作者：唐家雲，四川省建築科學研究院加固所
近年來，隨著我國城市化建設規模的不斷擴大，城市用地日益緊張，出現了大量帶有地下室的建築物。與此同時，隨著此類建築物埋置深度的增大，地下室上浮問題也變得日益突出。
由於目前對於地下水抗浮問題還缺乏系統研究，現行標準中對地下室抗浮設計也僅作了概念性規定，地下室抗浮失效導致結構開裂破壞的事故時有發生，且往往兼具有多種上浮形態，給相關人員判斷事故原因和採取措施增加了難度。
本文結合工程案例，對地下室抗浮失效的破損機理進行分析並提出相應的處理措施，可為今後類似的工程情況提供參考。
工程概況
01
某在建工程由高層住宅、多層商業、酒店組成，均設一層地下室，中庭純地下室與周圍建築的地下室連為一體，之間設定施工縫。該工程地下室採用全現澆鋼筋混凝土框架結構。高層建築地下室採用筏板基礎，以稍密卵石或中密卵石層作基礎持力層。
地下室建築總面積為43888。89m；抗水闆闆厚為400mm，採用14@200雙層雙向配筋；柱網尺寸為7。8m×7。8m；框架柱截面尺寸為500mm×500mm；抗水板混凝土抗壓強度等級為C30。
該工程部分主體結構施工完成後，由於2014年7月降雨量較大，導致地下水位急劇升高，使得地下室抗水板出現大量裂縫，且部分部位滲水嚴重。地下室平面及裂縫分佈示意圖見圖1。
圖1 地下室平面及裂縫分佈示意圖
現場調查和檢測
02
2。1 原工程抗浮設計
本工程中庭地下室基礎為獨立基礎加抗水板，原設計採用結構自重和上部覆土抵抗地下水浮力。經查閱地質勘探報告和設計圖紙表明，該工程所在場地地層結構較簡單，自上而下場地圖層依次為：填土（層厚0。50～1。10m）、粉質黏土（揭露厚度0。50～1。50m）、細砂（層厚0。60～2。60m）、卵石。
場地地下水主要為賦存於第四系砂卵石層中的孔隙型潛水，受地下徑流、大氣降水及地表流水補給，補給條件良好，水量較為豐富，且砂卵石層富水性和透水性均良好，屬強透水層。本工程抗浮設計水位標高為-2。500m。
2。2 施工情況調查
該工程地下室在施工初始階段有基坑支護、止水等措施，並採用管井降水法結合明排進行基坑降水，基坑內基本無水。待地下室主體結構完成後，地下室四周的降水措施已基本停止。
事故發生時，由於降水量較大，加之地面排水系統不暢，地下水位急劇上升，典型照片見圖2。
圖2 事故發生時地下水位情況
2。3 現場檢測情況
（1）現場採用鑽芯法對該工程地下室抗水板的混凝土抗壓強度進行抽樣檢測。結果表明，該工程地下室抗水板的混凝土抗壓強度批次推定值滿足設計要求。
（2）現場採用鋼筋位置檢測儀等儀器並結合區域性破損法對該工程地下室抗水板的板面鋼筋間距、直徑和板面鋼筋的混凝土保護層厚度進行抽樣檢測，結果表明，該工程地下室抗水板的板面鋼筋間距、直徑均滿足設計圖紙要求，但抗水板的板面鋼筋的混凝土保護層厚度實測值在75～85mm之間，遠大於設計要求。
（3）現場透過測量所鑽取的抗水板芯樣方法對該工程地下室抗水板的厚度進行檢測，結果表明，該工程地下室抗水闆闆厚實測值均滿足設計要求。
（4）現場對該工程地下室抗水板裂縫的走向及形態進行檢查，並對裂縫寬度進行檢測。結果表明：該工程地下室抗水板裂縫分佈範圍較廣，主要發生於純地下室和多層商業房屋區域，且部分部位滲水嚴重。按裂縫分佈、走向和形態，大致可將抗水板裂縫分為以下三類：
第一類——鋼筋混凝土柱間、抗水板中部水平直線裂縫。此類裂縫分佈於地下室鋼筋混凝土柱間、靠近抗水板跨中位置，呈水平直線分佈，範圍較廣，裂縫寬度較大，。現場騎裂縫鑽芯樣表明，此類裂縫豎向貫通並呈現出明顯的由上至下裂縫寬度逐漸減小的開展趨勢。典型照片見圖3、圖4；
