地下室上浮事故的探因及处理措施

【摘要】近年，随着地下空间的开发和利用越来越来越多，地下结构的抗浮问题日益突出，如何解决地下工程结构物的抗浮问题目前已成为一个经常面临的问题。

【关键词】地下室；上浮；原因；处理

1.引言

近年，随着地下空间的开发和利用越来越来越多，地下结构的抗浮问题日益突出，发生了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。如何解决地下工程结构物的抗浮问题目前已成为一个经常面临的问题。

2.工程概述

某工程为人工挖孔桩和箱形地下室基础，地下室埋深14.00m，长150.00m，宽71.50m（局部99.85m）；上部建筑为框剪结构，包括五层裙楼和双塔楼 （A区主塔楼39层，D区塔楼24层）；E区部位只有地下室，没有裙楼。工程完工后进行系统沉降观测时，发现-0.05m板上浮，最大点达149mm，位于E区；此时在E，C区段一些近柱边的框架梁端出现上宽下窄的贯穿性结构裂缝，给使用带来一定的质量问题和安全隐患。

3.原因分析

通过深入分析，笔者认为地下室上浮工程事故的主要原因是：

3.1设计抗浮力取值小于工程场地实际

该工程设计对地下水位高度估计不足，对基础局部抗浮未考虑及未提出施工控制要求，是本工程地下室在施工阶段上浮的主要原因。事后经实测地下水最大水头大于12.00m，并经复核地下室底板水压达138.5kN/m2；而上浮波及的E区和C区段地下室单桩基础直径为1000-1200mm，长度为12-20m，布桩间距为9000mm×9000mm的人工挖孔钢筋混凝土桩基，不可能承受差距极大的抗拔力（原设计为承受建筑物上部竖向下传荷载）。

3.2设计未考虑基础地下室结构局部抗浮受力差异

上部建筑高低悬殊，甚至同体地下室局部区段无上部建筑，造成上部建筑结构竖向荷载重心与地下室底板平面形心不重合，基底作用力（地基反力，包括浮力）对地下室底板的荷载分布不均。地下室上浮差值最大达138mm，地下室局部结构强度不足以抗拒，导致混凝土梁板开裂；在上浮最大区段正是位于无裙楼部位，裂缝情况也最严重。

3.3施工组织抗浮防范意识不强

工程施工在地下室回填后即停止了降水，地下水位恢复，又因其他原因暂时停止施工，并未作沉降观测，以致发现混凝土结构出现裂缝，仍未觉察是地下室上浮所致。滞后近2个月才认识到事故原因，未能在第一时间内采取有效措施，加剧了本工程地下室和裙楼数层混凝土结构构件裂缝发展程度，增加了结构裂缝补强的工程量。

3.4其他原因分析

一般而言，地下室上浮的原因是结构体重量及地下室侧壁摩擦力之和小于水浮力所引起。上浮处理方法有抽水、解压、加载及洗砂等方法配合运用，其中以洗砂作业程序最复杂，常在其它方法处理失效后才使用。处理后，上浮的地下室很少能回沉至原高程，残存的上浮量需借建筑收尾工程处理。由于地下室无法回沉至原高程，并且有些结构在上浮时受到损坏，基础底板下的空隙需另施做填缝灌浆填补之。

地下室上浮的意外事件可能发生在各种地层中，包括透水性极低的软件粘土层或极稳定的卵石层中。低水位也不保证不会发生上浮，因地下水位可能因暴风雨、地表逸流或施工不慎等因素突然升高，地下水浮力一旦超过结构物重量及侧壁摩擦力时则上浮随之发生，建筑物将产生变形等破坏。不能保证正常使用中的安全，必须采取有效的处理措施。地下结构物的抗浮问题成为影响结构工程设计和工程投资效益的难题之一，并引起结构工程师的重视和广泛关注。

4.地下室上浮的应急处理措施

发生地下室上浮事故，处理方式可视现场实际状况，单独使用或数种并用皆可，其处理原则是要使上浮的建筑物适度下沉，以利后续上部结构的施工。因地下室常因卡在土中和受底板下方淤积的泥砂影响，上浮的建筑物很难使其回沉至原始高程，经现场处理后残留的上浮量可能须变更建筑设计或依赖后续施工进行修正，而底板下方的空隙则以灌注水泥沙浆的方式补实，几种常用处理措施如下：

