金新锋刘秀珍
中机三勘岩土工程有限公司湖北武汉430031
摘要：某房地产项目设计为多栋塔楼带单层整体大地下室，在一次暴雨后地下室底板局部上浮约20～140mm，框架柱与地面和柱帽连接处出现裂缝，部分柱顶混凝土破坏。文章分析了地下室上浮原因，并介绍了处理措施，为类似事故处理提供参考。
关键词：地下室，上浮，结构破坏，处理措施
1引言
随着经济的发展和城市进程的加快，在土地资源有限的情况下，人们对地下空间的开发利用越来越重视。为了解决城市空间不足，大量带有地下室的高层建筑物、下沉式广场、地下车库、地下商场等建筑大量出现。在施工过程中，由于荷载还未完全加上，基坑降水过早
停止，或突遇到强降水等原因，地下室容易发生上浮、倾斜，进而导致地下室结构发生开裂、隆起等现象。如何防止和处理地下室上浮事故，已经成为建设方、设计院、施工单位等共同关心和研究课题[1]。
2工程概况及上浮事故过程
拟建项目位于武汉市汉阳区四新片区，为54栋32~45层住宅楼，分三个地块开发，每个地块均设一层整体地下室。出现地下室上浮地块地面设计标高22.8m，基础埋深为-5.6~-7.7m。相邻其它两个地块地下室在此之前已完工。
拟建地下室为整体结构，呈不规则形状，基坑开挖深度最大约为4.7米，一般为3.5米左右。基坑西侧和南侧为在建市政道路，最近处距离约8m（市政道路路面高程约21.58m）。拟建场地在勘探深度（53.7米）范围内除表层分布有（1-1）杂填土和（1-2）吹填土（Qml）外，其下为湖积成因的（1-3）淤泥（Ql）、全新统冲积和湖积成因的（2）、（3）层粘性土（Q4al+l、Q4al）和中更新统冲洪积成因的（4-1）、（4-2）层粘性土和（5）层含粉质粘土中粗砂夹角砾（Q3al+pl），下伏基岩为白垩系—下第三系（K-E）泥质粉砂岩。
基坑开挖深度范围内周边土层为：（1-1）层杂填土，（1-2）层吹填土，（1-3）层淤泥，（2）层粘土，基坑坑底座落于（1-1）层杂填土、（1-2）层吹填土、（1-3）层淤泥和（2）层粘土等不同的土层中，局部基坑开挖深度较大，基坑周边土层强度偏低，且基坑内有工程桩需要保护，基坑工程重要性等级可定为一~二级。
拟建建筑物均采用钻孔灌注桩，高层建筑物以（6-2）中风化泥质粉砂岩为持力层，桩径800mm和1000mm，地下室以（5）层含粉质粘土中粗砂夹角砾位持力层，桩径700mm。勘察报告建议的抗浮水位取建成使用阶段室外地面标高。
本地块桩基于2015年完成，至2016年5月部分高层已施工至十层左右，地下室顶板已完成，与高层主楼相邻的后浇带已浇筑完成，基坑周边暂未回填，地下室顶板之上覆土暂未覆盖。2016年5月的一天晚上暴雨过后，第二天早上发现发现地下车库中间区域内大部分框架柱与地面和柱帽连接处出现裂缝，部分柱子顶部混凝土破坏。经测量，出现裂缝区域的车库底板上浮约20～140mm，面积约2000余平方，呈中间上浮大、四周逐渐降低分布，甚至有部分构件出现了较严重的开裂和局部混凝土破碎现象。地下室顶板高程21.10~21.50m，雨停后基坑周边水位未漫出周边市政道路（标高为21.58m），水深约3m。
3上浮原因分析
上浮事故发生后，建设方组织各参建单位召开了会议，初步分析事故原因有以下几点：
（1）天气原因。根据气象预报，前夜大雨降雨量超过50mm/小时，达到暴雨级别，短时强降雨导致周边排水通道排水不畅，雨水汇集到基坑周边增大了浮力导致地下室上浮。但天气原因为客观因素，如果设计和施工考虑周全也可避免上浮事故。
