中山某住宅小区地下室上浮受损情况调查及分析

余晓飞

（广东省建筑科学研究院集团有限公司 广州 510500）

0 引言

自21 世纪以来，随着城市建设步伐的加快，城市建设用地日益紧张，地下室作为人防临时掩体及车库功能得到越来越大的推广和应用。近年由于设计单位、施工单位轻视地下室上浮的潜在问题，部分地下室在施工过程或投入使用过程中出现不同程度的上浮破坏。

由于土体的空隙及岩体的裂隙赋存大量的地下水，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力，若结构的自重小于浮力时将发生上拱或上浮失稳破坏，影响结构的正常使用甚至整体安全性［1］。地下室上浮破坏的形式主要有局部抗浮失效、局部整体抗浮失效、整体抗浮失效［2］。每逢雨季，地下室的抗浮问题日益突出。

本文针对中山某住宅小区地下室上浮事故进行详细调查、检测鉴定，并结合地下室整体抗浮与局部抗浮计算复核，对上浮损伤事故的原因进行定性分析，提出相应的处理建议，为类似工程的检测与鉴定提供参考案例。

1 工程概况

中山某住宅小区地下室尚未投入使用，地下室顶板尚未覆土，顶板采用正交主次梁板结构，底板为筏板结构，基础采用预应力管桩基础，未设置抗拔桩，结构布置与设计图纸一致，平面布置如图1 所示。地下室底板按后浇带分区浇筑，区域划分如图1所示，其中柱脚涌水的负一层位于6号区域。

图1 地下室平面布置（按后浇带浇筑时间分为16区）Fig.1 Floor Plan of the Basement

该工程南侧紧邻私人水塘，西侧相隔10 m处为另一私人水塘，北侧为市政道路，地形鸟瞰图如图2所示。

图2 住宅小区地形鸟瞰图Fig.2 Aerial View of the Residential Area

2 事故调查

2.1 事故经过

自2019 年7 月开始，受长时间强降雨影响，至2019 年8 月2 日，发现中山某住宅小区地下室个别底板与柱脚交接处有裂缝，框架柱根部大量涌水，柱脚涌水框架柱位于“6号区域”（见图1）；且部分构件存在不同程度的受损。

2.2 地下水位调查

根据委托方提供的工程资料，该工程地下室原抗浮设计水位为绝对标高2.500 m（相对标高-2.250 m）；委托方发现地下室损伤当日（2019年7月～8月强降雨期间）周边共有10 台降水井，其中仅4 台降水井正常工作，井内实际水位为绝对标高2.850 m（相对标高-1.900 m）；经周边环境调查，该项目南侧及西侧均毗邻水塘，参考《建筑工程抗浮设计规程：广东省标准DBJ/T 15-125—2017》第4.2.2 条，本次复核验算拟投入使用后的计算水位取室外地坪标高，即绝对标高3.150 m（相对标高-1.600 m）。

3 结构实体检测［3］

3.1 底板厚度检测

现场采用钢卷尺结合钻芯法检测地下室底板厚度。检测结果表明，抽检的大部分底板厚度不符合设计要求（300 mm），底板厚度实测值与设计值的偏差为（-6）～（-50）mm。

3.2 混凝土强度检测

现场采用钻芯法检测地下室的承台、底板混凝土强度。检测结果表明，抽检的承台混凝土抗压强度值介于28.3～63.0 MPa 之间；抽检的底板混凝土抗压强度值介于30.0～69.0 MPa之间。

3.3 结构构件钢筋配置及钢筋保护层厚度检测

现场采用局部凿除保护层和钢筋探测仪相结合的方法，对结构构件的受力钢筋规格、数量、间距、保护层厚度等进行检测。检测结果表明，抽检的底板板面钢筋直径符合设计要求，其中大部分板面钢筋间距的实测值与设计值的偏差超出规定允许偏差范围，不符合设计要求。抽检的大部分底板板面钢筋保护层厚度不符合设计及《混凝土结构工程施工质量验收规范：GB 50204—2015》要求。

3.4 底板混凝土抗渗等级检测

现场采用钻芯法对地下室底板的混凝土抗渗等级进行抽样检测。检测结果表明，抽检的底板混凝土均符合P6抗渗等级的设计要求。

3.5 构件变形检测

现场采用经纬仪对该工程具备观测条件的柱构件的变形进行检测。结构变形检测结果表明，该建筑抽检的负一层柱柱顶侧向位移（含结构本身施工偏差）范围为2～40 mm（H/1850～H/93），仅1 个柱侧向位移过大；柱顶侧向位移无规律性，各方向均有构件存在较大侧向位移，且位移较大的框架柱位置分布无规律性。

