【摘要】近年，隨著地下空間的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越來(lái)越多，地下結(jié)構(gòu)的抗浮問(wèn)題日益突出，如何解決地下工程結(jié)構(gòu)物的抗浮問(wèn)題目前已成為一個(gè)經(jīng)常面臨的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】地下室；上?。辉?；處理

1.引言

近年，隨著地下空間的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越來(lái)越多，地下結(jié)構(gòu)的抗浮問(wèn)題日益突出，發(fā)生了有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故，如某醫(yī)院兩層獨(dú)立地下車庫(kù)，在施工過(guò)程中，出現(xiàn)整體上浮，最大上浮高度達(dá)1.42m；又如，某體育中心游泳館，地下室上浮造成上部結(jié)構(gòu)梁、板、柱產(chǎn)生大量裂縫；再如，某高層建筑地下室底板局部隆起高達(dá)350mm，柱間板出現(xiàn)45°破壞性裂縫……諸如此類問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，造成了財(cái)產(chǎn)的損失。如何解決地下工程結(jié)構(gòu)物的抗浮問(wèn)題目前已成為一個(gè)經(jīng)常面臨的問(wèn)題。

2.工程概述

某工程為人工挖孔樁和箱形地下室基礎(chǔ)，地下室埋深14.00m，長(zhǎng)150.00m，寬71.50m（局部99.85m）；上部建筑為框剪結(jié)構(gòu)，包括五層裙樓和雙塔樓 （A區(qū)主塔樓39層，D區(qū)塔樓24層）；E區(qū)部位只有地下室，沒(méi)有裙樓。工程完工后進(jìn)行系統(tǒng)沉降觀測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)-0.05m板上浮，最大點(diǎn)達(dá)149mm，位于E區(qū)；此時(shí)在E，C區(qū)段一些近柱邊的框架梁端出現(xiàn)上寬下窄的貫穿性結(jié)構(gòu)裂縫，給使用帶來(lái)一定的質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患。

3.原因分析

通過(guò)深入分析，筆者認(rèn)為地下室上浮工程事故的主要原因是：

3.1設(shè)計(jì)抗浮力取值小于工程場(chǎng)地實(shí)際

該工程設(shè)計(jì)對(duì)地下水位高度估計(jì)不足，對(duì)基礎(chǔ)局部抗浮未考慮及未提出施工控制要求，是本工程地下室在施工階段上浮的主要原因。事后經(jīng)實(shí)測(cè)地下水最大水頭大于12.00m，并經(jīng)復(fù)核地下室底板水壓達(dá)138.5kN/m2；而上浮波及的E區(qū)和C區(qū)段地下室單樁基礎(chǔ)直徑為1000-1200mm，長(zhǎng)度為12-20m，布樁間距為9000mm×9000mm的人工挖孔鋼筋混凝土樁基，不可能承受差距極大的抗拔力（原設(shè)計(jì)為承受建筑物上部豎向下傳荷載）。

3.2設(shè)計(jì)未考慮基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)局部抗浮受力差異

上部建筑高低懸殊，甚至同體地下室局部區(qū)段無(wú)上部建筑，造成上部建筑結(jié)構(gòu)豎向荷載重心與地下室底板平面形心不重合，基底作用力（地基反力，包括浮力）對(duì)地下室底板的荷載分布不均。地下室上浮差值最大達(dá)138mm，地下室局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足以抗拒，導(dǎo)致混凝土梁板開(kāi)裂；在上浮最大區(qū)段正是位于無(wú)裙樓部位，裂縫情況也最嚴(yán)重。

3.3施工組織抗浮防范意識(shí)不強(qiáng)

工程施工在地下室回填后即停止了降水，地下水位恢復(fù)，又因其他原因暫時(shí)停止施工，并未作沉降觀測(cè)，以致發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，仍未覺(jué)察是地下室上浮所致。滯后近2個(gè)月才認(rèn)識(shí)到事故原因，未能在第一時(shí)間內(nèi)采取有效措施，加劇了本工程地下室和裙樓數(shù)層混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫發(fā)展程度，增加了結(jié)構(gòu)裂縫補(bǔ)強(qiáng)的工程量。

3.4其他原因分析

一般而言，地下室上浮的原因是結(jié)構(gòu)體重量及地下室側(cè)壁摩擦力之和小于水浮力所引起。上浮處理方法有抽水、解壓、加載及洗砂等方法配合運(yùn)用，其中以洗砂作業(yè)程序最復(fù)雜，常在其它方法處理失效后才使用。處理后，上浮的地下室很少能回沉至原高程，殘存的上浮量需借建筑收尾工程處理。由于地下室無(wú)法回沉至原高程，并且有些結(jié)構(gòu)在上浮時(shí)受到損壞，基礎(chǔ)底板下的空隙需另施做填縫灌漿填補(bǔ)之。

地下室上浮的意外事件可能發(fā)生在各種地層中，包括透水性極低的軟件粘土層或極穩(wěn)定的卵石層中。低水位也不保證不會(huì)發(fā)生上浮，因地下水位可能因暴風(fēng)雨、地表逸流或施工不慎等因素突然升高，地下水浮力一旦超過(guò)結(jié)構(gòu)物重量及側(cè)壁摩擦力時(shí)則上浮隨之發(fā)生，建筑物將產(chǎn)生變形等破壞。不能保證正常使用中的安全，必須采取有效的處理措施。地下結(jié)構(gòu)物的抗浮問(wèn)題成為影響結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和工程投資效益的難題之一，并引起結(jié)構(gòu)工程師的重視和廣泛關(guān)注。

