坡地建筑地下室上浮原因分析及处理措施

覃　伟， 杞小林， 张莲花

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院, 四川 成都　610059；

2.四川省坤泰建设工程质量检测鉴定有限公司， 四川 成都　610016)



坡地建筑地下室上浮原因分析及处理措施

覃伟1， 杞小林2， 张莲花1

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院, 四川 成都610059；

2.四川省坤泰建设工程质量检测鉴定有限公司， 四川 成都610016)

摘要：随着城市建设的发展，地下室的抗浮设计也成了地下室设计中的重要内容.针对内江市某坡地建筑地下室结构抗浮承载力不足引发的工程问题，分析该坡地建筑地下室汇排水特征及地下水对地下结构的影响，并提出降水抗浮设计措施.该方法既可以解决已有建筑地下室抗浮承载力不足的问题，也能解决坡地建筑地下室抗浮水位取值难的问题，为坡地建筑地下室抗浮设计及事故处理提供了一种解决方案.

关键词：坡地建筑；地下室；抗浮水位；处理措施

0引言

随着城市建设的发展，高层建筑大量兴建，人们对其地下空间的开发利用越来越重视，高层建筑的地下室空间也正朝着多层和超深的规模发展.但近年来，有不少沿坡而建的高层建筑地下室因忽视地下水的作用未作抗浮设计而造成工程事故.实际工程中，经常出现勘察报告提供的抗浮水位跟实际情况相差甚远的情况，导致工程设计时未做抗浮设计或设计不满足抗浮要求的情况也屡见不鲜[1-2].如四川省内江市某建筑项目由于勘察报告未结合场地地形地貌、地下水补给、汇水条件等因素综合考虑确定地下水位，设计时未做抗浮设计，致使该建筑工程在暴雨过后发生局部上浮隆起事故.对此，本研究对该工程事故进行了分析，并提出了相应的应对措施.

1工程概况

内江市某建筑项目由6幢建筑物组成，其中1#、2#、3#楼为多层建筑，框架结构；4#、5#、6#楼为高层建筑，框剪结构，均采用大直径桩基础.其中，除3#楼无地下室外，其余各栋楼整体设地下室，其中6#楼为地下1层，其余各栋均为地下2层，建筑物的地上建筑面积为84 809.71 m2，地下建筑面积为28 131.84 m2.至2015年6月底，建筑物的地下室基坑已经回填完毕，1#～6#楼主体结构已经封顶并完成外部装饰，并在进行内部装饰以及消防、水、电等工程安装.

2015年7月2日～3日，内江市经历连续2日暴雨，使得地下水位大幅度升高，地面水倒灌，造成4#、5#楼中庭纯地下室整体上浮,并造成负二层抗水板、负一层楼层板隆起，负一、负二层部分梁、柱和填充墙出现裂缝.当日晚上22∶00左右，通过在负二层地下室抗水板上钻孔泄压，上浮高度逐渐回落，7月5日基本回落到原位，但部分承重构件出现裂缝，危及到地下室主体结构安全及正常使用[3].

2地质及水文状况

2.1原始地形地貌

2013年的工程勘探报告披露，该项目场地属丘陵斜坡及宽缓冲沟地貌，因工程活动影响，场地原始地形地貌部分已改变.场地北部位于一条近似由北东向南西方向发育的冲沟沟谷及其南侧部位，场地南部位于一北东～南西向条形浅丘，丘顶北侧及斜坡部位，具体如图1所示.场地北部因回填地势较高，南部因削坡使得部分地带基岩出露，地势较陡.场地地形变化较大，高程322.50～346.00 m，且地势低洼，从而形成良好的汇水条件.

2.2气象与水文情况

内江市气候属准亚热带湿润气候型,常年气候温和，年平均气温为17.8 ℃，年平均降雨量1 000～1 200 mm，全年降雨量主要集中在6～9月，占全年降雨量的75%以上.风向以北东方向为主，最大风速为15.7 m/s，平均风速1.1 m/s，年平均相对湿度79%.工程场地北部原位于冲沟及其斜坡部位，地下水较发育，钻探结果测得地下水稳定水位埋深8.00～10.10 m，高程317.00～319.95 m，而工程设计中纯地下室抗水板底标高为319.00 m，设计时未考虑对纯地下室结构采取抗浮措施.