4.1设法快速增加地下室的重量

设法快速增加地下室的重量，即加载。以克服水浮力及地下室侧墙与土壤间的摩擦力，使卡在土层中的地下室可沉回原位。简单的加载方式可于一楼楼板上堆置重物，包括钢筋或尚未运离现场之支撑、钢板桩等有份量的物品，主要放置于翘起的角落，但要注意核算楼板的承载能力。另一种快速加载的方法则是直接往地下室灌水，利用水重加压。但加载并不保证能达到所需的效果，增加的载重或许能克服水浮力及侧墙与土壤间的摩擦力，但淤积于底板与基地土之间的泥砂则阻止地下室下沉。继续增加载重只会使淤积的泥砂更紧密，进一步的下沉则难以发生。

4.2抽水以降低水压

地下室上浮乃因地下水位过高所引起，因此可于现场重行启动原有的抽水井或另行打设抽水井以降低水压。但因地下室上浮后常卡在地层中，仅将地下水位降低并不足以令地下室下沉，须配合加载或洗砂等措施始能见效。但抽水的确是处理地下室上浮的基本动作，消灭上浮的动力后其他配套动作方可达到事半功倍的效果。

4.3解压

某些上浮的案例因地层特性或场地限制以致无法抽水，此时蓄积于基础底板下方的地下水压可藉解压孔消除。所谓解压孔即是于地下室底板以钻机或破碎机凿孔，底板下方的地下水即可由此宣泄。某些运气较好的案例上浮的地下室在底板解压后即回沉至可接受的程度，否则仍须采用加载或洗砂等配套措施。此外若上浮的地下室外侧有足够使用之空地，可考虑将周边土塌方部份挖除，如此可自行解除作用于地下室侧墙的摩擦力，使地下室较易于下沉。

4.4洗砂作业

若抽水、解压及加载等较简单的补救措施无法达到预期的效果，则可考虑进行洗砂作业。洗砂的方法有二，一是利用高压水扰动地下室侧墙边的土壤，以降低其摩擦阻力，但扰动后的土可能顺势流入底板下方，造成底板下方淤泥沉积众多，反而不利于后续作业，采用侧壁洗砂须加倍谨慎。洗砂的另一方法则是利用高压水经由洗砂孔冲散并洗出基础底板下方淤积之泥砂，使地下室得以顺利下沉。洗砂作业前须先评估底板下方泥砂淤积的范围，并于该范围内选取数个或十数个适当位置，凿穿基础底板作为洗砂孔。洗砂作业另须使用污水马达抽除洗出的泥水，其配置方式是在基础底板凿出开孔，或利用已凿出之洗砂孔，放入污水马达抽除以高压水由侧壁或底板下方洗出的泥砂、洗砂作业须有耐心，持续作业可观察到地下室稳定而缓慢的下沉。

5.结语

地下室发生上浮后，应采取有效应急措施尽快控制地下室的上浮趋势并使地下室基本恢复到原设计标高。但地下水不可能持续采用人工降低，临时压重也需拆除。因此，当经验算，建筑物的荷重不足于抵抗地下室所受的浮力或地下室局部受力单元的垂直荷重不足于抵抗浮力时，就必须采取抗浮技术措施。抗浮桩可能是建筑工程抗浮设计应用最广的技术措施。应该说所有的工程桩，只要桩身抗拉强度足够大，均可以作为抗浮桩。有扩大头的桩，因桩头与土体产生剪切作用，抗拔力较大；大部分的桩是因桩身与土体之间的相互变形趋势形成的摩擦力而起到抗拔作用，抗拔力较小。地下室底板所受浮力基本是均匀分布的，而上部荷重的传递是通过柱子或墙集中受力，浮力和上部荷重的平衡是通过地下室底板的板和梁来传递，因底板和梁的刚度相对较小，因此抗浮桩的设计要求分布比较密，受力比较均匀，单桩抗拔力并不需要很大。小口径的锚杆桩因其施工工艺简单，造价低，质量可靠，抗拔能力强，在抗拔设计中得到较广泛的应用。