崔健國(guó)

中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司 上海 201900

1 引言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地使用面積在逐年減少，不得已只有向地下及空中需求更為多的發(fā)展空間，為防止地下室上浮，地下室抗浮問題做為地下室結(jié)構(gòu)安全就顯得尤為重要，更加需要在前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算及后期結(jié)構(gòu)施工過程中對(duì)抗浮的設(shè)計(jì)方式及施工措施方面有所認(rèn)知。

地下室的抗浮設(shè)計(jì)一般分為局部抗浮和整體抗浮兩種方式，地下室的抗浮設(shè)計(jì)主要是為了應(yīng)對(duì)地下水位的變化而研討的，在設(shè)計(jì)的過程中還要考慮建筑整體的重力和壓力的影響。地下室局部抗浮是主要防止因水過多導(dǎo)致水底板出現(xiàn)變形和裂縫，它將地下室分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分塊分區(qū)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，保證各個(gè)區(qū)域的合理性。地下室的整體抗浮設(shè)計(jì)是依靠整體建筑結(jié)構(gòu)，增加建筑地基的抗浮穩(wěn)定性。它是從建筑全局的角度考慮出發(fā)，確保地下室不會(huì)整體上浮。

地下室的抗浮設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)地下室甚至是整個(gè)建筑有重要的影響，地下室施工階段應(yīng)采取可行的基坑降、排水措施，確保地下室區(qū)域在施工階段的抗浮穩(wěn)定性，地下室施工完畢后，基坑圍護(hù)側(cè)壁與地下室外墻間的空隙及地下室沉降縫間的空隙應(yīng)及時(shí)用中粗砂或粘性土分層夯實(shí)回填。

建筑物施工建設(shè)時(shí)一般會(huì)將地下水浮力的計(jì)算考慮在內(nèi)，地下水浮力達(dá)到一定強(qiáng)度后就會(huì)嚴(yán)重影響建筑物的穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)階段在我國(guó)多數(shù)建筑單位對(duì)水浮力缺乏足夠的重視，造成當(dāng)前我國(guó)嚴(yán)重缺乏這方面的專業(yè)人才，此外還由于技術(shù)的原因，相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)只能參考國(guó)外的參數(shù)。同時(shí)國(guó)內(nèi)大部分城市地下室的施工都是因地而異，建設(shè)規(guī)格都不統(tǒng)一，這在研究計(jì)算上增加了一定的難度，致使問題得不到有效解決。

地下水位的高低嚴(yán)重影響著水的浮力，在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)工程勘探報(bào)告進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，且應(yīng)取雨季所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如采用旱季勘探數(shù)據(jù)，勢(shì)必會(huì)造成后期底板上拱開裂。在實(shí)際建設(shè)中，多數(shù)施工隊(duì)伍對(duì)勘探工作做不到位，馬虎測(cè)量地下室水位的高度，導(dǎo)致最后的計(jì)算結(jié)果缺乏科學(xué)性，對(duì)今后建筑物的安全埋下隱患。因此設(shè)計(jì)施工隊(duì)在勘探地下室周圍的水文情況時(shí)，要結(jié)合當(dāng)?shù)亟鼛啄甑慕邓亢妥罡咚坏葦?shù)據(jù)，綜合考慮地下水流的方向并制定出合理、科學(xué)的抗浮設(shè)計(jì)方案。

本文選用作者本人親身經(jīng)歷一項(xiàng)目做為案例，對(duì)各種抗浮措施進(jìn)行了分析比較，得出結(jié)論和建議，以供設(shè)計(jì)及其他項(xiàng)目人員參考。

