近年來，隨著我國城市化建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，城市用地日益緊張，出現(xiàn)了大量帶有地下室的建筑物。與此同時，隨著此類建筑物埋置深度的增大，地下室上浮問題也變得日益突出。
本文結(jié)合工程案例，對地下室抗浮失效的破損機理進行分析并提出相應(yīng)的處理措施，可為今后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(yè)、酒店組成，均設(shè)一層地下室，中庭純地下室與周圍建筑的地下室連為一體，之間設(shè)置施工縫。該工程地下室采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。高層建筑地下室采用筏板基礎(chǔ)，以稍密卵石或中密卵石層作基礎(chǔ)持力層。
地下室建筑總面積為43888.89m；抗水板板厚為400mm，采用200雙層雙向配筋；柱網(wǎng)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(jié)構(gòu)施工完成后，由于2014年7月降雨量較大，導(dǎo)致地下水位急劇升高，使得地下室抗水板出現(xiàn)大量裂縫，且部分部位滲水嚴重。地下室平面及裂縫分布示意圖見圖1。
圖1 地下室平面及裂縫分布示意圖
現(xiàn)場調(diào)查和檢測
02
2.1 原工程抗浮設(shè)計
本工程中庭地下室基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)加抗水板，原設(shè)計采用結(jié)構(gòu)自重和上部覆土抵抗地下水浮力。經(jīng)查閱地質(zhì)勘探報告和設(shè)計圖紙表明，該工程所在場地地層結(jié)構(gòu)較簡單，自上而下場地圖層依次為：填土（層厚0.50～1.10m）、粉質(zhì)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于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(shè)計水位標高為-2.500m。
2.2 施工情況調(diào)查
該工程地下室在施工初始階段有基坑支護、止水等措施，并采用管井降水法結(jié)合明排進行基坑降水，基坑內(nèi)基本無水。待地下室主體結(jié)構(gòu)完成后，地下室四周的降水措施已基本停止。
事故發(fā)生時，由于降水量較大，加之地面排水系統(tǒng)不暢，地下水位急劇上升，典型照片見圖2。
圖2 事故發(fā)生時地下水位情況
2.3 現(xiàn)場檢測情況
（1）現(xiàn)場采用鉆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(jié)果表明，該工程地下室抗水板的混凝土抗壓強度批量推定值滿足設(shè)計要求。
（2）現(xiàn)場采用鋼筋位置檢測儀等儀器并結(jié)合局部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(jié)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(shè)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，遠大于設(shè)計要求。
（3）現(xiàn)場通過測量所鉆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(jié)果表明，該工程地下室抗水板板厚實測值均滿足設(shè)計要求。
（4）現(xiàn)場對該工程地下室抗水板裂縫的走向及形態(tài)進行檢查，并對裂縫寬度進行檢測。結(jié)果表明：該工程地下室抗水板裂縫分布范圍較廣，主要發(fā)生于純地下室和多層商業(yè)房屋區(qū)域，且部分部位滲水嚴重。按裂縫分布、走向和形態(tài)，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。此類裂縫分布于地下室鋼筋混凝土柱間、靠近抗水板跨中位置，呈水平直線分布，范圍較廣，裂縫寬度較大，。現(xiàn)場騎裂縫鉆芯樣表明，此類裂縫豎向貫通并呈現(xiàn)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 騎裂縫鉆取的芯樣
第二類——沿鋼筋混凝土柱腳輻射的斜裂縫或圍繞柱腳的環(huán)形裂縫，此類裂縫主要分布于純地下室區(qū)域，典型照片見圖5；
第三類——不規(guī)則裂縫，此類裂縫的分布無明顯規(guī)律，雜亂無章，長度較短，典型照片見圖6。
圖5 柱腳環(huán)形裂縫
圖6 不規(guī)則裂縫
（5）現(xiàn)場對該工程地下室鋼筋混凝土柱、梁裂縫進行檢查，并對裂縫寬度進行檢測。結(jié)果表明，該工程在抗水板出現(xiàn)第二類裂縫的區(qū)域的鋼筋混凝土柱頂部存在不同程度的環(huán)向水平裂縫；部分鋼筋混凝土梁在梁端出現(xiàn)少量斜向裂縫。典型照片見圖7、圖8。
圖7 柱頂環(huán)向水平裂縫
圖8 梁端斜向裂縫
抗浮設(shè)計驗算
03
依據(jù)該工程巖土工程地質(zhì)勘查報告，該工程抗浮設(shè)計水位標高為-2.500m。事故發(fā)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(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果并結(jié)合設(shè)計圖紙，基地抗浮水頭按實測地下水位標高計算，對高層建筑、多層建筑以及純地下室基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)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(wěn)定性不能滿足要求。
（2）局部抗浮計算
根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果并結(jié)合設(shè)計圖紙，選取中間7.8m×7.8m的板區(qū)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(shè)計取值，板面鋼筋保護層厚度取實測平均值80mm，驗算結(jié)果表明，該工程地下室抗水板區(qū)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(jié)構(gòu)完成后，已基本停止地下室四周的降水措施，當(dāng)暴雨突發(fā)時，未能采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(fā)生時，該工程地上結(jié)構(gòu)已基本施工完成，故高層建筑、多層建筑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(dǎo)致其出現(xiàn)上浮。
同時，在地下水排泄和補給循環(huán)作用下， 地下室獨立柱基礎(chǔ)下部部分砂卵石層已被沖刷并隨之流走，使得部分鋼筋混凝土柱產(chǎn)生下沉應(yīng)力，繼而導(dǎo)致鋼筋混凝土柱、梁在豎向拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生環(huán)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(chǎn)生沿鋼筋混凝土柱腳的斜向裂縫或圍繞柱腳的環(huán)形裂縫的主要原因。
（2）該工程地下室抗水板板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局部抗浮失效，從而出現(xiàn)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板板面出現(xiàn)的不規(guī)則裂縫。此類裂縫的產(chǎn)生主要系在澆筑混凝土的過程中，由于混凝土施工原因（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(jù)上述檢測分析結(jié)果可知，該工程地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)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”是通過降低所處的水壓環(huán)境，從而消除地下浮力對地下室底板的影響；“抗”是通過相應(yīng)措施以提高結(jié)構(gòu)的抗浮能力。
本工程采用“放”與“抗”相結(jié)合的方法并分三步進行處理：首先，采取開孔疏導(dǎo)方法進行“泄壓”，并在地下室四周布置降水井降水。整個排水降水的過程直到地下室頂板覆土完成后方可停止；
其次，待純地下室歸為穩(wěn)定后，依據(jù)相關(guān)加固標準，對受損的抗水板、框架柱梁構(gòu)件進行加固或修復(fù)處理，避免后續(xù)加載對構(gòu)件造成二次損傷；最后，在抗水板上均勻布置抗浮錨桿，以增強地下室抗水板的局部抗浮能力。
經(jīng)上述處理后該工程至今使用良好，再未出現(xiàn)因地下水浮力引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷問題，達到預(yù)期效果。
