地下室抗浮不足原因分析及处理措施

文/彭海雁 长沙市规划设计院有限责任公司 湖南长沙 410007

吴迪 中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司 湖南长沙 410007

随着国内建设速度的加快，人民物质消费的提高，机动车的需求量也日益增加。为满足住宅用户的停车需求，配套的大规模地下车库兴起以此解决地面停车难的问题。地下车库由于自重较小，因抗浮不足造成的破坏事故时有发生。为确保地下建筑的人员及结构安全，应足够重视地下建筑的整体及局部抗浮设计。同时，事故发生后，地下结构发生的破坏：底板隆起，地下外墙、柱开裂，顶底板出现裂缝等，造成了巨大的经济损失和带来后期使用的安全隐患。因此，对事故工程进行原因分析及事故后处理也显得尤为重要。本文通过对事故工程的研究，对事故原因及事后采取的措施进行了分析和总结，为处理实际问题提供一定的参考价值。

1、抗浮不足原因分析

1) 气候变化。特别在南方地区，雨水丰沛，丰水期间，多日连续暴雨，地下水位骤升，超过抗浮水位。

2) 地理条件。部分事故工程处于地势较低处，场地外侧水源汇集到该工程，地下水排水不畅，水位迅速上升，超过抗浮水位。场地地下环境受地下水、土压力等因素的影响，不仅要考虑本场地的地质情况，还要调查分析场地以外的水文、地质条件（河道，地铁，深基坑等），以防不利因素对本工程的影响。

3)自重不足。施工时，在地下室主体结构已完成的情况，顶板及地下外墙周边却未及时回填覆土，以致结构自重不足以抵抗水浮力。

4)施工降排水措施不到位。考虑经济、工期等因素，在结构顶板荷载未加载完毕时，就提前停止降水措施，场地内又无组织排水措施，外墙回填土回填不到位，致使大雨期间大量的地表水通过回填不密实处，涌入底板底，形成水浮力，导致车库上浮[1]。

5)设计不足。地下工程的抗浮设计参数、简化计算及模型模拟是否正确合理，直接关系到工程的安全可靠，设计人员应具有相当的专业水平及责任感。

2、地下室抗浮应急措施

事故发生后，应对地下室采取及时的应急措施以防止破坏加剧，减少损失。具体有以下几种：

1)增配重。可以通过顶底板覆土、增设底板叠合混凝土层使结构自重及其上作用的荷载增加，能抵抗水对建筑的浮托力。但要保证顶板荷载的增加量在结构梁柱可承受能力范围内，否则会给结构造成二次破坏。底板增设叠合层或者进行地面堆载，会降低车库净高，影响建筑的空间使用功能，需与建筑协调。回填顺序，建议先进行顶板的覆土回填，再回填室内填土，避免底板上增加的重量对柱产生拉力。但考虑车库上浮，已造成结构柱破坏严重，内力分布改变，马上进行顶板覆土，可能加剧构件的破坏，建议对构件加固后，再进行顶板覆土的回填。

在场地车库存在大量积水情况时，若无法降低室外地下水，可利用积水增加结构自重，抵抗一部分浮力。若此时马上采取抽取措施，基底所受浮力增加，反而会加重结构破坏。

2)增设底板锚杆。锚杆一端连接地下室底板，一端锚固于稳定的岩层或土层，通过锚固体与基础以下各地层之间的摩阻作用，以抵抗地下水浮力。在水头压力较大时，效果比较稳妥，但工程造价高，施工周期长，会切断部分底板钢筋，对原结构的受力有影响。

3)灌浆阻水：将浆液灌入地下车库周边及底部土层的裂隙、孔隙中，形成连续的阻水帷幕，以降低地下水渗流量及水头压力[2]。施工难度大，会改变了地下周边水文环境。

4)排水泄压：在车库周边开挖排水明沟，排水井以及在底板上开设泄压孔。这些办法直接有效地降低水头高度，操作简便，效果明显，但可能会对周边地下水文环境有影响。注意控制水压和排水速度，对整个地下车库的变形进行实时观测并记录沉降速率及沉降量。

