地表水入渗引起工程抗浮问题及对策

李健生 张 洒

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，河南信阳 464000)

0 引言

地下空间的开发和利用是建筑开发中很重要的一部分，位于地面以下的地基基础至关重要，其地质条件复杂，使相应的岩土参数和工程措施成为工作重点。确定抗浮相关参数和提出相应措施对工程的安全性和经济性影响很大。

信阳市垄岗地貌分布在平桥区、羊山新区，近年来随着建设规模的增大，高层建筑及整体地下车库较多，由于地下室基槽肥槽回填不满足要求，地表水进入地下车库基础底板以下，造成地下车库及人防工程破坏，导致较大的财产损失。因地表水入渗引起的地下建筑抗浮问题亟需解决，垄岗地貌地下建筑抗浮水位的取值和所采取的工程措施值得深入探讨，从而探索一条既安全可靠又经济合理的解决途径[1-2]。

1 气象与水文概况

信阳市位于冷暖气候过渡带上，亚热带气候表现较为明显，四季分明。据信阳气象站资料，该区气候湿润，降水充沛。山区降水量大于平原区，山区为1200 mm左右，而平原区为900 mm左右。多年平均降水量1120 mm，多年平均蒸发量700～800 mm，降水量大于蒸发量。年内降水量变化不大但表现出分配不均，多集中于5—8月，约占全年降水量的54%，在此期间多暴雨且强度大，往往易造成洪涝灾害。

2 信阳垄岗地貌工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

垄岗地貌地层除上覆一定厚度杂填土(Q4ml)外，主要为第四系全新统及上更新统冲洪积(Q4--3al+pl)地层，下伏白垩系周家湾组(K2z)泥质粉砂岩(见图1)，从上到下叙述如下：

1.全新统冲积层；2.中更新统冲—湖积层；3.中更新统冲—洪积层；4.新近系尹庄组；5.始新统毛家坡组；6.上白垩统周家湾组；7.下白垩统陈棚组；8.二叠系—三叠系蔡家凹组；9.上石炭统胡油坊组；10.泥盆系南湾组；11.下古生界大栗树组；12.下古生界张家大庄组；13.下古生界刘山岩组—张家大庄组；14.下古生界刘山岩组；15.震旦系—下古生界周进沟组；16.中—新元古界龟山岩组；17.古元古界石槽沟岩组；18.新太古界—古元古界大别岩群斜长角闪质岩；19.早白垩世二长花岗岩；20.早白垩世花岗斑岩；21.早古生代辉长岩；22.早古生代斜长花岗岩；23.早古生代闪长岩；24.早古生代超基性岩；25.逆冲断层；26.断层；27.构造变形带；28.产状；29.垄岗地貌区范围图1 信阳垄岗地貌区域地质简图

①杂填土(Q4ml)：杂色，稍湿，松散，组分以回填的砂岩碎屑为主，夹少量黏土团块，大孔隙，欠固结；

②粉质黏土(Q4al+pl)：灰褐色，可塑，含铁锰质氧化物及结核，干强度及韧性中等；

③粉质黏土(Q3al+pl)：黄褐色，硬塑，含铁锰质氧化物及结核，干强度较高，韧性较好，标贯试验击数一般8～14击，在垄岗地貌广泛分布；

④泥质粉砂岩(K2z)：紫红色，强风化，泥质结构，厚层状构造，河湖相沉积，属半成岩，局部含砾较多，砾石较大，该层遇水自动崩解，强度降低，标贯试验击数一般大于25击；

⑤泥质粉砂岩(K2z)：紫红色，中等风化，泥质结构，厚层状构造，河湖相沉积，属半成岩，岩石完整性较好，该层遇水软化，强度降低，属极软岩。

以上为典型的垄岗地貌地层，不同建筑场地地层略有差别，各土层承载力特征值及压缩特性见表1。

表1 各层土承载力特征值及压缩特性

目前信阳垄岗地貌区整体地下室多为1～2层，若采用天然地基基础，②、③、④、⑤层均满足承载力及变形要求。

2.2 水文地质条件

①层填土层渗透系数为1×10-4～4×10-4cm/s，为弱含水层，②、③层粉质土渗透系数为1×10-5～2×10-5cm/s。少量的上层滞水一般赋存在①层填土、②层粉质黏土中，下部泥质粉砂岩遇水易软化，裂隙封闭，含水量微弱，区域水文地质上属于隔水层，地下水补给来源主要为大气降水和人工排水。

① 河南省信阳工程地质勘察院.信阳恒大名都2#、3#、4#、5#地下车库岩土工程勘察报告[R].2010.