图1场地地形平面示意图

2.3地质构造

该工程场区在大地构造上位于扬子准地台四川中台拗，川中台拱，威远旋扭式辐射状隆起构造的东部边缘地带，属四川盆地弱活动断裂区.本区明显特点是第四纪以来区域地壳运动较微弱，因而新断裂活动和地震活动也比较微弱，区域地质构造稳定性较好.

据现场勘察，该工程场地地层可分为4层，依次分别为第四系全新统坡洪积粉质粘土、第四系全新统残坡积粉质粘土层和侏罗系中统下沙溪庙组基岩.

3事故原因分析

由于地勘报告提供的地下水位为短期监测水位(未考虑场地汇水条件)，导致工程设计时对抗浮设计水位估计不足，取值偏低，地下室未做抗浮设计，局部抗浮承载力不足.突降暴雨后，由于地表水倒灌及渗透补给使水位上升，纯地下水中庭部分结构压重不够，导致地下室局部上浮，部分桩基础被拔起.

3.1场地汇水条件分析

经现场勘查，场地北面为已建道路，西面为场地冲沟出口，原本地势低洼，后填土至标高226.05 m并修建道路，南面为岩石陡坎，东面为冲沟上游，现回填为缓坡地带.场地处于地势低洼地带，有良好的汇水条件，汇水面积约1.4×105m2.原始地形和人为改造使该场地形成一个类似“脚盆”的地貌，且地下室基底下为粉质粘土，透水性弱，对排水极为不利.场地剖面结构与地下室汇水示意图如图2、3所示.

图2场地剖面结构示意图

图3地下室汇水示意图

事故发生时，该工程刚完成地下室周边的回填工作，地下室周边回填土地表还未硬化，透水性好，场地排水设施尚未完成.2015年6月以来，由连续强降雨引起地下室周边地表水汇集并直接渗入回填土中，形成排水不畅的“脚盆”，盆中积水不能及时排走，基坑内水位迅速上升并对地下室产生上浮力，导致事故发生.事故发生后的勘察报告显示，地下室周边地下水位达323.80～325.50 m，远高于原勘察报告的317.00～319.95 m.

3.2浮力验算分析

地下室结构受到向上的浮力作用，其浮力的大小等于被该物体排开的水的重力.当地下结构排开水的重力大于建筑物自重时，浮力会使地下结构上浮甚至破坏.相关规范中考虑一定的安全储备，建筑物基础结构抗浮稳定性[4]应符合下式，

(1)

式中，GK为建筑物自重及压重之和；Nw,K为浮力作用值；Kw为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05.

查阅设计图纸可知，该工程1#、2#、4#、5#建筑及周边设2层地下室，6#设1层地下室，地下室范围示意图如图4所示.

图4地下室平面分布图

1#、2#楼为多层建筑，4#、5#、6#楼为高层建筑，这几栋楼的1层地下室部分由于埋深较浅，均不易发生上浮现象，但4#、5#楼周边纯地下室部分结构自重较小，且均为地下2层，所受浮托力较大，较易发生地下室局部上浮.

2015年6月暴雨后实测水位为高于地下室底板6 m，上覆土层厚度1.3 m，重度取20 kN/m3,结构自重包括地下室顶板、楼板、抗水板、梁柱及桩，总共约20 kN/m2，则纯地下室部分：

向下竖向荷载为，

1.3×20+20=46 kPa

水的浮托力为，

6×10=60 kPa>46 kPa

显然，该工程纯地下室部分自重是不符合规范抗浮要求的.主楼自重远超过整个地下室地下水浮力，因此主楼成为约束地下室上浮变形的支点，上浮主要发生在主楼外侧及主楼间地下室.以地下室隆起最为严重的4#、5#建筑的纯地下室中庭部分做简单的计算，4#、5#楼楼边距38 m，可简化为2段简支(见图5).据此，可计算出：最大剪力在纯地下室和主楼接触的部位，其大小为14×34.8/2=243.6 kN(单位宽度剪力)，最大弯矩及最大变形在中点处，其大小为14×34.82/8=2119.32 kN·m(单位宽度弯矩).

4处理措施

4.1应急处理措施

该工程于事发当晚22点左右及时进行了钻孔泄压后，地下室上浮高度逐渐回落，避免了事故的进一步扩大[5].

