覃　偉， 杞小林， 張蓮花

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院, 四川 成都　610059；

2.四川省坤泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定有限公司， 四川 成都　610016)

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坡地建筑地下室上浮原因分析及處理措施

覃偉1， 杞小林2， 張蓮花1

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院, 四川 成都610059；

2.四川省坤泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定有限公司， 四川 成都610016)

摘要：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下室的抗浮設(shè)計(jì)也成了地下室設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容.針對(duì)內(nèi)江市某坡地建筑地下室結(jié)構(gòu)抗浮承載力不足引發(fā)的工程問題，分析該坡地建筑地下室匯排水特征及地下水對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響，并提出降水抗浮設(shè)計(jì)措施.該方法既可以解決已有建筑地下室抗浮承載力不足的問題，也能解決坡地建筑地下室抗浮水位取值難的問題，為坡地建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)及事故處理提供了一種解決方案.

關(guān)鍵詞：坡地建筑；地下室；抗浮水位；處理措施

0引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑大量興建，人們對(duì)其地下空間的開發(fā)利用越來越重視，高層建筑的地下室空間也正朝著多層和超深的規(guī)模發(fā)展.但近年來，有不少沿坡而建的高層建筑地下室因忽視地下水的作用未作抗浮設(shè)計(jì)而造成工程事故.實(shí)際工程中，經(jīng)常出現(xiàn)勘察報(bào)告提供的抗浮水位跟實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)的情況，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)時(shí)未做抗浮設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不滿足抗浮要求的情況也屢見不鮮[1-2].如四川省內(nèi)江市某建筑項(xiàng)目由于勘察報(bào)告未結(jié)合場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給、匯水條件等因素綜合考慮確定地下水位，設(shè)計(jì)時(shí)未做抗浮設(shè)計(jì)，致使該建筑工程在暴雨過后發(fā)生局部上浮隆起事故.對(duì)此，本研究對(duì)該工程事故進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施.

1工程概況

內(nèi)江市某建筑項(xiàng)目由6幢建筑物組成，其中1#、2#、3#樓為多層建筑，框架結(jié)構(gòu)；4#、5#、6#樓為高層建筑，框剪結(jié)構(gòu)，均采用大直徑樁基礎(chǔ).其中，除3#樓無地下室外，其余各棟樓整體設(shè)地下室，其中6#樓為地下1層，其余各棟均為地下2層，建筑物的地上建筑面積為84 809.71 m2，地下建筑面積為28 131.84 m2.至2015年6月底，建筑物的地下室基坑已經(jīng)回填完畢，1#～6#樓主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂并完成外部裝飾，并在進(jìn)行內(nèi)部裝飾以及消防、水、電等工程安裝.

2015年7月2日～3日，內(nèi)江市經(jīng)歷連續(xù)2日暴雨，使得地下水位大幅度升高，地面水倒灌，造成4#、5#樓中庭純地下室整體上浮,并造成負(fù)二層抗水板、負(fù)一層樓層板隆起，負(fù)一、負(fù)二層部分梁、柱和填充墻出現(xiàn)裂縫.當(dāng)日晚上22∶00左右，通過在負(fù)二層地下室抗水板上鉆孔泄壓，上浮高度逐漸回落，7月5日基本回落到原位，但部分承重構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，危及到地下室主體結(jié)構(gòu)安全及正常使用[3].

2地質(zhì)及水文狀況

2.1原始地形地貌

2013年的工程勘探報(bào)告披露，該項(xiàng)目場(chǎng)地屬丘陵斜坡及寬緩沖溝地貌，因工程活動(dòng)影響，場(chǎng)地原始地形地貌部分已改變.場(chǎng)地北部位于一條近似由北東向南西方向發(fā)育的沖溝溝谷及其南側(cè)部位，場(chǎng)地南部位于一北東～南西向條形淺丘，丘頂北側(cè)及斜坡部位，具體如圖1所示.場(chǎng)地北部因回填地勢(shì)較高，南部因削坡使得部分地帶基巖出露，地勢(shì)較陡.場(chǎng)地地形變化較大，高程322.50～346.00 m，且地勢(shì)低洼，從而形成良好的匯水條件.

