【设计经验】建筑工程地下室抗浮问题的思考.pdfVIP

建筑工程地下室抗浮问题的思考 近几年来,有不少地下室因地下水的作用而造成工程事故,如某医院两 层独立地下车库,在施工过程中,出现整体上浮,最大上浮高度达 1.42m；又如,某体育中心游泳馆,地下室上浮造成上部结构梁、板、柱 产生大量裂缝；再如,某高层建筑地下室底板局部隆起高达350mm,柱间 板出现45°破坏性裂缝……诸如此类问题时有发生,造成了财产的损失. 本文对产生这些事故的原因归纳总结成以下四个方面,与同行们共同讨 论： 一、抗浮设计中基本概念 在多个地下室因水浮力作用而引发的工程亊故中,我们发现有些设计人 员对地下水的作用认识不足,抗浮设计的基本概念不够清晰,常见的有 下列几种情况： 1)重视地下室的梁、板、柱、墙的结构构件设计,忽视整体抗浮验算分 析,忽视施工的抗浮措施,总认为具有上万吨自重的地下室怎么会浮起 来呢 2)地下室底板裂缝、漏水,甚至成为地下游泳池,把某些实质上是因为 地下水的作用远大于设计荷载而造的工程事故,错判为温度应力作用、 砼施工质量问题等. 3)对于基底为不透水土层的地基(基岩、坚硬粘土),深基坑支护又采用 了止水帷幕或桩、锚、喷射混凝土联合支护,忽视水的浮力. 试想万吨级以上大船能在江、河、海中航行,可见水的作用力之大.地 下室就像一条 “船”,地下室底板和侧墙形成一个密闭的船身,它的水 浮力有多少呢,是它浸泡在水中的体积乘以水容重,若一个50×100m 的 地下室,抗浮水位为5m,它的浮力为25000 吨,可见水浮力之大.地下室 的抗浮设计就是要使这个船既不上浮,船身又不破坏,因此,地下室的抗 浮设计应进行整体抗浮和局部抗浮验算. 为防止地下室整体上浮我们通常采用两类做法,一类为 “压”,一类为 “拉”. 当采用 “压”的做法时,利用建筑的自重(包括结构及建筑装 修、上部覆土等,不含楼面活荷载)平衡地下室水的总浮力,当不能平衡 时,必须增加 “拉”的做法,即采用桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力.无 论是 “压”还是 “拉”的做法,都必须进行整体抗浮验算,保证抗浮力 (压重+抗拉力)大于水的总浮力,即 . 局部抗浮验算,除了梁板墙柱结构构件的强度验算、变形验算和裂缝验 算,还应包括局部的抗浮验算,对于大面积地下室上建有多栋高层和低 层建筑,建筑自重不均匀,当上部为高层或恒荷载较大时,该范围的整体 抗浮能力可能较高,但上部没有建筑或建筑层数不多的局部范围,特别 应进行分区、分块的局部抗浮验算,例如：柱、桩、墙的压力或拉力能 否平衡它所影响区域里的水浮力总值. 然而有些设计人员对上述最基本的概念还不够清晰,例如,有些设计人 员只对地下室底板的梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下的强度计算, 未做整体抗浮的认真分析,特别是独立地下室、水池等,造成地下室整 体上浮,给地下室结构带来严重破坏,难以进行复原处理.又如有些设计 人员利用上部结构自重抗浮,只计算上部结构总自重标准值大于总的水 浮力设计值,就认为抗浮设计满足要求.既不分析其上部建筑荷载的分 布,又未计算局部抗浮,局部范围因抗浮力小于水浮力,底板隆起、造成 地下室及上部结构局部范围内大面积破坏.再如,在地下室底板计算中 只验算强度不进行变形的裂缝宽度的计算,造成底板产生裂缝,漏水严 重,形成 “地下游泳池”. 更值得一提的是,有些设计人员和施工人员对地表水作用认识不足,当 地下室地基为不透水的岩土层、支护又严密的基坑,一般认为不存在水 的浮力,因此造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏的盲点,一旦暴 雨来临,地面的地表水全流入基坑形成 “脚盆”效应,即基坑为 “大脚 盆”,地下室成为 “小脚盆”.施工期间一旦未及时采取降水措施就会 将 “小脚盆”浮起,使用期间若不将四周的回填土采用粘性土分层夯实 形成止水层,也同样会产生 “脚盆”效应. 另外,有些设计人员和施工人员忽视施工对地下室抗浮的重要性,设计 图纸对施工时抗浮措施的要求只字不提,施工人员在施工过程中不关注 降水,没有采取降水措施或在抗浮结构未达到设计预定目标时就停止了 降水,导致在施工期间产生地下室整体上浮事件时有发生,产生上述现 象的主要原因除经验外,主要是对我国现行的技术规范,规定不了解.例 如 《地下室防水技术规范》在第 10 章中明确规定了, “明挖法地下室 防水施工时,地下水位应降至工程底部最低高程500mm 以下,降水作用 应持续至回填完毕”；建设部 《建筑工程设计文件编制深度规定》的 第 4.4.3条第8款中,规定了 “地下室抗浮(防水)设计水位及抗浮措施, 施工期间的降水要求及终止降水的条件等”应在结构设计说明中明 示；这