抗浮不足后，场地采取何种措施，应根据工程特点，水文地质资料，场地条件，施工可行性综合考虑。现场及时有效的措施，能极大地降低结构的破坏程度，为后期的加固处理降低难度。若措施采取不当，可能会对结构造成二次破坏。

3、加固处理

为保证工程后期的正常使用提供安全保障，需对破坏构件进行裂缝修复及加固处理。

1)地基加固[3]。地下室上浮后，场地内积水渗入底板持力层，降低了土层的抗剪强度和承载力；后期采取的降排水措施，会使基础下部分持力层土质流失，形成空隙，可采取压密注浆加固法对地基进行处理。实时监测场地及相邻建筑的沉降、裂缝等，注浆后进行检验 [3]。

2)底板加固。采取底板裂缝灌注环氧树脂并在板面增设100～200MM厚混凝土叠合层处理，布置单层双向钢筋，纵筋应植入混凝土墙内。

3)外墙、柱加固。地下室上浮后，上部梁约束墙柱竖向相对位移，限制了自由变形，外墙、柱产生水平裂缝，严重影响了外墙、柱的承载力。采取裂缝灌注环氧树脂修复后，外墙可采取加大截面处理，内侧浇筑混凝土叠合层，新增竖向钢筋下端锚入底板中，上端锚入顶板中；新增水平钢筋锚入相邻框架柱中；柱可采用加大截面处理、湿式外包钢加固和外围浇筑钢筋混凝土加固[4]；加固中，植筋设计及工艺需满足现行加固规范要求。

4)顶板梁、板加固。在框架柱产生倾斜的影响下，顶板梁板受水平拉压作用，形成竖向及斜向裂缝，采取裂缝灌注环氧树脂并在板底板面粘贴碳纤维布处理。此外，梁可采用加大截面法加固。

加固处理施工顺序为：顶板梁柱节点加固处理--顶板裂缝处理--上部覆土--底板叠合混凝土层施工—内部填充墙裂缝处理。

事故发生后，加固处理的顺序和方案选择合适，在满足结构的安全和使用功能的前提下，可以大大减低修复成本。因抗浮引起的结构变形通过处理后大部分可以恢复，但不能完全消除，需要对破坏结构进行长时间检测，以保证结构安全。

结语：

对地下工程的设计及施工提出如下建议，为以后的类似工程提供一定的参考价值。

1）抗浮水位确定。勘察时，对水头高度应慎重考虑，应充分考虑到极端天气对地下水位的影响[2]。抗浮设防水位高度偏低时，工程隐患越大。设计时，应考虑施工期间，车库顶部未进行覆土的情况，结构自重宜能抵抗抗浮水位。与建设方沟通，在对工程造价影响不显著的情况下，为主体预留一定的安全储备，可极大地避免后期抗浮不足引起的经济财产损失。

2）选择合适的桩基形式。对抗拔桩、抗浮锚杆及其他抗浮设计方案进行综合比较，合理选取。特别是对于抗拔预应力管桩，应考虑失效后的应急预案，建立结构的二级抗浮防线。

3）结构设计时，强化强柱弱梁思想，适当加大柱截面，避免梁柱线刚度相差太大，在抗浮水位较高的情况下，考虑柱箍筋全长加密[5]。

4）避免不均匀沉降[4]产生的裂缝，超长结构应尽量设置结构缝断开。超长地下室与主楼，由于刚度、自重差异大，协调变形能力也不同，特别是在水力作用时，基础底板土质部分流失，地下室发生不均匀沉降较明显，在塔楼与单层地下室交界处会产生较多裂缝。

5）施工措施到位。做好建筑物沉降及抗浮监控。地下主体结构施工完成后，外墙及顶板覆土及时回填。回填土越密实，阻水性越好。施工时，按要求做好降排水措施，避免大雨期间，水位骤升，排水不畅的情况发生。