2.2氣象與水文情況

內(nèi)江市氣候?qū)贉?zhǔn)亞熱帶濕潤氣候型,常年氣候溫和，年平均氣溫為17.8 ℃，年平均降雨量1 000～1 200 mm，全年降雨量主要集中在6～9月，占全年降雨量的75%以上.風(fēng)向以北東方向?yàn)橹?，最大風(fēng)速為15.7 m/s，平均風(fēng)速1.1 m/s，年平均相對(duì)濕度79%.工程場(chǎng)地北部原位于沖溝及其斜坡部位，地下水較發(fā)育，鉆探結(jié)果測(cè)得地下水穩(wěn)定水位埋深8.00～10.10 m，高程317.00～319.95 m，而工程設(shè)計(jì)中純地下室抗水板底標(biāo)高為319.00 m，設(shè)計(jì)時(shí)未考慮對(duì)純地下室結(jié)構(gòu)采取抗浮措施.

圖1場(chǎng)地地形平面示意圖

2.3地質(zhì)構(gòu)造

該工程場(chǎng)區(qū)在大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川中臺(tái)拗，川中臺(tái)拱，威遠(yuǎn)旋扭式輻射狀隆起構(gòu)造的東部邊緣地帶，屬四川盆地弱活動(dòng)斷裂區(qū).本區(qū)明顯特點(diǎn)是第四紀(jì)以來區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)較微弱，因而新斷裂活動(dòng)和地震活動(dòng)也比較微弱，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性較好.

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該工程場(chǎng)地地層可分為4層，依次分別為第四系全新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)粘土、第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)粘土層和侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組基巖.

3事故原因分析

由于地勘報(bào)告提供的地下水位為短期監(jiān)測(cè)水位(未考慮場(chǎng)地匯水條件)，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗浮設(shè)計(jì)水位估計(jì)不足，取值偏低，地下室未做抗浮設(shè)計(jì)，局部抗浮承載力不足.突降暴雨后，由于地表水倒灌及滲透補(bǔ)給使水位上升，純地下水中庭部分結(jié)構(gòu)壓重不夠，導(dǎo)致地下室局部上浮，部分樁基礎(chǔ)被拔起.

3.1場(chǎng)地匯水條件分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，場(chǎng)地北面為已建道路，西面為場(chǎng)地沖溝出口，原本地勢(shì)低洼，后填土至標(biāo)高226.05 m并修建道路，南面為巖石陡坎，東面為沖溝上游，現(xiàn)回填為緩坡地帶.場(chǎng)地處于地勢(shì)低洼地帶，有良好的匯水條件，匯水面積約1.4×105m2.原始地形和人為改造使該場(chǎng)地形成一個(gè)類似“腳盆”的地貌，且地下室基底下為粉質(zhì)粘土，透水性弱，對(duì)排水極為不利.場(chǎng)地剖面結(jié)構(gòu)與地下室匯水示意圖如圖2、3所示.

圖2場(chǎng)地剖面結(jié)構(gòu)示意圖

圖3地下室匯水示意圖

事故發(fā)生時(shí)，該工程剛完成地下室周邊的回填工作，地下室周邊回填土地表還未硬化，透水性好，場(chǎng)地排水設(shè)施尚未完成.2015年6月以來，由連續(xù)強(qiáng)降雨引起地下室周邊地表水匯集并直接滲入回填土中，形成排水不暢的“腳盆”，盆中積水不能及時(shí)排走，基坑內(nèi)水位迅速上升并對(duì)地下室產(chǎn)生上浮力，導(dǎo)致事故發(fā)生.事故發(fā)生后的勘察報(bào)告顯示，地下室周邊地下水位達(dá)323.80～325.50 m，遠(yuǎn)高于原勘察報(bào)告的317.00～319.95 m.

