地下室防水板开裂原因与抗浮措施研究*

张俊苹，戴夫聪，黄 强，叶家强，丁 毅，李 天，贾晓琳，钟 杰

(1.中国建筑第八工程局有限公司西南分公司，四川 成都 610041； 2.四川大学土木工程系，四川 成都 610085)

1 工程概况

某工程位于衡阳市，地上结构由2栋29层公寓楼和多栋2层商业楼组成，公寓楼采用框架剪力墙结构，商业楼及主楼外地下室采用框架结构，柱网尺寸主要为9.2m×8.4m；地下1层，埋深4m，地下室作为车库及设备用房，纯地下室部分上覆土厚1.2m；平面呈L形，最大边长为198.6m。抗浮设计水头高度为3.5m，设计中未考虑设置抗浮锚杆等抗浮措施，未考虑设置排水系统降低地下水位，且未增加地下室防水板反弯配筋。

基础为高强预应力混凝土抗压管桩+桩承台+防水板，混凝土强度等级为C30，承台高度为800mm，防水板厚度为300mm。标准跨防水板配筋为φ12@200，双层双向配筋，局部板面配置φ14@400附加钢筋。地下室防水板做法如图1所示。

2 防水板开裂概况

主体结构封顶约3个月后，在日常质量检查过程中，发现地下室防水板出现多条裂缝，初步判定为混凝土收缩裂缝，并采用环氧树脂胶进行封堵，在随后的2个月内未发现防水板异常情况。雨季时地下室顶板覆土回填已完成，质量检查中发现在商业楼与纯地下室交接的2跨范围内，防水板与结构柱交接处起拱并出现多条裂缝，渗水明显且水量较大。柱脚位置防水板开裂，开裂部位为防水板上部面层，观察开裂部位可知，在以柱为圆心、半径为1m的范围内，面层与原防水板脱离，内部存在约5cm厚空腔，空腔内部可发现明显渗水情况(见图2)，未发现开裂部位露筋现象。经观察，开裂柱脚对应的柱上部梁柱结合处无裂缝。

3 开裂原因分析

防水板开裂原因可能包括施工不规范、混凝土配合比不当、温差过大导致热胀冷缩等，根据本工程实际情况，基本可排除混凝土配合比不当、混凝土自身收缩及养护不合理等原因。

3.1 设计因素

根据地质勘察报告，本工程应考虑抗浮设计，根据初步分析结果，结构自重(包括地下室顶板覆土自重)基本与抗浮设计水位对应的水浮力相当，因此设计中未考虑抗浮、排水措施。利用盈建科软件计算考虑抗浮水位的结构配筋，可知局部防水板抗弯钢筋配置不足。因此，从设计角度考虑，在当前水压力状态下，抗弯钢筋配置不足，导致防水板开裂。

3.2 施工因素

地下室周边回填土须分层夯实，每层厚度≤250mm，压实系数≥0.94。地下室顶板、后浇带及侧壁防水层施工完成后，应尽早采用不透水土进行回填，并按要求分层夯实。而现场施工时存在地下室周边回填土材料选择未严格按设计要求执行，分层回填厚度、夯实遍数不满足要求等问题，导致回填土渗透性大、压实系数未达到设计要求。

根据设计图纸，防水板落在粉质黏土层范围内，渗水系数较小，但该层下方为粉细砂层，渗水系数升高明显，地下室周边为杂填土层，渗水系数较高，可知存在突降连续暴雨引发水盆效应的可能，从而引发整体或局部结构上浮及开裂问题。

综上所述，从施工角度来看，如遇大量集中降雨天气，加上地下室周边排水不畅，不利于地下室抗浮。

4 开裂渗水机理分析

根据结构力学分析原理，防水板可简化为四角支撑在柱脚承台上，在水浮力作用下，防水板两端支撑处(板底)及跨中部位(板顶)弯矩最大。当水浮力较大、抗弯钢筋等配置不足时，防水板严重开裂导致水渗入。同时，由于防水板有钢筋拉结作用，在柱脚处以柱脚承台边为支点，呈拱形变形形式。防水板弯曲变形较大时，面层直接与防水板脱离开裂，形成空腔，在柱脚处直接与刚度大的柱裂开，导致水沿着面层与防水板空腔进入地下室，出现地下室渗水情况。

5 防渗措施研究

5.1 现场应急处理

发现渗水后，施工现场立即与各方协商对策，并采取泄水减压措施，减小防水板下水浮力，避免造成更严重的破坏。设置反滤层，防止细颗粒的带出。将水引入集水坑及时排出，在地下室周边回填土区域设置临时排水沟，防止地表水渗入。由具备资质的第三方检测单位对开裂情况进行专业检测鉴定，以便进行加固修复。

5.2 防水板加固修复

组织召开专家论证会，当防水板渗水情况、变形量恢复设计允许范围，且残余变形趋于稳定时，进行加固修复处理。

1)空鼓、裂缝处理

观察防水板开裂情况，根据裂缝宽度采用不同填缝方式。当裂缝宽度≤0.2mm时，采用封口胶封闭；当裂缝宽度为0.2～0.5mm时，利用注射器注射改性环氧树脂；当裂缝宽度>0.5mm时，采用压力灌浆的方式注射改性环氧树脂，并将裂缝凿成V形口。对防水板隆起位置进行开孔泄水压后，采用压力灌浆将隆起明显位置板底空隙填充密实。将柱脚空鼓区原混凝土凿除，利用C35微膨胀混凝土重新浇筑，交接面设置φ10@150双向钢筋网，如图3所示。