图54#、5#楼纯地下室中庭上浮、隆起简易计算模型

4.2永久措施

为避免这种事故再次发生，应尽快完成该工程场地及周边地表硬化，完善场地地表水的疏导.鉴于该工程主体结构已完工，常规的增加压重以及设置抗浮锚杆已不现实，故采用在地下室外围布置盲沟及集水井并用水泵把汇集到集水井中的水抽排到场地外，解决地下室受雨季影响上浮的问题.

4.2.1抗浮控制水位.

为确保地下室在无任何抗拔措施下不出现上浮，根据式(1)，2层纯地下室压重为GK=46 kPa，其所能承受浮力作用值为Nw,K=GK/1.05=43.8 kPa，故地下水位应低于地下室底板标高以上4.38 m，地下室底板标高319.0 m，抗浮控制水位应控制在标高223.38 m以下.

4.2.2抗浮降水设计.

根据工程场地汇水面积及降雨强度，在地下室外墙周边设置11个抗浮集水井，在地下室外侧周边设置一圈排水盲沟并与集水井相连(见图6)，使灌入地下室的水经排水盲沟汇集在集水井中，再由水泵抽排到场地外[5].

图6地下室盲沟及集水井布置平面示意图

根据计算出的抗浮控制水位设计出如图7所示集水井：井底标高320.5 m，启泵水位323.0 m，停泵水位322.0 m.

图7集水井及水泵设计示意图

5结论

建筑工程尤其是坡地项目在设计时对地勘提供的抗浮水位数据应注意不能简单采用短期监测水位作为地下室抗浮水位，还应考虑场地地形条件在雨季情况下，是否会形成大面积的汇水，以及对地下室产生浮力作用.

本工程案例说明：处于坡地冲沟地貌的建筑场地汇水条件较好，在雨季，坡地冲沟大面积的雨水汇入施工场地改变原地形后形成的“脚盆”，使盆中积水不能及时排走，对处于“脚盆”中的地下室产生短期上浮力，导致地下室上浮.为预防地下室受汇水条件的影响发生上浮，可在地下室外围回填土上部采用粘性土分层夯实回填，并在周边可设置截水沟，防止地表水倒灌渗入.对已有建筑地下室抗浮不满足要求时，可通过在地下室外围布置盲沟和集水井引流的方式，解决地下室受雨季影响上浮的问题.

参考文献：

[1]刘冬柏，王璇.地下室抗浮设计中的几个问题讨论[J].中外建筑，2010，16(2):42-44.

[2]应高正.从工程事故谈地下室抗浮问题[J].福建建筑，2007，25(11):50-51.

[3]杞小林，尹学国，陈泽云，等.内江市汉安大道东沿线工程项目纯地下室裂缝技术鉴定及1-6#楼结构安全评估[R].成都：四川省昆泰建设工程质量检测鉴定有限公司，2015.

[4]中国建筑科学研究院.GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5]杨淑娟，张同波，吕天启，等.地下室抗浮问题分析及处理措施研究[J].建筑技术，2012,43(12):1067-1069.

[6]陈永青，李开琴，曲申酉.建筑地下室排水设计的反思与建议[J].给水排水,2006,43(2):67-71.

Cause Analysis and Treatment Measures of Floating Problems of Slope Architecture Basement

QINWei1,QIXiaolin2,ZHANGLianhua1

(1.College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University Of Technology, Chengdu 610059, China;2.Sichuan Kuntai Construction Quality Testing Identication Co., Ltd., Chengdu 610016, China)

Abstract:In recent years,with the development of urban construction,there are more and more buildings with basements.Anti-floating design of basement has become an important part of the basement design.However,people often underestimate or even neglect the influence of groundwater buoyancy on the underground structure because they are lack of the knowledge about the groundwater level.In Neijiang,an accident occurred in a slope architecture basement because of the problem of anti-floating.Therefore,this paper analyzes groundwater catchment and drainage feature of this basement and the influence of groundwater on the underground structure.Then,the paper proposes the dewatering and anti-floating measures which can deal with the problems of anti-floating and at the same time lower the difficulty in evaluating the parameters of anti-floating water level in slope building basement,and finally provide new thoughts on anti-floating design of slope building basement and accident handling.

Key words:slope architecture;basement;anti-floating water level;treatment measures

中图分类号：TU94+3

文献标志码：A

作者简介：覃伟(1990 — )， 男， 硕士研究生， 从事岩土工程研究.

收稿日期：2016-01-19.

文章编号：1004-5422(2016)01-0103-04