② 河南省信阳工程地质勘察院.信阳柏林国际广场岩土工程勘察报告[R]. 2014.

3 地表水入渗引起工程抗浮问题案例分析

3.1 信阳恒大名都2#、3#、4#、5#地下车库项目

该项目依据《岩土工程勘察规范》[3]、《高层建筑岩土工程勘察规程》[4]，于2010年8月—2012年9月进行勘察，一层地下室，高6.5 m，采用独立基础+抗水板，未采取抗浮措施①。2014年2#、3#、4#地下车库建成，未出现抗浮问题，2015年5#地下车库建成，与2#、3#、4#地下车库整体连接并投入使用后，2016年出现地下车库顶底板起包，最大变形约20 cm，车库独立柱与承台出现长20 cm细小裂纹。

(1)原因分析

2#、3#、4#、5#地下车库位于岗丘与冲沟结合部位，地下车库基础位于粉质黏土层，基槽开挖后未见

地下水位。2#、3#、4#地下车库建成后，场地四周有排水通道，故未出现抗浮问题，与5#地下车库连接且场地整平后，场地排水通道堵塞，基槽肥槽回填质量不满足规范要求，工期紧，回填物以填土和建筑垃圾为主，雨季地表水通过填土渗入地下车库，导致车库四周地下水位上升，最终引起车库变形。为查明基槽内地下水水位，河南省信阳工程地质勘察院有限公司在2#、3#、4#、5#地下车库周边施工8个水文观测孔，查明地下车库基槽内地下水水位为场地整平标高下1.5～1.7 m，暴雨后地下水位上涨约0.3 m。

(2)处理措施

地下车库全部拆除重建，底板铺设砂砾垫层、底板四周设置排水沟和降水井，费用2400多万元。

3.2 信阳柏林国际广场项目

该项目依据《岩土工程勘察规范》[3]、《高层建筑岩土工程勘察规程》[4]，于2014年8月进行勘察，两层地下室，场地整平标高95.1 m，地下车库基础位于③层硬塑粉质黏土(见图2)；采用独立基础+抗水板，基槽开挖后未见地下水，地勘报告抗浮水位标高建议值93.0 m②。2016年整体地下车库建成约1年后，至2017年8月雨季，地下车库整体上浮倾斜，局部出现倒锅底状隆起，最大变形约40 cm，抗水板与独立柱连接处多处开裂渗水。

图2 柏林国际广场工程地质剖面图

(1)原因分析

地下车库基础位于③层硬塑粉质黏土层中，基槽开挖后地下水较少，建设方未采取抗浮措施，基槽肥槽回填质量不满足规范要求，回填物以填土和建筑垃圾为主，车库建成基槽未回填时，没有出现抗浮问题，基槽回填并浇带封闭后排水通道堵塞，连续较大降雨后，地表水通过填土渗入地下车库基础底面下，致车库四周地下水位逐步上升，最终引起车库变形。

(2)处理措施

先在变形较大处施工钻孔减压，地下车库主体结构经检测未受较大破坏，底板设置降水井，地下水排出后沿开裂处注水泥浆堵漏，重新进行基槽回填，肥槽回填严格按设计要求进行。

③ 河南省信阳工程地质勘察院，信阳申景花园岩土工程勘察报告[R].2010.

3.3 申景花园项目

该项目依据《岩土工程勘察规范》[3]、《高层建筑岩土工程勘察规程》[4]，于2010年10月进行勘察，一层地下室，高约6.5 m，地下车库基础位于②层可塑粉质黏土，采用独立基础+抗水板，抗浮水位为场地整平标高下1.5 m，2013年地下车库建成③。2014年9月雨季，地下车库顶底板及独立柱出现裂纹，局部出现变形，最大变形约20 cm，在地下车库内施工钻孔减压，水柱高约4.0 m。

(1)原因分析

地下车库基础位于粉质黏土层和泥质粉砂岩中，基槽开挖后地下水位较少，采取抗浮措施为车库顶板覆盖1.5 m厚土层，底板进行加厚等增加荷载的措施，设计满足要求。但施工单位在施工期间未按要求及时加载，基槽肥槽回填不满足规范要求，回填物以杂填土为主，最终地表水进入地下车库基础底面以下，导致地下车库变形等抗浮问题。