2 引起地下室上浮的原因分析

2.1 磚胎模對(duì)抗浮的影響

施工人員通常都會(huì)選擇使用承臺(tái)、集水井等方式的模板，只是在進(jìn)行砌筑磚胎模施工時(shí)，需要將基坑面進(jìn)行擴(kuò)大，施工人員砌好承臺(tái)之后需要將周圍的土方回填上，回填所選擇的土都應(yīng)該是虛土，當(dāng)?shù)装迨┕そY(jié)束之后，地下水從此部位滲透到地下室內(nèi)，久而久之就會(huì)導(dǎo)致地下室整體上浮。針對(duì)這種情況，施工人員通常會(huì)采取兩種方法來進(jìn)行抗浮：首先，選擇使用放坡式來進(jìn)行承臺(tái)設(shè)計(jì)，此外，地梁也選擇使用這種方式，對(duì)混凝土墊層要進(jìn)行認(rèn)真的澆筑；其次，選擇使用粘土回填夯實(shí)的方法，這主要是針對(duì)周邊底板以下的土方。

2.2 先置式后澆止水帶對(duì)抗浮的影響

在進(jìn)行地下室施工時(shí)，通常都會(huì)盡可能的確保無水作業(yè)，以此來避免后澆帶中的鋼筋受到地下水的影響，也正是因?yàn)槿绱耍叵率液鬂矌ǔ６紩?huì)選擇使用先置式止水方法，也就得超前止水帶，使得后澆帶在施工之前，變?yōu)槿忾]容器，這種方法雖然解決了鋼筋侵蝕的問題，但是卻使得水位與浮力發(fā)生了直接的關(guān)系，一旦水位出現(xiàn)了變化，浮力就會(huì)發(fā)生變化?；诖?，施工人員通常會(huì)選擇使用兩種改進(jìn)措施：一方面，在后澆帶位置上預(yù)先設(shè)置泄水孔，如果地下水位提高，已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)限度，地下水通過泄水孔就會(huì)流向地下室內(nèi)，而不會(huì)引其地下室上??；另一方面，設(shè)置降水井，這一施工環(huán)節(jié)應(yīng)該放在回填前埋至，如果有需要可以通過降水井進(jìn)行降水。

2.3 基坑周圈回填土對(duì)抗浮的影響

通常情況下地下室出正負(fù)零在做好側(cè)壁防水工作之后，都會(huì)回填基坑周邊，之所以如此，主要是因?yàn)榛靥羁梢员ＷC基坑以及邊坡都處于穩(wěn)定的狀態(tài)，并且能夠保證施工場(chǎng)地具有足夠的空間，同時(shí)也方便布置場(chǎng)地。只是大多數(shù)情況下，施工人員在回填時(shí)，都不會(huì)考慮“水盆效應(yīng)”，對(duì)側(cè)壁回填工作敷衍了之。

現(xiàn)在開發(fā)的建筑項(xiàng)目，基本都在市區(qū)，場(chǎng)地狹窄，基坑離紅線非常近，這樣的結(jié)果就會(huì)造成基坑完成后，基坑與圍護(hù)之間距離非常小，有的甚至只有幾十公分，回填難度非常大，且為了施工進(jìn)度一般都會(huì)采取機(jī)械回填，很少能夠做到分層夯實(shí)，隨便一填了事，造成透水性高，由于施工期間場(chǎng)地排水體系不完善，或者斷斷續(xù)續(xù)，降雨過后場(chǎng)地內(nèi)的雨水大部分通過滲透進(jìn)入到基坑周邊的土體中，水位明顯升高，表面確無法發(fā)現(xiàn)，地下室的浮力平衡被破壞；其次不重視回填土對(duì)地下室外墻的側(cè)壓力，有些工程在進(jìn)行基坑周邊土方回填時(shí)，地下室后澆帶未封閉，只是用砌塊簡(jiǎn)單隔離一下，土方回填后形成側(cè)壓力，在側(cè)壓力影響下地下室就會(huì)發(fā)生水平和豎向的位移或變形，當(dāng)位移和變形超過規(guī)定限值，就會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成不可逆的永久變形。