3.2浮力驗(yàn)算分析

地下室結(jié)構(gòu)受到向上的浮力作用，其浮力的大小等于被該物體排開的水的重力.當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)排開水的重力大于建筑物自重時(shí)，浮力會(huì)使地下結(jié)構(gòu)上浮甚至破壞.相關(guān)規(guī)范中考慮一定的安全儲(chǔ)備，建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定性[4]應(yīng)符合下式，

(1)

式中，GK為建筑物自重及壓重之和；Nw,K為浮力作用值；Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況下可取1.05.

查閱設(shè)計(jì)圖紙可知，該工程1#、2#、4#、5#建筑及周邊設(shè)2層地下室，6#設(shè)1層地下室，地下室范圍示意圖如圖4所示.

圖4地下室平面分布圖

1#、2#樓為多層建筑，4#、5#、6#樓為高層建筑，這幾棟樓的1層地下室部分由于埋深較淺，均不易發(fā)生上浮現(xiàn)象，但4#、5#樓周邊純地下室部分結(jié)構(gòu)自重較小，且均為地下2層，所受浮托力較大，較易發(fā)生地下室局部上浮.

2015年6月暴雨后實(shí)測(cè)水位為高于地下室底板6 m，上覆土層厚度1.3 m，重度取20 kN/m3,結(jié)構(gòu)自重包括地下室頂板、樓板、抗水板、梁柱及樁，總共約20 kN/m2，則純地下室部分：

向下豎向荷載為，

1.3×20+20=46 kPa

水的浮托力為，

6×10=60 kPa>46 kPa

顯然，該工程純地下室部分自重是不符合規(guī)范抗浮要求的.主樓自重遠(yuǎn)超過整個(gè)地下室地下水浮力，因此主樓成為約束地下室上浮變形的支點(diǎn)，上浮主要發(fā)生在主樓外側(cè)及主樓間地下室.以地下室隆起最為嚴(yán)重的4#、5#建筑的純地下室中庭部分做簡(jiǎn)單的計(jì)算，4#、5#樓樓邊距38 m，可簡(jiǎn)化為2段簡(jiǎn)支(見圖5).據(jù)此，可計(jì)算出：最大剪力在純地下室和主樓接觸的部位，其大小為14×34.8/2=243.6 kN(單位寬度剪力)，最大彎矩及最大變形在中點(diǎn)處，其大小為14×34.82/8=2119.32 kN·m(單位寬度彎矩).

4處理措施

4.1應(yīng)急處理措施

該工程于事發(fā)當(dāng)晚22點(diǎn)左右及時(shí)進(jìn)行了鉆孔泄壓后，地下室上浮高度逐漸回落，避免了事故的進(jìn)一步擴(kuò)大[5].

圖54#、5#樓純地下室中庭上浮、隆起簡(jiǎn)易計(jì)算模型

4.2永久措施

為避免這種事故再次發(fā)生，應(yīng)盡快完成該工程場(chǎng)地及周邊地表硬化，完善場(chǎng)地地表水的疏導(dǎo).鑒于該工程主體結(jié)構(gòu)已完工，常規(guī)的增加壓重以及設(shè)置抗浮錨桿已不現(xiàn)實(shí)，故采用在地下室外圍布置盲溝及集水井并用水泵把匯集到集水井中的水抽排到場(chǎng)地外，解決地下室受雨季影響上浮的問題.

4.2.1抗浮控制水位.

為確保地下室在無任何抗拔措施下不出現(xiàn)上浮，根據(jù)式(1)，2層純地下室壓重為GK=46 kPa，其所能承受浮力作用值為Nw,K=GK/1.05=43.8 kPa，故地下水位應(yīng)低于地下室底板標(biāo)高以上4.38 m，地下室底板標(biāo)高319.0 m，抗浮控制水位應(yīng)控制在標(biāo)高223.38 m以下.

4.2.2抗浮降水設(shè)計(jì).

根據(jù)工程場(chǎng)地匯水面積及降雨強(qiáng)度，在地下室外墻周邊設(shè)置11個(gè)抗浮集水井，在地下室外側(cè)周邊設(shè)置一圈排水盲溝并與集水井相連(見圖6)，使灌入地下室的水經(jīng)排水盲溝匯集在集水井中，再由水泵抽排到場(chǎng)地外[5].