2)防水板破损部位处理

根据防水板破损范围，凿除原防水板混凝土，利用C35微膨胀混凝土重新浇筑，如图4所示。

5.3 局部抗浮能力提高

基于“抗”“疏”抗浮设计理念，设计单位提出以下方案。

1)基于“抗”理念的方案1

针对防水板抗弯钢筋不足的问题，采用叠加250mm厚混凝土板的方式，单侧双向配置φ16@150钢筋，并植筋φ8@900，与原防水板拉结，如图5所示。

2)基于“抗”理念的方案2

在原防水板下局部增设抗浮锚杆，并在原防水板表面叠加100mm厚混凝土板，锚杆钢筋锚入新浇筑混凝土板内，抗浮锚杆设计如图6所示。

3)基于“疏”理念的方案3

在防水板及集水坑内增设直径100mm泄水孔，通过防水板下纵横盲沟及时将水疏通到邻近的集水坑内排出，实现泄水降压，解决抗浮问题，同时加强运营管理，确保水泵正常工作。集水坑开孔做法如图7所示，防水板泄水孔做法如图8所示。

通过安全性、可操作性、经济性等综合对比，本项目采用方案3提高局部抗浮能力。

5.4 地下室周边回填土处理

将地下室周边地面以下2m范围内填土挖除后分层碾压夯实，压实系数≥0.94，并在地面以下2，1.5，0.5m处各设置1层1.0mm厚HDPE防渗膜，如图9所示。

6 关于结构抗浮问题的思考

6.1 严格控制抗浮水位取值

JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技术标准》对设防水位选取及确定进行了详细规定，抗浮设防水位的确定应综合考虑地质条件、地下水位状态、地表水入渗补给、地下水径流补给和排泄、人工抽水注水、基础位置和施工影响、现状地形及变化等因素。同时应明确考虑设计使用年限对抗浮设防水位的作用，对于不满足抗浮设计要求的岩土工程勘察报告，应要求予以补充，甚至进行专项勘察。

根据工程经验，对于规模较大的地下室抗浮设计，如果建设场地标高复杂，应将场地划分为网格，分别取抗浮设防水位；对于雨水丰富的地区，还需考虑地表水聚集效应引起的地下室抗浮设计水位提高。另外，抗浮设防水位是在一定边界条件下预测得到的，因此为保证预测的抗浮设防水位有效性，需对后期设计、施工进行风险提示或提出使用要求，如对基坑肥槽回填时间、材料、密实度、渗透系数等提出指标要求。

6.2 严格进行抗浮设计

1)综合确定参数取值

不同标准对水浮力和抗浮力的分项系数等取值要求不同，设计人员应结合当地条件、建筑物特点等因素综合考虑，合理确定土层参数折减、水浮力与抗浮力的分项系数、抗浮锚杆等工作条件系数。

2)关注整体抗浮设计，重视局部抗浮验算

对于纯地下室或建筑层数不多的局部范围，需分区验算局部抗浮能力，保证不出现局部上浮破坏。另外，还需考虑水文条件、当地极端天气等情况，关注施工期间结构的抗浮能力，并采取相应排水措施等。

3)合理选择抗浮方案

根据《建筑工程抗浮技术标准》提供的抗浮设计方法，常用抗浮设计思路为“抗”与“疏”。“抗”的措施主要有增加建筑物自重及压重，采用抗拔桩、抗浮锚杆，增加局部结构刚度和构件强度等。“疏”的措施主要有设置盲沟、抽水井等进行排水限压，设置压力控制系统进行泄水降压，设置隔离系统进行隔水控压等。具体工程中需根据建筑功能及荷载特征、工程与水文地质条件、地形地貌、施工条件等因素，考虑安全、适用、耐久、经济等指标，进行抗浮方案比选。

6.3 规范施工

施工单位需按照图纸中明确的降水要求、停止降水条件、后浇带封闭时间及做法等进行规范施工，避免未达设计预定目标时停止降水或封闭后浇带，进而避免造成上浮隐患。

肥槽回填材料及技术条件需满足图纸要求。回填材料应采用分层夯实的黏性土、灰土或浇筑预拌流态固化土、素混凝土等弱透水性材料，不可采用砂、石等透水性材料。对于当前较常用的流态土、泡沫混凝土等新型材料回填方式，需综合考虑其对抗浮的影响。抗浮设施应在隐蔽前完成检验，验收合格后，方可按设计要求的回填材料和密实度指标进行基坑肥槽回填。

6.4 注重工程品质与安全

作为建设单位，需重视抗浮问题，注重品质与安全，不能因控制成本不断降低抗浮设计富裕度，一旦遇见极端天气、存在施工偏差等，可能发生安全事故。

对于以抗浮设计工况控制为主或对工程造价影响较大的建筑工程，建议由业主方牵头组织有关单位、专家进行综合专项论证，根据勘察提出的具体数据和建议、设计单位提供的抗浮技术经济方案分析结果及相关专家提供的咨询意见，进行成本与风险权衡评估，确保经济性、品质与安全。

7 结语

基于设计、施工角度，对衡阳某项目地下室防水板开裂原因进行详细分析，因设计中未考虑抗浮、排水措施，导致局部防水板因抗弯钢筋配置不足而开裂。现场施工时存在地下室周边回填土材料选择未严格按设计要求执行，分层回填厚度、夯实遍数不满足要求等问题，导致回填土渗透性大、压实系数未达到设计要求。从不同方面提出防渗措施，包括现场应急处理、防水板加固修复、局部抗浮能力提高、地下室周边回填土处理。从严格控制抗浮水位取值、严格进行抗浮设计、规范施工、注重工程品质与安全方面对结构抗浮问题进行思考。