3 地下室抗浮措施

根據(jù)不同的工程特點(diǎn)、環(huán)境因素、地質(zhì)情況和場(chǎng)地條件等因素綜合考慮，選擇最佳的抗浮方案[1]。

3.1 壓重抗浮

目前施工的本工程抗浮設(shè)計(jì)中就是采取了此種方法，頂板覆土厚度達(dá)到1.5m左右。對(duì)于土體的選擇，不同地區(qū)可結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，就近選擇可利用的覆土材料。其次，可采用加載方法，在地下室底板上進(jìn)行堆載，以求達(dá)到增加荷載的目的。加載的方法有很多，其中最簡(jiǎn)單的就是在一樓樓板上堆放一些質(zhì)量比較高的物體，比如鋼筋等，但是施工人員需要明確樓板的承載力[2]。還有一種加載方式也經(jīng)常被使用，即向地下室灌水，水的重量能夠增加地下室的重量。加載只能夠取得短期的效果，而且效果通常都不會(huì)達(dá)到預(yù)期，這主要是因?yàn)榈装迮c地基土中間存在著大量的泥砂，這些砂石對(duì)地下室下沉?xí)凶璧K作用，因此難以確保地下室能夠成功復(fù)位。

3.2 工程樁抗浮

工程樁是用在工程實(shí)體上的樁，要承受一定的荷載，工程樁根據(jù)土體提供的側(cè)摩阻力與端阻力的相對(duì)比例，可分為摩擦樁、端承樁和端承摩擦樁及摩擦端承樁四類。目前工程中大部分采用預(yù)制樁，各別地區(qū)或者受地質(zhì)條件限制，無法使用預(yù)應(yīng)力樁，采用鉆孔灌注樁，整體性好，樁與土層間摩擦力大。但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意不管是預(yù)應(yīng)力樁還是灌注樁在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的裂縫及耐久性差的問題，因此在地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中使用工程樁抗浮應(yīng)當(dāng)對(duì)于使用過程中可能涉及到的樁體受力變形問題進(jìn)行有效預(yù)估。

3.3 錨桿抗浮

抗浮錨桿是一種受拉結(jié)構(gòu)形式，一端錨固在建筑物底板，另一端錨固在地基的持力層中，受力過程首先是通過錨固體鋼筋與注漿體之間的作用將上拔力傳至注漿體上；其次通過注漿體與周邊土層之間的摩擦力將注漿體所受到的力傳遞至周圍穩(wěn)定土層中去，最后形成具有一定抗拔能力的抗浮錨桿，起到抗浮錨桿的抗拔作用。

采用抗浮錨桿除了均衡地下水浮力作用外，還可起到加固地基的作用，從而減小地基變形及不均勻沉降。

3.4 排水法抗浮

盲溝排水法的根本原理是在地下室底板和地下室外墻周邊設(shè)置相互貫穿的排水盲溝引水，減小浮力，實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)地下室抗浮的盲溝分為永久自流式和永久排列式兩種，其中永久自流式盲溝適用于建筑場(chǎng)所在單向斜坡地區(qū)，地下室兩側(cè)埋深有一定差別，潛水頭線與地表斜坡線大致平行的情況下，該盲溝的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮周邊場(chǎng)所的長(zhǎng)期規(guī)劃，保證出水口的通暢該辦法的優(yōu)點(diǎn)是以被動(dòng)為主動(dòng)，長(zhǎng)期將地下水位控制在較低的標(biāo)高，缺點(diǎn)是永久自流式盲溝的使用受到建筑物周邊場(chǎng)所的地形限制，永久排放式盲溝的自動(dòng)排放裝置給后期運(yùn)輸本錢帶來很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，遇到極端情況，自動(dòng)排放裝置不能立即排放時(shí)，地下室的防浮平安無法保證。

