地下室抗浮施工中存在的问题及处理措施

曹 品

(中铁五局建筑公司,贵州贵阳 550081)

近年来，诸多人防工程、地下车库、设备用房等建筑构筑物，大多配套的地下室，出现了许多问题，其中地下室的抗浮是一个大问题。尤其是在地下土层含水丰富的沿海城市，如深圳、大连和上海等沿海大中城市，地下土体的空隙及岩体的裂隙赋存有大量的地下水，地下水对埋置于岩土体之中或之上的地下结构或洼式结构会产生浮托力，若结构的自重小于浮托力时将发生上拱或上浮失稳破坏[1]。

这其中，建筑物、构筑物因地下水浮力引起的工程事故比比皆是，表1是因地下水浮力而造成的工程事故案例。

表1 因地下水而破坏的工程案例

1 抗浮设计原理简述及分析

如同漂浮在大江大海上的巨轮，之所以不会下沉，正是因为受到了海水对它的向上的 “支撑”——浮力。地下结构和地下水的关系如同巨轮和大海的关系一般，侧墙与地板围成的密闭空间也会受到地下水的浮力，根据阿基米德原理，这个浮力等于地下结构浸泡在含水层中的体积乘以水的重度。一个形状规则的地下结构尺寸为70 m×70 m，抗浮设防水位4 m，则它受到浮力为19 600 t，可见水的浮力对结构影响是极大的，因此对其进行抗浮研究具有重要意义。

需要明确的是，人们往往忽略了地下水的作用，认为常年地下水位在基底以下，则不会有水浮力的作用。然而一旦暴雨来临，地表水全流入基坑，形成脚盆效应，即基坑为“大脚盆”，地下室为“小脚盆”，施工期间一旦未采取降排水措施，则“小脚盆”将会浮起。

为防止地下工程的浮起破坏，工程中通常采用配重法和抗拔法，配重法即采用加荷载的形式，利用建筑物的自重(包括结构自重和建筑装饰、上部覆土等)来抵抗水的浮力。当配重法无法满足要求时，则需要增加抗拔法，抗拔法即设置抗浮桩或抗浮锚杆，从而达到抵抗水浮力的效果。

2 地下室抗浮施工中应注意的三个问题

2.1 施工期间降排水事故及处理措施

2.1.1 施工期间降排水事故分析

在规范中有明确要求：明挖法地下室施工时，地下水位应降至工程底部最低高程500 mm以下，降水作用应持续至回填完毕。而许多施工现场在实际施工中，往往不重视该点规范要求，经常在防水施工完毕就停止了降排水。一旦暴雨来临，形成了脚盆效应，导致地下室上浮事故的发生。

海口秀英港东南“梦幻园”住宅小区商场裙楼，裙楼基础在施工到±0时停止施工并同时停止基坑降水，未及时回填或对地下室箱体灌水来增加结构自重。两个月后因连续大雨地下水位升高致使基础上浮量最高达70 cm，处理后仍有30 cm不能回复归位。后因暴雨导致基础受浮力露出地面高达4.5 m。

某人工挖孔桩和箱型地下室基础，上部为框剪结构(部分没有裙楼)，下部是埋深14 m尺寸为150 m×71.5 m的地下室基础，工程完工后进行系统沉降观测发现-0.05 m板最大上浮149 mm，发生位置是没有上部裙楼的地下室部位，后究其原因则是施工期间抗浮防范意识不强，未进行地下室回填即停止了降水，后期继续施工之前未作沉降观察，以至于发现混凝土裂缝后并未认识到是由于地下水浮力，在两个月后才认识到事故原因。

2.1.2 处理措施

根据以上内容总结得出施工人员没有清醒认识到水浮力对地下室建筑的作用影响之大是导致事故的直接原因。因此，在整个地下室施工期间，应特别重视降排水，且应做好应急处理预案，防止停电等特殊情况发生以及暴雨来临时的应急预案，确保降排水措施有效实施，避免形成水头压力，导致地下室的上浮事故发生。同样，在地下室施工停工期间(包括春节)应继续安排人员进行降排水工作，在这些时间点是往往容易忽略，从而容易导致事故的发生，需要引起施工人员的高度重视。

2.2 地下室周边回填质量控制

在实际日常施工中，往往极其不重视地下室周边的回填质量，首先回填料不经过筛选，其次回填过程中不分层填筑及夯实，有些项目甚至直接采用建筑垃圾回填地下室周边，这就导致地下室周边形成了透水层。