4 结构损伤检查

4.1 承台的受损及连接情况检查

现场开凿与涌水柱脚交接的承台（7×H、8×H），检查承台的裂缝、破碎情况和底板与承台的连接是否符合设计要求。

柱脚涌水部位周边损伤缺陷检测结果表明，7×H、8×H、柱脚处存在蜂窝、疏松及涌水现象，与承台面交界处存在环向裂缝，裂缝宽度22.00～39.00 mm。开凿承台表面混凝土后发现柱脚与承台面交界处至板底存在贯穿斜向裂缝，最大裂缝宽度介于10.00～17.00 mm之间，裂缝自板底延伸至柱脚与承台面交界处，裂缝宽度逐渐变小。裂缝大样如图3所示。承台裂缝损伤如图4所示。

图3 承台裂缝大样Fig.3 General of the Foundation Crack

图4 承台损伤Fig.4 The Damage of the Foundation

承台与底板连接情况检查结果表明，承台与底板同一标高，承台钢筋直径符合设计要求；底板与承台交接处仅布置单层钢筋与承台连结，未发现双层钢筋，不符合板面筋拉通、板底筋在承台边锚固的设计要求。钢筋布置详见图5。

图5 承台钢筋布置（未设置板面筋贯通承台）Fig.5 Steel Placement of the Foundation

4.2 承台混凝土浇筑情况检测

现场采用局部抽芯检查地下室承台混凝土浇筑是否存在分层现象。检测结果表明，抽检部分承台混凝土浇筑存在分层现象，其中与涌水柱脚交接的承台混凝土浇筑均存在分层现象。芯样分层如图6所示。

图6 承台芯样分层Fig.6 The Core Layering Placement

4.3 柱、围护砌体墙构件损伤缺陷检查

依据《房屋裂缝检测与处理技术规程：CECS 293∶2011》［4］，现场对委托区域的构件进行损伤普查，部分裂缝损伤照片详见图7。通过对本次裂缝及损伤检查结果的统计，按照不同裂缝及损伤所处的位置及分布特征，对地下室中不同位置存在的裂缝及损伤进行归类，主要有如下几种类型：

图7 结构构件受损（部分）Fig.7 The Damage of the Structural Member

⑴地下室框架柱9×P、9×N、10×N、11×N、12×N柱顶存在水平裂缝，裂缝宽度介于0.15～0.40 mm 之间，且柱10×N、11×N、12×N 柱顶角部存在混凝土破碎现象，柱9×P 柱顶角部混凝土表面存在疏松现象；框架柱10×N 柱脚存在露筋锈蚀现象，并引起开裂，裂缝宽度为0.05 mm。

⑵ 框架柱14×M 柱顶存在水平环状裂缝，裂缝宽度为0.05 mm，柱顶角部混凝土表面存在剥落现象；框架柱8×N柱脚混凝土表面存在剥落现象。

⑶部分围护砌体墙存在贯穿斜向裂缝，裂缝宽度介于1.0～4.0 mm之间。

5 结构验算复核

本次验算复核分为设计条件、当日实际条件和拟投入使用条件3个工况，各工况参数如表1～表3所示。根据《建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011》［5］，每个工况分别验算其整体抗浮及底板抗冲切性能。因该地下室底板尚未发现裂缝损伤，本次不对局部抗浮进行验算。验算结果如表4、表5所示。

表1 设计条件下结构计算参数取值一览Tab.1 Structural Calculation Parameter Value List（Design Condition）

表2 当日实际条件下结构计算参数取值一览Tab.2 Structural Calculation Parameter Value List（Actual condition）

表3 拟投入使用后结构计算参数取值一览Tab.3 Structural Calculation Parameter Value List after Completion

表4 各工况整体抗浮对比结果一览Tab.4 Comparison Results of Each Operating Condition（Integral Anti-floating）

表5 各工况抗冲切验算对比结果一览Tab.5 Comparison Results of Each Operating Condition（Anti-punching Sheer Calculation）