以本項(xiàng)目為例，本項(xiàng)目地下室面積近6.5萬平米，項(xiàng)目所在區(qū)域地下水位整體偏高，且本項(xiàng)目南側(cè)緊鄰河道，施工工程中地下車庫(kù)的抗浮，主要考慮的是已建成部分的自重能否平衡地下水向上的浮力。當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)主體已完成，但地下室頂板上覆土?xí)何词┕?，又撤除了降水措施，此時(shí)已完成的部分結(jié)構(gòu)自重不能完全抵消地下水的浮力，會(huì)導(dǎo)致地下構(gòu)筑物的上浮或偏斜。為了確保地下室施工期間，整個(gè)地庫(kù)不受地下水浮力的影響，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)溝通后，采取以下措施進(jìn)行抗?。?/p>

①沿重力壩一周設(shè)排水明溝；（地庫(kù)結(jié)構(gòu)施工階段排水使用）

②后澆帶區(qū)域設(shè)盲溝排水；（地庫(kù)結(jié)構(gòu)施工階段排水使用）

③地下車庫(kù)區(qū)域集水井、排水溝部位設(shè)置泄水孔。（地庫(kù)基坑回填土后，后澆帶澆筑后，頂板未覆土前釋放地下水浮力）

盲溝做法：

于后澆帶居中部位人工開挖400寬，300高成圓弧形溝槽，下鋪土工布，土工布上鋪設(shè)粒徑為20～30的大粒徑碎石，整平后將土工布折疊覆蓋，上方回填100厚土壓實(shí)，最后澆筑墊層。盲溝與集水井交接部位設(shè)置10*10間距的鋼筋網(wǎng)片阻隔碎石。盲溝剖面圖如圖1所示。

圖1 盲溝剖面圖

泄水孔做法：

在地下車庫(kù)區(qū)域泄水口每1000-1500m2預(yù)埋一個(gè)，盡量布置在集水井、排水溝底板中心，后澆帶區(qū)域內(nèi)無集水井、排水溝的情況下，將泄水口埋置于筏板基礎(chǔ)底板中。泄水孔使用DN100的鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管外壁距上口250高處焊接50mm寬3mm厚的翼板止水，埋入原始土層250mm深，鍍鋅鋼管下部200mm范圍內(nèi)的管壁鉆孔濾水，土層端部及濾水孔使用土工布包裹并使用鋼絲與鍍鋅鋼管外壁可靠固定。做法詳見圖2泄水孔截面圖。

圖2 泄水孔截面圖

澆筑基礎(chǔ)筏板混凝土?xí)r采取措施對(duì)泄水孔上口進(jìn)行保護(hù)，確保泄水孔不被混凝土堵塞。待上部結(jié)構(gòu)及建筑回填土達(dá)到設(shè)計(jì)抗浮要求后，對(duì)泄水口進(jìn)行封堵。

還可采用解壓的方法，有些地下室因?yàn)橥翆颖容^特殊，或者是受到場(chǎng)地因素的限制，根本不能進(jìn)行抽水，此時(shí)，施工人員可以在地下底板上開孔，將地下的水壓全部釋放出來，為了能夠達(dá)到預(yù)期，可以再同時(shí)利用洗砂以及加載方法。

3.5 延伸地下室周邊底板法

延伸底板法是將地下室結(jié)構(gòu)底板在原有基礎(chǔ)上向外擴(kuò)充300-500mm而形成懸臂底板，利用底板懸臂端承托覆土以抵抗地下水的上浮力。這種方法非常適合在地下室周邊采用，對(duì)局部抗浮不滿足的情況下是一種很好的選用。

最后，洗砂，洗砂是最后一種手段，通常都是在上述方法沒有獲得預(yù)期結(jié)果，才會(huì)選擇使用此種方法。洗砂孔主要是在兩個(gè)位置進(jìn)行設(shè)置，一是側(cè)壁，二是底板，這兩個(gè)位置都能夠有效的減少土體對(duì)地下室的摩擦力，將淤泥的泥砂全部都沖散，這樣地下室就會(huì)逐漸的恢復(fù)到原位，地下室底板會(huì)出現(xiàn)空隙，一般情況下，施工人員都選擇使用注漿的方法來填充[3]。