圖6地下室盲溝及集水井布置平面示意圖

根據(jù)計(jì)算出的抗浮控制水位設(shè)計(jì)出如圖7所示集水井：井底標(biāo)高320.5 m，啟泵水位323.0 m，停泵水位322.0 m.

圖7集水井及水泵設(shè)計(jì)示意圖

5結(jié)論

建筑工程尤其是坡地項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地勘提供的抗浮水位數(shù)據(jù)應(yīng)注意不能簡(jiǎn)單采用短期監(jiān)測(cè)水位作為地下室抗浮水位，還應(yīng)考慮場(chǎng)地地形條件在雨季情況下，是否會(huì)形成大面積的匯水，以及對(duì)地下室產(chǎn)生浮力作用.

本工程案例說明：處于坡地沖溝地貌的建筑場(chǎng)地匯水條件較好，在雨季，坡地沖溝大面積的雨水匯入施工場(chǎng)地改變?cè)匦魏笮纬傻摹澳_盆”，使盆中積水不能及時(shí)排走，對(duì)處于“腳盆”中的地下室產(chǎn)生短期上浮力，導(dǎo)致地下室上浮.為預(yù)防地下室受匯水條件的影響發(fā)生上浮，可在地下室外圍回填土上部采用粘性土分層夯實(shí)回填，并在周邊可設(shè)置截水溝，防止地表水倒灌滲入.對(duì)已有建筑地下室抗浮不滿足要求時(shí)，可通過在地下室外圍布置盲溝和集水井引流的方式，解決地下室受雨季影響上浮的問題.

參考文獻(xiàn)：

[1]劉冬柏，王璇.地下室抗浮設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題討論[J].中外建筑，2010，16(2):42-44.

[2]應(yīng)高正.從工程事故談地下室抗浮問題[J].福建建筑，2007，25(11):50-51.

[3]杞小林，尹學(xué)國，陳澤云，等.內(nèi)江市漢安大道東沿線工程項(xiàng)目純地下室裂縫技術(shù)鑒定及1-6#樓結(jié)構(gòu)安全評(píng)估[R].成都：四川省昆泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定有限公司，2015.

[4]中國建筑科學(xué)研究院.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[5]楊淑娟，張同波，呂天啟，等.地下室抗浮問題分析及處理措施研究[J].建筑技術(shù)，2012,43(12):1067-1069.

[6]陳永青，李開琴，曲申酉.建筑地下室排水設(shè)計(jì)的反思與建議[J].給水排水,2006,43(2):67-71.

Cause Analysis and Treatment Measures of Floating Problems of Slope Architecture Basement

QINWei1,QIXiaolin2,ZHANGLianhua1

(1.College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University Of Technology, Chengdu 610059, China;2.Sichuan Kuntai Construction Quality Testing Identication Co., Ltd., Chengdu 610016, China)

Abstract:In recent years,with the development of urban construction,there are more and more buildings with basements.Anti-floating design of basement has become an important part of the basement design.However,people often underestimate or even neglect the influence of groundwater buoyancy on the underground structure because they are lack of the knowledge about the groundwater level.In Neijiang,an accident occurred in a slope architecture basement because of the problem of anti-floating.Therefore,this paper analyzes groundwater catchment and drainage feature of this basement and the influence of groundwater on the underground structure.Then,the paper proposes the dewatering and anti-floating measures which can deal with the problems of anti-floating and at the same time lower the difficulty in evaluating the parameters of anti-floating water level in slope building basement,and finally provide new thoughts on anti-floating design of slope building basement and accident handling.

Key words:slope architecture;basement;anti-floating water level;treatment measures

中圖分類號(hào)：TU94+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：覃偉(1990 — )， 男， 碩士研究生， 從事巖土工程研究.

收稿日期：2016-01-19.

文章編號(hào)：1004-5422(2016)01-0103-04