（2）设计考虑不周。拟建场地原来为低洼地段，下雨易积水，设计对于抗浮计算时，未单独设置抗浮桩，地下室桩基设计以抗压为主，仅考虑了正常使用阶段满足抗浮稳定，但没考虑施工期间的临时抗浮措施，特别是地下室顶板已完成但上部覆土未覆盖时，地下室总荷载较小的不利工况。计算结果表明，当地下室底板上部无覆土荷载时，短时强降雨导致浮力突然增大，导致地下室结构自重与工程桩的抗拔力合计不能满足抗浮要求时，地下室上浮是必然的。设计未考虑到地下室从开始底板施工到上覆土完成需要历经较长时间，而本地下室刚好在雨季来临前完成顶板，已完成的相邻两个地块地下室顶板完成的时间均避开了雨季，未发生上浮事故。据统计，国内外发生的上浮事故中，70%均发生在施工阶段，可见多数地下室上浮事故发生在施工阶段，而不是正常使用阶段[2]。
（3）施工原因。施工单位按照常规施工顺序在地下室顶板完成后就将后浇带先封闭，未考虑已进入雨季，使得整体地下室形成封闭的箱体，当地下水位快速升高时，无法形成透水减压，为地下室上浮形成有利条件[3]。
同时，地下室四周土体未及时回填并压实，肥槽地表未进行硬化，为地表雨水提供了渗入地下室底部的通道，使地下室呈箱体状直接浸泡在水中。四周设置的集水井在暴雨当晚未能及时抽排水，导致水位持续上涨，浮力超过了结构自重，从而导致上浮。施工单位未能及时加载上覆土也是此次上浮的重要原因，本地下室上覆土设计厚度为1.2m，经计算，如果已覆盖上，加上地下室结构自重，本次事故可以避免。
（4）现场管理问题。事故发生后据建设方介绍，本地下室在2016年4月份开始就陆续发现部分顶底板与柱交接部位出现裂痕，但范围不大，当时未意识到裂缝是地下室上浮所致，未能在第一时间采取有效措施，加剧了结构上浮和混凝土构件裂缝的发展，在一场暴雨过后才发生范围上浮事故。如果管理得当，项目部和施工单位及早发现问题并及时采取相应措施，此次事故很可能避免。
4处理措施
对抗浮设计和上浮事故处理可以采取“放”与“抗”两种措施：
（1）“放”：改变自身所处的水压环境，排水、减压等；
（2）“抗”：对结构采取相应的措施，使自身抵抗能力加强，可对结构进行加固以增加自重、加设抗浮桩或抗浮锚杆[1]。
两种方法在不同阶段各有优缺点，“放”的措施在已竣工或施工阶段发生事故后常用，造价低，但一般不能彻底解决问题，有时需辅以“抗”的措施；“抗”的措施在设计阶段或事故发生后采用“放”的措施无法彻底解决问题时常用，例如增加结构自重或设置抗浮桩或抗浮锚杆，缺点是造价高，但可最大限度解决问题，事故发生后如果辅以“放”的措施效果会更好，也能节省造价[4]。
本次上浮事故发生后，鉴于沉降量总体不是很大，裂缝较轻微，未发生结构性破坏，经开会研究决定主要采取“放”的措施，并及时增加设计荷载。主要有以下几个措施:
（1）地下室四周抽水。事故发生后施工方立即增加抽水泵的数量，全力将地下室周边水位降低，使上浮力最大限度减小，防止结构进一步损伤。抽出的地下水必须通过排水系统排出场区外，防止地下水回灌。
（2）泄水减压。在地下室底板不同部位施工泄水减压钻孔，钻孔钻穿底板后，水柱竖直冲上约50cm高，可见底板承受了较大浮力。经过数天的抽水和泄压后，地下室底板缓慢回落，上浮大的区域回落相应较大，结构上浮得到了初步较好的控制，但部分地段仍不能恢复到原位。同时构件随着结构的复位，裂缝宽度变小甚至闭合。为防止后期可能发生局部上部事故，专家建议在地下室排水沟内不同部位均匀设置泄水孔，使地下室内外水压平衡，从根本上杜绝了上浮。
