地下水抗浮设计及加固分析.pdf

安徽建筑中图分类号：TV354文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）5-0145-02DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.5.0540引言随着城市化进程的不断加快，人口数量显著增加与建设用地紧张的矛盾日渐突出。考虑到地面土地资源的有限性，充分利用地下空间已成为当下的一种趋势1-2。具体表现在城市中的地下建（构）筑物，包括高层建筑物地下室设备房、地下换乘中心或停车场、地下交通和大中型地下通道、污水处理厂等的建设数量显著增加。对于建设在地下的工程，结构抗浮问题是首先要解决的重点和难点。以往工程中不乏出现由于对抗浮设计工作重视度不够而引发事故的案例，给建设工程带来巨大的经济损失，同时也给建筑物的长期使用埋下了安全隐患。目前，地下建筑物抗浮失稳破坏的主要形式包括底板开裂、隆起；不均匀的位移导致梁柱节点出现开裂；剪力墙出现裂缝等3-4。地下室抗浮出现问题反映的是长期以来勘察设计单位对地下室和地下构筑物的抗浮设计重视不够、分析不够，对施工中各方面因素考虑不足。抗浮设计工作是否到位，对水位的评估是否正确，将直接影响工程的可靠性。鉴于上述原因，本文通过三个典型案例总结了地下建筑物抗浮失效的特征，分析了抗浮失效的具体原因和机理，并有针对性的提出处理措施，结论可为类似工程提供参考。1典型工程案例1.1案例一工程概况某工程地下车库为地下1层框架结构，建筑面积约为6000m2。主体结构封顶后，地下车库部分梁、板、柱出现裂缝。工程场地的地基土从上到下可分为耕地（填土）、塑性粉质粘土、硬塑性粉质粘土、塑性粘土和石灰岩。地下室外墙周围1500mm范围内分层回填夯实2 8灰土，设计覆盖厚度为1.20m。施工期间采取降水措施，地下室顶板覆盖和地下室周围回填完成后停止降水。检测结果通过普查，发现本工程44根框架柱有明显裂缝，柱底、顶角部分混凝土有开裂、压碎、脱落现象。从裂缝发育形式上可分为水平裂缝和倾斜裂缝两种类型。第一类裂缝主要分布在柱顶梁和柱根部支座下方，其中一些水平裂缝沿柱的四边对称分布；第二类裂缝主要以柱端斜裂 缝 形 式 分 布，裂 缝 最 大 宽 度 为2.12mm。本工程部分轴架梁存在明显裂缝。裂缝为梁端倾斜裂缝，裂缝最大宽度为0.58mm。地下车库顶板裂缝主要呈不规则分布，部分裂缝上下贯通，裂缝最大宽度为0.36mm。1.2案例二工程概况某工程地下车库为地下1层框架结构，建筑面积为6387m2。在地下室顶板覆土施工过程中发现车库梁柱构件出现裂缝。项目场地地基土自上而下依次可分为耕表土、杂填土、淤泥、粘土、含砾粘土、全风化砂砾、强风化砂砾。该工程地下室停车库设计为柱下独立基础，以第四 纪 黏 土 为 持 力 层，筏 板 厚 度 为750mm，地下室底板梁截面为（400900）mm 或（350850）mm，筏板混凝土设计强度等级为C40。地下室基坑外围设井点降水，主楼待三层顶结构施工完成后结束井点降水，其他待地下室顶覆土和面层完成后结束井点降水。检测结果经现场检测后发现地下室停车库部分梁上存在裂缝，裂缝主要分布在梁柱交接处附近。对凿除粉刷的梁进行检测，发现大多数裂缝为斜向裂缝和竖向直裂缝。裂缝在梁的两侧对称分布，并在梁的底部连接。裂缝宽度计测得的裂缝最大宽度为 0.14mm，地下室停车库顶板未发现明显裂缝。