圖3 抗水板中部水平直線裂縫
圖4 騎裂縫鑽取的芯樣
第二類——沿鋼筋混凝土柱腳輻射的斜裂縫或圍繞柱腳的環形裂縫，此類裂縫主要分佈於純地下室區域，典型照片見圖5；
第三類——不規則裂縫，此類裂縫的分佈無明顯規律，雜亂無章，長度較短，典型照片見圖6。
圖5 柱腳環形裂縫
圖6 不規則裂縫
（5）現場對該工程地下室鋼筋混凝土柱、梁裂縫進行檢查，並對裂縫寬度進行檢測。結果表明，該工程在抗水板出現第二類裂縫的區域的鋼筋混凝土柱頂部存在不同程度的環向水平裂縫；部分鋼筋混凝土梁在梁端出現少量斜向裂縫。典型照片見圖7、圖8。
圖7 柱頂環向水平裂縫
圖8 梁端斜向裂縫
抗浮設計驗算
03
依據該工程岩土工程地質勘查報告，該工程抗浮設計水位標高為-2。500m。事故發生時地下水位急劇上升，實測地下水位標高為-0。500m。此時中庭地下室板頂尚未覆土。
（1）整體抗浮計算
根據現場檢測結果並結合設計圖紙，基地抗浮水頭按實測地下水位標高計算，對高層建築、多層建築以及純地下室基礎的抗浮穩定性進行驗算可知，在實測地下水位水壓力作用下，中庭純地下室抗浮穩定性不能滿足要求。
（2）區域性抗浮計算
根據現場檢測結果並結合設計圖紙，選取中間7。8m×7。8m的板區格作為計算單元，板底抗浮水頭按實測地下水位標高計算，抗水板厚度、配筋按設計取值，板面鋼筋保護層厚度取實測平均值80mm，驗算結果表明，該工程地下室抗水板區格在地下水浮力作用下的跨中受彎承載力不能滿足要求。
上浮原因及破損機理分析
04
4。1 上浮原因
該工程地下室在主體結構完成後，已基本停止地下室四周的降水措施，當暴雨突發時，未能採取有效的排水降水措施，使得地下水位急劇上升，地下水浮力增大。
4。2 破損機理分析
（1）事故發生時，該工程地上結構已基本施工完成，故高層建築、多層建築能夠抵抗增大的地下水浮力；而中庭純地下室尚未覆土，無法靠自重抵抗地下水的上浮力，故導致其出現上浮。
同時，在地下水排洩和補給迴圈作用下， 地下室獨立柱基礎下部部分砂卵石層已被沖刷並隨之流走，使得部分鋼筋混凝土柱產生下沉應力，繼而導致鋼筋混凝土柱、梁在豎向拉應力的作用下產生環形水平裂縫和斜裂縫；同時這也是該工程地下室部分抗水板產生沿鋼筋混凝土柱腳的斜向裂縫或圍繞柱腳的環形裂縫的主要原因。
（2）該工程地下室抗水闆闆面鋼筋的保護層厚度過大，在增大的地下水上浮力作用下，大大削弱了抗水板的柱上板帶和跨中板帶的抗彎承載力，致使該工程地下室抗水板區域性抗浮失效，從而出現大量的鋼筋混凝土柱間、抗水板跨中水平直線裂縫。
（3）該工程地下室部分抗水闆闆面出現的不規則裂縫。此類裂縫的產生主要系在澆築混凝土的過程中，由於混凝土施工原因（如干縮和收縮等）綜合作用所致。此類裂縫為非受力裂縫。
處理措施
05
根據上述檢測分析結果可知，該工程地下室結構構件受損的主要原因是抗浮失效引起。目前處理上浮事故的常用方法可歸納為“放”與“抗”兩種方法。
“放”是透過降低所處的水壓環境，從而消除地下浮力對地下室底板的影響；
“抗”是透過相應措施以提高結構的抗浮能力。
本工程採用“放”與“抗”相結合的方法並分三步進行處理：
首先，採取開孔疏導方法進行“洩壓”，並在地下室四周佈置降水井降水。
整個排水降水的過程直到地下室頂板覆土完成後方可停止；
其次，待純地下室歸為穩定後，依據相關加固標準，對受損的抗水板、框架柱樑構件進行加固或修復處理，避免後續載入對構件造成二次損傷；最後，在抗水板上均勻佈置抗浮錨杆，以增強地下室抗水板的區域性抗浮能力。
經上述處理後該工程至今使用良好，再未出現因地下水浮力引起的結構構件損傷問題，達到預期效果。