4.地下室上浮的應(yīng)急處理措施

發(fā)生地下室上浮事故，處理方式可視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，單獨(dú)使用或數(shù)種并用皆可，其處理原則是要使上浮的建筑物適度下沉，以利后續(xù)上部結(jié)構(gòu)的施工。因地下室常因卡在土中和受底板下方淤積的泥砂影響，上浮的建筑物很難使其回沉至原始高程，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)處理后殘留的上浮量可能須變更建筑設(shè)計(jì)或依賴后續(xù)施工進(jìn)行修正，而底板下方的空隙則以灌注水泥沙漿的方式補(bǔ)實(shí)，幾種常用處理措施如下：

4.1設(shè)法快速增加地下室的重量

設(shè)法快速增加地下室的重量，即加載。以克服水浮力及地下室側(cè)墻與土壤間的摩擦力，使卡在土層中的地下室可沉回原位。簡(jiǎn)單的加載方式可于一樓樓板上堆置重物，包括鋼筋或尚未運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)之支撐、鋼板樁等有份量的物品，主要放置于翹起的角落，但要注意核算樓板的承載能力。另一種快速加載的方法則是直接往地下室灌水，利用水重加壓。但加載并不保證能達(dá)到所需的效果，增加的載重或許能克服水浮力及側(cè)墻與土壤間的摩擦力，但淤積于底板與基地土之間的泥砂則阻止地下室下沉。繼續(xù)增加載重只會(huì)使淤積的泥砂更緊密，進(jìn)一步的下沉則難以發(fā)生。

4.2抽水以降低水壓

地下室上浮乃因地下水位過(guò)高所引起，因此可于現(xiàn)場(chǎng)重行啟動(dòng)原有的抽水井或另行打設(shè)抽水井以降低水壓。但因地下室上浮后?？ㄔ诘貙又?，僅將地下水位降低并不足以令地下室下沉，須配合加載或洗砂等措施始能見(jiàn)效。但抽水的確是處理地下室上浮的基本動(dòng)作，消滅上浮的動(dòng)力后其他配套動(dòng)作方可達(dá)到事半功倍的效果。

4.3解壓

某些上浮的案例因地層特性或場(chǎng)地限制以致無(wú)法抽水，此時(shí)蓄積于基礎(chǔ)底板下方的地下水壓可藉解壓孔消除。所謂解壓孔即是于地下室底板以鉆機(jī)或破碎機(jī)鑿孔，底板下方的地下水即可由此宣泄。某些運(yùn)氣較好的案例上浮的地下室在底板解壓后即回沉至可接受的程度，否則仍須采用加載或洗砂等配套措施。此外若上浮的地下室外側(cè)有足夠使用之空地，可考慮將周邊土塌方部份挖除，如此可自行解除作用于地下室側(cè)墻的摩擦力，使地下室較易于下沉。

4.4洗砂作業(yè)

若抽水、解壓及加載等較簡(jiǎn)單的補(bǔ)救措施無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，則可考慮進(jìn)行洗砂作業(yè)。洗砂的方法有二，一是利用高壓水?dāng)_動(dòng)地下室側(cè)墻邊的土壤，以降低其摩擦阻力，但擾動(dòng)后的土可能順勢(shì)流入底板下方，造成底板下方淤泥沉積眾多，反而不利于后續(xù)作業(yè)，采用側(cè)壁洗砂須加倍謹(jǐn)慎。洗砂的另一方法則是利用高壓水經(jīng)由洗砂孔沖散并洗出基礎(chǔ)底板下方淤積之泥砂，使地下室得以順利下沉。洗砂作業(yè)前須先評(píng)估底板下方泥砂淤積的范圍，并于該范圍內(nèi)選取數(shù)個(gè)或十?dāng)?shù)個(gè)適當(dāng)位置，鑿穿基礎(chǔ)底板作為洗砂孔。洗砂作業(yè)另須使用污水馬達(dá)抽除洗出的泥水，其配置方式是在基礎(chǔ)底板鑿出開(kāi)孔，或利用已鑿出之洗砂孔，放入污水馬達(dá)抽除以高壓水由側(cè)壁或底板下方洗出的泥砂、洗砂作業(yè)須有耐心，持續(xù)作業(yè)可觀察到地下室穩(wěn)定而緩慢的下沉。

5.結(jié)語(yǔ)

地下室發(fā)生上浮后，應(yīng)采取有效應(yīng)急措施盡快控制地下室的上浮趨勢(shì)并使地下室基本恢復(fù)到原設(shè)計(jì)標(biāo)高。但地下水不可能持續(xù)采用人工降低，臨時(shí)壓重也需拆除。因此，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)算，建筑物的荷重不足于抵抗地下室所受的浮力或地下室局部受力單元的垂直荷重不足于抵抗浮力時(shí)，就必須采取抗浮技術(shù)措施?？垢犊赡苁墙ㄖこ炭垢≡O(shè)計(jì)應(yīng)用最廣的技術(shù)措施。應(yīng)該說(shuō)所有的工程樁，只要樁身抗拉強(qiáng)度足夠大，均可以作為抗浮樁。有擴(kuò)大頭的樁，因樁頭與土體產(chǎn)生剪切作用，抗拔力較大；大部分的樁是因樁身與土體之間的相互變形趨勢(shì)形成的摩擦力而起到抗拔作用，抗拔力較小。地下室底板所受浮力基本是均勻分布的，而上部荷重的傳遞是通過(guò)柱子或墻集中受力，浮力和上部荷重的平衡是通過(guò)地下室底板的板和梁來(lái)傳遞，因底板和梁的剛度相對(duì)較小，因此抗浮樁的設(shè)計(jì)要求分布比較密，受力比較均勻，單樁抗拔力并不需要很大。小口徑的錨桿樁因其施工工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，質(zhì)量可靠，抗拔能力強(qiáng)，在抗拔設(shè)計(jì)中得到較廣泛的應(yīng)用。