南昌某学校综合楼的人防地下室，地下埋深4.7 m，地下室占地面积约3 500 m2。基坑采用自然放坡开挖，施工方为了方便，采用开挖基坑的粉质黏土及风化后的泥质粉砂岩块进行基坑回填，并只用了小型打夯机夯实。正当在工程上部结构完工并进行内装饰施工时，场地区域突降暴雨，日降水量达到106 mm，最后造成了伸出主楼的纯地下室以主楼为不动边发生上浮[8]。事故原因分析：短时强降水造成场地内积水，基坑回填土颗粒不均匀，分布松散，呈现中等-强透水性，使积水渗入地下室底板板底，地下水浮力大大提高，引发地下室浮起事故[9]。

实际施工中，采用三七灰土或者发泡混凝土回填是比较经济实用的选择。素土回填往往由于回填土中含水量过大、杂质过多及压实机械无法操作等原因，导致回填土压实系数较低，远远低于设计要求，从而无法形成弱透水层或止水层，甚至变成透水层。一旦暴雨来临，则使地表水很快渗透至基坑内，形成了上述所说的“脚盆效应”，从而导致地下室上浮事故的发生。

如果地下室周边回填密实，则会形成弱透水层或止水层，地下水进入弱透水层，水压力会进行折减，具体折减需根据原始水压力和空隙水压力决定，因此，回填质量的好坏将直接影响地下室抗浮设计的实施，需要重点关注和控制。

2.3 设计使用及施工工况差异问题

2.3.1 设计与施工工况差异分析

地下室上浮事故的发生往往是在施工期间发生，究其原因主要是因为设计使用工况与施工工况存在较大差异。例如采用配重法抗浮设计的地下室，设计使用工况为所有上部荷载全部加上，包括地下室顶板覆土或是上部结构荷载等，而实际施工工况则大有差别，一般地下室顶板作为场地运输道路或物料堆码场地，顶板覆土工序处于滞后状态。工程施工中常常从增加使用场地、形成场内道路或节约抽排水费用几个方面考虑，往往加快地下室周边回填的进度，从而导致在没有加载顶板上部荷载的情况下即完成了侧边回填工作并停止了降排水。或者工程遭遇了停工(资金或春节等问题)，导致出现了在上部结构荷载不够的情况下，停止了降排水，在地下水或者地表水渗透后形成的水头压力下，建筑自重(包括结构自重和建筑装饰、上部覆土等)无法抵抗水的总浮力，从而引发地下室上浮。

某工程为三层地下室，埋置深度达11 m，主楼为28层，最大设计水头压力按9.5 m考虑。原设计计算考虑主体结构自重抗浮，因此主楼区域未考虑采取抗浮锚杆及抗拔桩等抗拔措施，仅在非主楼区域设置抗拔桩，局部抗浮采用抗浮地梁及抗浮板。但在实际施工中，该工程施工至一层时，由于业主资金问题，该项目停工，为节约抽排水费用，施工单位将地下室周边回填完成后，停止了抽排水。工程复工时，发现主楼区域地下室出现大量裂缝，后经多方专家分析，是由于地下室上浮引起的，给该工程造成巨大的经济损失。

2.3.2 处理措施

诸如此类的施工情况很多，均是由于设计使用工况和施工工况不一致导致的。因此，作为施工单位，一定要理解抗浮设计意图，进行施工过程中的抗浮验算，提前考虑并采取措施或者调整施工部署。在上部荷载未形成的情况下，应采取设置降水井，继续降低地下水位，或是采取泄压法，如留置底板和侧墙后浇带不封闭浇筑，让其无法形成水头压力差等等措施，从而避免上浮事故的发生。

3 结束语

综上所述，在现实生活中，发生了大量的地下室上浮事故，给了我们很大的警示。除了设计单位需要去考虑和计算地下室抗浮的问题，作为施工单位，更应在建筑施工期间，了解设计单位的抗浮设计原理及意图，重视地下室抗浮的施工要点。尤其要从施工期间的降排水措施、地下室周边回填质量、设计使用工况及施工工况差异这三个方面的施工要点来把控和指导施工，充分考虑地下水对建筑的影响，避免因地下室上浮引起安全质量事故。