信阳锦江城和双汇欧洲故事项目均位于羊山新区，距申景花园项目较近，处理措施与申景花园项目相似；地下车库基础位于粉质黏土层和泥质粉砂岩中，天然地基独立基础，基槽开挖后未见地下水，未采取抗浮措施，车库建成基槽未回填时，没有出现抗浮问题，基槽肥槽回填不满足规范要求，回填物以杂填土和建筑垃圾为主，基槽回填后约1年，地表水通过填土渗入地下车库，致车库四周地下水位逐步上升，最终引起地下车库独立柱、顶底板出现贯通性裂缝等变形现象。

(2)处理措施

地下车库基础底面设置砂砾垫层，地下车库底板四周及中间设置排水沟和集水坑，地下水聚集在集水坑里经水泵抽出。

4 地表水入渗引起工程抗浮问题总结

通过以上典型案例分析，信阳垄岗地貌地下建筑水文地质、工程工程地质条件均较简单，场地地下水主要为赋存于填土中的上层滞水和微量基岩裂隙水，补给来源为大气降水和人工排水，以大气降水入渗为主，基坑开挖后上部上层滞水已全部清除，下部基岩裂隙水含水层属于白垩系半成岩泥质砂岩，遇水易软化，裂隙封闭，含水量微弱，区域水文地质属于隔水层。根据基坑开挖情况，地下室基底和侧壁均为透水性差的粉质黏土和泥质砂岩，地下水侧向补给可忽略不计。由于基槽肥槽回填时场地黏性土较少，采用基槽开挖的土方进行回填，土方中含有较多的填土及少量建筑垃圾，信阳降雨较多，雨季暴雨集中时汇集大量的地表水渗入基槽甚至地下结构基础底板以下，基槽内地下水排泄不畅，基槽内形成大量的积水，整个地下建筑工程处于一个充满水的水盆中，本地工程界称为“水盆效应”，地下车库四周地下水位上升，地下车库底板浮力增加，最终引起地下车库变形破坏[5]，造成较大的财产损失。

5 抗浮水位取值及工程抗浮对策

针对信阳垄岗地貌工程地质水文地质条件，综合考虑肥槽回填处理不好及施工期间因地表水汇入对结构的影响，抗浮设防水位为场地整平标高下1～1.5 m较为合理[6]。大部分地下工程需做抗浮设计，施工抗浮锚杆、抗拨桩、结构配重[7]，无疑增大了建筑成本。随着对地下工程抗浮问题的重视，工程界针对地表水入渗引起地下工程的破坏，采取切实可行的截(疏)和排相结合的措施，避免了采取抗浮锚杆或抗拨桩等工程措施[8]，既节约了工程造价又做到了安全可靠。具体对策如下：

(1)雨季施工期间，加强雨水及地表水疏排，防止基坑充水；

(2)基础周边与肥槽之间空隙打垫层时全部浇满，防止雨水及地表水通过肥槽渗入地下室基础底面；

(3)地下室施工结束后及时采用符合施工规范要求的黏土分层回填夯实，每米设置一层防渗土工隔膜，并做好土工膜的搭接，底部采用3∶7灰土，厚度1 m，并按要求采取检验试样测试，每边每层不少于3组，压实系数不得低于0.95；

(4)地下室结构及顶面压重未全部完成前不得填补后浇带；

(5)地下室地基持力层超挖部分应采用细石混凝土浇注至设计标高，防止基底充水；

(6)在地下室周边设置排水沟及集水井等设施，一旦地表水进入基础底板以下，可及时通过排水系统排出。

信阳皇城嘉苑二期位于信阳市羊山新区新十八大街，场地为垄岗地貌，整体地下车库2层，地下车库基础位于第④层强风化泥质粉砂岩，经专家专项论证，采用上述措施后，未采用抗浮锚杆、抗拔桩等工程措施，节约了大量工程造价，该项目2017年5月完工后至今运行良好。

6 结论

(1)信阳垄岗地貌水文地质、工程地质条件均较简单，5—8月份雨季暴雨较为集中，综合考虑肥槽回填处理不好及施工期间因地表水汇入对地下建筑结构的不利影响，抗浮设防水位为场地整平标高下1～1.5 m。

(2)为防止出现“水盆效应”，采取截(疏)和排相结合的工程措施，肥槽回填满足规范要求，可不考虑场地抗浮水位。

(3)采取相关措施后，避免采用抗浮锚杆、抗拨桩、结构配重等工程措施，既节约了工程造价，又做到了安全可靠。