4 目前地下室抗浮設(shè)計(jì)中存在的問題及解決措施

4.1 存在的問題

就目前國(guó)內(nèi)高層建筑設(shè)計(jì)過程中，在相關(guān)工作開始之前，由于地質(zhì)勘察工作中存在很多不確定性，進(jìn)而導(dǎo)致地下水位資料十分不完整，或太片面，使水位結(jié)果和資料出現(xiàn)不完善、不準(zhǔn)確等問題，無法將實(shí)際地下水位顯現(xiàn)出來，進(jìn)而對(duì)主體地下室抗浮設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了一定影響。另外，很多設(shè)計(jì)院并沒有對(duì)地下室抗浮設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，從而導(dǎo)致地下室抗浮設(shè)計(jì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不準(zhǔn)確等問題。由于地下室抗浮設(shè)計(jì)之中不具備規(guī)范性特點(diǎn)，或者無相關(guān)規(guī)范可供查詢，導(dǎo)致地下室抗浮設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算難以得到提升，使設(shè)計(jì)與實(shí)際情況存在較大的不同性。

4.2 解決對(duì)策

按照?qǐng)D紙、施工圖集節(jié)點(diǎn)詳圖的要求，嚴(yán)格控制抗拔樁的灌芯混凝土施工質(zhì)量，確保在有效樁長(zhǎng)內(nèi)樁芯混凝土灌密實(shí)，保證設(shè)計(jì)要求的抗拔承載力。包括抗拔鋼筋的規(guī)格、直徑、數(shù)量、長(zhǎng)度、混凝土的澆筑質(zhì)量控制。

根據(jù)基坑面積，在后澆帶的位置預(yù)設(shè)300*300mm的排水盲溝，盲溝內(nèi)用級(jí)配碎石填充。另外在集水井的部位設(shè)置泄水孔，泄水孔的深度要和盲溝的位置相對(duì)應(yīng)，待后澆帶封閉后，對(duì)泄水孔內(nèi)的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦超過警戒水位，立即啟動(dòng)降水措施。

整個(gè)地下室施工完成后，在底板合適位置設(shè)置抗浮觀測(cè)點(diǎn)，并做好原始記錄。當(dāng)遇到持續(xù)降雨的情況，泄水孔不能滿足降水要求時(shí)，需要增加觀測(cè)頻次，一旦發(fā)現(xiàn)有上浮現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)通知相關(guān)單位。必要時(shí)可采取在地下室底板鉆孔減壓，保持室內(nèi)外水位一致。

地下室施工完成后，及時(shí)進(jìn)行周圈的土方回填，回填所需的土質(zhì)需滿足設(shè)計(jì)要求，盡量選用滲透系數(shù)小的粘土。

條件允許情況下，及時(shí)回填頂板覆土，增加地下室的負(fù)重，滿足設(shè)計(jì)要求的抗浮條件，多項(xiàng)措施疊加，地下室產(chǎn)生上浮的可能性就會(huì)大大減少。

5 結(jié)論

通過本項(xiàng)目實(shí)操，采取上述一項(xiàng)或幾項(xiàng)組合方法，取得了非常好的效果，本文提出采用疏排水法作為地下室抗浮加固措施，該措施方法綜合應(yīng)用了建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、巖土等專業(yè)的知識(shí)領(lǐng)域，系統(tǒng)地將“一拉二壓”技術(shù)成功應(yīng)用到房屋建筑工程，極大節(jié)省地下室抗浮方面的工程造價(jià)并縮短了施工工期，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

地下室的抗浮設(shè)計(jì)要根據(jù)工程所在地的實(shí)際地質(zhì)條件，周邊環(huán)境、施工條件及地下結(jié)構(gòu)形式等具體情況進(jìn)行計(jì)算、分析，并且還要考慮造價(jià)方面因素，做到經(jīng)濟(jì)合理、科學(xué)。