（3）顶板之上及时加载。按照设计要求，顶板之上覆土1.2m，事故发生后，施工单位及时将覆土加上，使自重增加，加快地下室底板回位。
（4）底板注浆。在地下室沉降稳定后，在底板均匀布置若干注浆孔注入水泥浆，使底板与原土层之间的空隙填充，也减小水的渗入。
（5）修补裂缝。所有的结构构件必须在铲除混凝土酥松层后，才能进行施工。若发现有裂缝跨度大于0.3mm的结构裂缝，先采用低压灌注裂缝修补胶或环氧砂浆的方法进行修补，以防止裂缝继续扩大给结构构件产生更大的影响，然后再进行结构补强。对于受损一般的梁和柱，采用环向包裹碳纤维的方法进行加固。
（6）地下室四周回填。在沉降稳定、修补工作完成后及时地下室四周回填粘性土并分层压实，地表做好硬化排水，减少地表水沿地下室外墙渗入到底板。
通过以上措施，地下室上浮得到较好的处理，效果良好，已投入正常使用2年，未发现地下室结构异常现象和渗水现象，表明加固工作效果良好，地下室已满足永久抗浮和安全使用要求，取得了较好的经济和社会效益。
5结语
通过本案例，可得到以下经验和教训:
（1）勘察单位应提供安全可靠的抗浮设计水位。
（2）设计单位对地下结构抗浮措施应根据工程水文地质资料、施工条件和周期及地下结构自身情况进行周密设计，除了考虑正常使用阶段的抗浮稳定，特别要重视施工过程中的抗浮要求。
（3）施工单位应精心施工，主体结构完成后不要掉以轻心，有基坑降水的工程应针对基坑降排水和沉降制定专项施工组织控制措施，严格控制水位和沉降观测时间，不能过早停止降水，发现问题及时向甲方、监理、设计反馈，及时处理，不得瞒报，避免事故损失扩大。
（4）主体完成后应严格按设计及相关规范要求对地下室周边进行粘土分层夯实回填，并做好地面硬化及相应的排水措施。当地下室结构已完成封闭施工，在结构混凝土强度基本达到设计要求时，可以采取在地下室顶板及底板上增加临时荷载，以提高自重荷载的抗浮力。在增加临时荷载时，应满足设计允许荷载限值[3]。
（5）地下室与主楼有后浇带的不宜过早封闭。过早封闭使得地下室形成封闭的箱体，当地下水位快速升高时，无法形成透水减压，为地下室上浮形成有利条件。
（6）地下室施工期间应严密关注天气预报，遇有大雨应提前做好应急预案并采取有效措施，以满足施工期间抗浮的要求，避免不必要的损失。当遭遇连续大雨或其他因素导致地下水位急速上升时，应立即加强降排水措施，以减小浮力[5]。如无法有效降排水时，可以在地下室底板上均匀开设泄水孔，将地下水引入地下室内，使地下室内外水位趋于平衡，以保持浮力的稳定性[3]。
参考文献：
[1]谷二永，解宇宁，鞠正韬等.某工程地下室上浮事故浅析及加固处理措施[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（14）
[2]郑雷纲，宗兰，薛春领.某地下车库上浮事故原因分析及处理[J].工程质量，2015，33（1）:85-88
[3]王海，钱彬.某地下室局部上浮事故调查及原因分析[J].浙江建筑，2015，32（9）:12-15[4]李乾玲.地下车库上浮设计分析及上浮破坏处理措施[J].技术与市场，2015，22（4）:81[5]陆汉时，黄辉.地下室上浮原因分析及其处理和预防.建筑施工，2013，35（8）：723-725
作者简介：金新锋（1981-），男，高级工程师，勘察工程部副部长，主要从事岩土工程勘察与设计工作