1.3案例三工程概况某工程人防地下室为地下1层框架结构，建筑面积约为17240m2。在主体结构完成后发现非人防地下室填充墙体粉刷层出现开裂现象。场地地基土自上而下依次可分为素填土、粉质粘土、粉土、粉质粘、层粉土、粉质粘土、粉土、粉质粘土、粉土、粉质粘土。抗浮设计水位标高为29.0m（历史最高水位），设计地下室顶板覆土厚度为1.20m。基础施工期间进行场地降水，地下水位应降至基础底面以下500mm。基础施工完毕并停止降水时，待地下室顶板覆土完成后结束，以确保结构不会因为水浮力而上浮。检测结果本工程柱裂缝主要集中于框架柱顶部，且均为水平向裂缝，抽检最大裂缝宽度为 0.26mm；地下室出现剪力墙和填充墙开裂现象，裂缝形式为斜向裂缝，裂缝 贯 穿 墙 体，抽 检 裂 缝 最 大 宽 度 为0.10mm；人防汽车坡道与人防地下室主体结构沉降缝部位地下室墙及顶板混凝土有脱落、上下错位现象。未见地下车库顶梁板有明显裂缝。2地下室损坏特征和原因分析地下水抗浮设计及加固分析张文峰（池州市贵池区住房和城乡建设局，安徽池州247100）摘要：近年来，由于地下水浮力作用引起的工程抗浮失效案例逐渐增多，且事故多发生在施工期间，危害性较大，了解其破坏机理对指导施工极为重要。文章通过典型案例总结了安徽地区地下建筑物抗浮失效的一般特征，深入分析了其失效机理，并有针对性地提出处理措施，可为本地区类似工程提供参考。关键词：地下水抗浮设计；加固处理；防渗作者简介：张文峰（1986-），男，安徽池州人，毕业于安徽建筑工业学院安全工程专业，本科，学士，安全工程师。专业方向：建筑工程。岩土工程与地基基础145安徽建筑通过以上工程案例并经实践经验总结，地下室上浮破坏的形式主要表现为梁柱出现裂缝（图1）、底板开裂、剪力墙出现斜裂缝、填充墙开裂（图2）等形式，经过设计复核和施工情况调研，分析地下车库出现上浮的原因主要有以下四点5-7。地下水位没有得到正确的评估。水浮力是造成建筑物上浮力的最大因素。地下水浮力受到地下水赋存条件、动态变化和渗流性的影响，特别是场地分布有多层含水层的工程，其浮力计算更加复杂。现有的标准对建筑物设的抗浮设防水位尚无明确的规定，而且对地下水浮力的折减问题也不尽相同，使不同的设计人员在进行抗浮设计时得出的数据不同。且目前地下室外肥槽的填充通常使用非黏性土，强降雨时，其内部存在的孔隙可能会形成渗流通道，将整个地下室泡在水里，加剧建筑物的上浮。基坑回填土密实度不满足要求，底板厚度与上部结构的刚度不够。地表降水通过回填土部分渗漏至地下室底板下，形成上浮力，地下水位上升带来的浮力急剧增长最终会作用在地下室的底板上，若底板刚度较差，就会出现开裂和隆起现象。合肥地区的地基土普遍为老黏土，渗透性较差，几乎不透水，雨水基本都是通过地表径流进入基坑，若基坑周边肥槽内的回填土质量不合格，雨水会进入基坑内形成“水盆效应”，最终使得地下建筑物抗浮失效。如案例一中车库发生上浮破坏的原因即为车库外墙灰土回填质量不合格，最终导致车库抗浮失效。未能正确评估抗浮锚杆和抗浮桩的承载力和刚度。目前主要采用现场抗拔试验来确定抗浮桩和抗浮锚杆承载力，忽视了地下水位上升对抗拔构件的承载力影响，且实验中未考虑锚杆和桩自身的刚度问题。在地质条件复杂的工程场地，如地层中存在大量淤泥会使锚杆和桩产生变形，影响其刚度，造成其承载力下降。暴雨等灾害影响。在南方地区，夏季常出现连续多日大暴雨，造成地下水位陡然上升，超过抗浮设防水位，使得地下建筑物抗浮失效。