4 目前地下室抗浮设计中存在的问题及解决措施4.1 存在的问题就目前国内高层建筑设计过程中，在相关工作开始之前，由于地质勘察工作中存在很多不确定性，进而导致地下水位资料十分不完整，或太片面，使水位结果和资料出现不完善、不准确等问题，无法将实际地下水位显现出来，进而对主体地下室抗浮设计工作产生了一定影响。另外，很多设计院并没有对地下室抗浮设计人员进行系统的培训，从而导致地下室抗浮设计出现严重的不准确等问题。由于地下室抗浮设计之中不具备规范性特点，或者无相关规范可供查询，导致地下室抗浮设计参数计算难以得到提升，使设计与实际情况存在较大的不同性。4.2 解决对策按照图纸、施工图集节点详图的要求，严格控制抗拔桩的灌芯混凝土施工质量，确保在有效桩长内桩芯混凝土灌密实，保证设计要求的抗拔承载力。包括抗拔钢筋的规格、直径、数量、长度、混凝土的浇筑质量控制。根据基坑面积，在后浇带的位置预设300*300mm的排水盲沟，盲沟内用级配碎石填充。另外在集水井的部位设置泄水孔，泄水孔的深度要和盲沟的位置相对应，待后浇带封闭后，对泄水孔内的水位进行监测，一旦超过警戒水位，立即启动降水措施。整个地下室施工完成后，在底板合适位置设置抗浮观测点，并做好原始记录。当遇到持续降雨的情况，泄水孔不能满足降水要求时，需要增加观测频次，一旦发现有上浮现象时，及时通知相关单位。必要时可采取在地下室底板钻孔减压，保持室内外水位一致。地下室施工完成后，及时进行周圈的土方回填，回填所需的土质需满足设计要求，尽量选用渗透系数小的粘土。条件允许情况下，及时回填顶板覆土，增加地下室的负重