6 结构受损原因分析

6.1 柱脚涌水分析

该地下室涌水柱脚与承台交接处存在宽度大于20 mm 的环状裂缝，说明承台内部已开裂，并延伸至柱脚四周与承台交接处。开凿承台后发现承台侧面存在贯穿斜向裂缝，从地下室底板延伸至柱脚与承台交接处，裂缝宽度随延伸方向变小。开凿的承台中，一个承台与柱脚之间的产生的斜向裂缝发展角度小于45°，且开裂范围大于h0；另一个承台裂缝发展平缓，从底板板底延伸至柱脚与承台交接处角度突然变陡，如图3所示，均不符合柱对承台的冲切破坏机理［6］，故判断该裂缝并非由结构承载力不足而引起。

通过钻芯法可发现与涌水柱脚交接的承台混凝土浇筑均存在分层现象，混凝土浇筑间歇期过长降低了结合面的层间粘结强度［7］。因此可判断承台混凝土存在分层现象导致地下水通过缝隙进入承台内部。根据《地下室周边各降水井水位及抽水泵工作情况统计表》，8 月2 日当天降水井未能完全工作导致地下底板存在较大的承压水头；通过检测发现底板钢筋仅有一层钢筋贯通承台，未能有效限制承台的开裂；根据现场普查发现涌水柱脚混凝土外表质量较差，存在疏松、蜂窝的现象，致使柱脚空隙较大。因此，水流导致缝隙宽度变大，一直开裂至柱脚与承台交接处，通过柱脚产生涌水。

综上，柱脚涌水的主要原因是基础承台混凝土分层浇筑时施工缝的接合面处理不当。

6.2 柱裂缝损伤分析

该地下室部分柱柱顶或柱脚角部混凝土破碎，其中部分破碎处沿柱角对角线位置存在水平裂缝，符合大偏心受压破坏的特征［8］；部分柱存在多处柱角破碎或水平环状裂缝，系由该柱反复受到不同水位标高的水浮力引起。根据现场对裂缝的检查、委托方提供的资料及结构验算结果表明，8 月2 日当天地下室顶板位置未覆土，地下水位产生的上浮力大于结构自重，不满足整体抗浮承载力要求，使柱顶破坏。因此以上裂缝主要由地下室整体上浮引起。

6.3 砌体墙裂缝分析

部分围护砌体墙存在贯穿斜向裂缝，形状呈倒八字形，裂缝宽度介于1.0～4.0 mm 之间；且墙体位于板跨中部，当地下水位产生的上浮力大于结构自重时，跨中板带上拱引起墙身开裂。因此可判断以上裂缝主要由地下室上浮引起。

7 处理建议

根据上述结构受损原因分析，建议对该地下室进行以下几个方面的处理：①立即采取有效降水措施［9］，并保证地下车库顶板覆土回填前降水井的持续工作；②对承台混凝土浇筑分层情况进行普查，并对混凝土施工缝接合面处理不当的承台进行处理；③对开裂受损的构件进行修复处理，对存在露筋锈蚀、蜂窝酥松的构件进行修复处理。

8 结语

通过本案例及本人接触的几个地下室上浮事故可总结出，地下室上浮破坏主要有3类：①地下室整体抗浮失效，主要体现在柱顶或柱脚混凝土破碎压溃，且存在水平环状裂缝；部分砌体墙出现“倒八字”斜向裂缝；②承台混凝土层间间歇时间过长而产生冷缝，导致地下水从板底流进柱脚，使柱脚环状开裂并出现渗水涌水现象；③地下室局部抗浮失效或抗渗等级不满足设计要求，主要体现在底板开裂［10］。其中①、②、③类破坏均与抗浮水位有关，而对①类的抗浮设计应从基础及自重优化开始考虑［11］，②、③类的抗浮设计则与底板（承台）有关。本案例主要发生①、②类破坏，其诱因主要有：设计单位、岩土勘察单位对抗浮水位的误判，一旦暴雨来临，地面的地表水全流入基坑形成“脚盆”效应［12］；施工单位的施工质量、排水控制不满足设计要求，其中基础承台混凝土分层浇筑时施工缝的接合面处理不当导致柱脚严重受损。

地下水位直接影响水浮力的大小，因此设计单位、勘察单位应根据工地的场地环境、建筑使用空间谨慎选择抗浮水位。施工单位也要严格按照设计要求施工，特别是在暴雨或顶板尚未覆土期间，应加强监测与检查，必要时采取强降水等措施。

地下室结构构件破坏不尽相同，但以整体抗浮失效最为严重，因此对每个地下室项目，参建各方应重视水浮力对地下室的影响，尽量避免上浮事故发生。