地下室抗浮設(shè)計中的幾個問題討論

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摘要：許多地下室因水浮力而導致結(jié)構(gòu)整體上浮或地下室底板局部隆起，造成工程事故和經(jīng)濟損失。本文對這些工程事故產(chǎn)生的技術(shù)因素進行歸納總結(jié)，與同行共同探討。

   近幾年來，有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故，如某醫(yī)院兩層獨立地下車庫，在施工過程中出現(xiàn)整體上浮，最大上浮高度達到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，有些構(gòu)件喪失承載能力；再如，某高層建筑地下室底板局部隆起高達350mm，柱間板出現(xiàn)45°破壞性裂縫……諸如此類問題時有發(fā)生，造成了不良的社會影響和財產(chǎn)的損失。本文對這些事故的產(chǎn)生原因歸納總結(jié)成以下四個方面，與同行們共同討論：

一、抗浮設(shè)計基本概念在多個地下室因水浮力作用而引發(fā)的工程亊故中，發(fā)現(xiàn)有些設(shè)計人員對地下水的作用認識不足，抗浮設(shè)計的基本概念不夠清晰，

常見的有下列幾種情況：

1）重視地下室的梁、板、柱、墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計，忽視整體結(jié)構(gòu)的抗浮驗算分析，忽視施工中的抗浮措施，認為具有上萬噸自重的地下室怎么會浮起來呢？

2）地下室底板裂縫、漏水，甚至成為地下游泳池，把某些實質(zhì)上是由于地下水的作用力遠大于手里構(gòu)件的設(shè)計荷載而造的工程事故，歸咎于溫度應(yīng)力作用或砼施工質(zhì)量。

3）對于基底為不透水土層的地基（基巖、堅硬粘土），深基坑支護又采用了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護，忽視地表水可能引起的水浮力作用。試想萬噸級以上大船能在江、河、海中航行，可見水的作用力之大。

    地下室底板和側(cè)墻形成了一個密閉的空間，就像一條“船”，它的水浮力是它浸泡在水中的體積乘以水容重。例如，一個50×100m的地下室，水位浸泡高度為5m，它的浮力為25000噸，而一般獨立的兩層混凝土地下室的結(jié)構(gòu)自重約為15000噸，若不采用相應(yīng)措施，必然上浮。地下室的抗浮設(shè)計就是要使這個船既不上浮，船身又不被破壞。因此，地下室的抗浮設(shè)計必須進行整體抗浮和局部抗浮驗算。為防止地下室整體上浮，我們通常采用三類做法，“壓”、“拉”和“壓拉并舉”。

     “壓”就是利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)自重、建筑裝修、上部或四周覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力；“拉”就是設(shè)置抗拉樁、錨桿等，強制拉住建筑防止上浮；“壓拉并舉”就是利用建筑自重不能滿足抗浮要求時增加“拉”的做法，即采用樁或錨桿等來抵抗地下水的浮力。

    無論是“壓”還是“拉”的做法，除了對梁、板、墻、柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度、變形和裂縫驗算外，還必須進行抗浮驗算，保證壓力或拉力大于水的上浮力，即滿足靜力平衡條件
[轉(zhuǎn)載]地下室抗浮設(shè)計中的幾個問題討（一）?？垢◎炈阒?，應(yīng)分別進行整體和局部抗浮驗算。特別是對于大面積地下室，其上部建有多棟高層和低層建筑，建筑自重不均勻，當上部為高層或恒荷載較大時，該范圍的壓重較大，而上部沒有建筑或建筑層數(shù)不多的范圍，壓重可能不能平衡水浮力的作用，因此應(yīng)進行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗算。

    然而，有些設(shè)計人員只對地下室底板的梁、板、墻在地下水浮力荷載作用下的進行強度、變形和裂縫計算，而缺失地下室的抗浮設(shè)計意識。雖然在一些無地下水的工程中未發(fā)生工程事故，但當有地下水作用的工程，地下水會給地下室結(jié)構(gòu)帶來嚴重破壞，且難以進行復原處理。又如，有些設(shè)計人員利用上部結(jié)構(gòu)自重抗浮，只計算上部結(jié)構(gòu)總自重標準值大于總的水浮力設(shè)計值，就認為抗浮設(shè)計滿足要求，未分析其上部自重荷載的分布和抗浮力的傳遞途徑，造成局部范圍因抗浮壓力或拉力小于水浮力，導致底板隆起，甚至造成地下室及上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件大面積破壞。

    再如，在地下室底板計算中只驗算強度不進行變形的裂縫寬度的計算，造成底板產(chǎn)生裂縫，漏水嚴重，形成“地下游泳池”。更值得一提的是，有些設(shè)計人員和施工人員對地表水作用認識不足，當?shù)叵率业鼗鶠椴煌杆膸r層且支護嚴密的基坑，認為不存在水浮力，造成施工期間或使用期間地下室上浮破壞的盲點。此類基坑一旦暴雨來臨，地面的地表水可能流入基坑，低洼場區(qū)或城區(qū)地下下水管道復雜的地段，極易形成“腳盆”效應(yīng)，基坑成為“大腳盆”，地下室就是“小腳盆”。

    在施工過程中，若未及時，水的破壞力較之四周松散的土層的基坑更嚴重，因為水易進難出；另一方面，若對四周回填土的施工沒有進行認真處理，不能形成止水帶，在使用期間同樣會產(chǎn)生“腳盆”效應(yīng)。

    有些設(shè)計人員和施工人員對“腳盆”效應(yīng)認識不足，設(shè)計圖紙對施工時抗浮措施的要求只字不提，施工人員在施工過程中不關(guān)注降水或在抗浮結(jié)構(gòu)未達到設(shè)計預(yù)定目標時就停止降水，該類地下室上浮事件在南方地區(qū)時有發(fā)生。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因，除缺乏經(jīng)驗外，主要是對我國現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范，規(guī)定還不熟悉。

    例如《地下室防水技術(shù)規(guī)范》在第10章中明確規(guī)定了，“明挖法地下室防水施工時，地下水位應(yīng)降至工程底部最低高程500mm以下，降水作用應(yīng)持續(xù)至回填完畢”。 建設(shè)部《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》的第4.4.3條第8款中，規(guī)定了“地下室抗浮（防水）設(shè)計水位及抗浮措施，施工期間的降水要求及終止降水的條件等；”應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計說明中明示，這些規(guī)定是經(jīng)驗的總結(jié)，我們應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)定做好地下室的抗浮設(shè)計和施工的抗浮措施。