如案例二和案例三的车库上浮破坏均发生在暴雨期间，连续暴雨使得地下水位急剧抬升，最终造成地下车库抗浮失效。3加固处理措施针对地下室出现抗浮失效的问题，目前工程中常采用“放”和“抗”相结合的手段对其进行处理8-9。“放”主要是降低水位，从而降低水压对地下室底板的水压力；“抗”一般是指增加抗浮力。本文中案例一案例三的处理手段基本相同。对于通过在地下室底板布设泄水孔的方式将地下水尽快排出，降低建筑物受到的浮力。与此同时，应尽快完成地下室顶板的覆土施工，必要时可根据实际受到的浮力增加覆土厚度，以抵消地下水位过高产生的浮力，使建筑物位移尽快回归原位。当布置的泄水孔不再往外冒水时，确认建筑物位移是否已经恢复，若已经恢复，则使用注浆手段对布设的泄水孔进行堵漏加固处理，以确保泄水孔内部的土体强度得到充分加固。为确保建筑物今后的抗浮安全，可根据具体情况采用以下手段进行抗浮处理。荷载平衡法。通过增加地下建筑物顶板覆土厚度来增加抗浮建筑物的自重，确保自重大于地下建筑物所受到的浮力。排水法。将地下建筑四周回填土中的水抽出，降低地下水位，进一步完善建筑物周围的排水措施，避免地表水灌入回填土中。对地下建筑物周围回填土性质不佳的土体进行注浆处理，在地下建筑物周围形成止水帷幕，避免强降雨引起的地表水灌入回填土造成抗浮失效。如果采用上述手段后仍不能解决问题，应正确评估地下建筑物抗浮设防水位，并重新对抗浮进行验算，根据验算结果采用抗拔桩和抗浮锚杆的手段对建筑物进行加固处理。请有资质的检测单位对抗浮失效的建筑物进行全面的安全性评估，包括建筑物梁柱节点、剪力墙、底板和顶板等部位出现的裂缝。然后请专业的设计单位出具加固处理建议，根据加固处理建议对建筑物进行补强加固处理。对于地下建筑物抗浮失效后的处理加固应注意施工顺序：对梁柱等节点进行补强加固、处理顶板裂缝、进行上部覆土施工、底板补强加固、内部填充墙裂缝的处理。4结论通过上述分析，可以得到以下结论。通过对典型地下建（构）筑物的上浮损坏情况进行分析研究，得出建筑物上浮的主要原因。地下建（构）筑物上浮的损坏特征主要表现在顶板、底板与梁柱节点区产生不同程度的裂缝，严重的有结构损伤。对地下室上浮的加固处理，首先要布设泄水孔泄压，然后通过注浆加固等手段对受损建筑物进行加固，同时做好施工场地的防渗与降排水工作。参考文献1钱七虎.地下工程建设安全面临的挑战与对策J.岩石力学与工程学报,2012,31(10):1945-1956.2杨永军,翟文辉.城市地下工程建设中工程地质环境问题及对策J.四川水泥,2020,283(03):124-125.3杨淑娟,牛梦娇,张同波,等.某地下车库抗浮破坏分析及处理J.青岛理工大学学报,2018,39(06):16-20+63.4王海东,罗雨佳.超大地下室施工期抗浮破坏机理分析与应对思考J.铁道科学与工程学报,2019,16(10):2538-2546.5张峻皓.膨胀土场地工程抗浮失效机理研究D.西南交通大学,2021.6刘德海,张同波,于德湖.某工程局部整体抗浮失效分析J.青岛理工大学学报,2015,36(01):125-130.7杨保生.建筑物抗浮处理的研究D.青岛理工大学,2018.8孙广利,高涛,安征.某工程地下水抗浮折减试验研究J.吉林建筑工程学院学报,2013,30(02):12-14.9胡星炜.复杂地质、水文条件下的地下水抗浮设防水位分析J.建筑技术开发,2020,47(16):154-155.图1典型柱裂缝图图2填充墙开裂岩土工程与地基基础146