地下室抗浮設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題討論

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摘要：許多地下室因水浮力而導(dǎo)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(jì)損失。本文對(duì)這些工程事故產(chǎn)生的技術(shù)因素進(jìn)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(dú)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(dá)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(dá)350mm，柱間板出現(xiàn)45°破壞性裂縫……諸如此類問題時(shí)有發(fā)生，造成了不良的社會(huì)影響和財(cái)產(chǎn)的損失。本文對(duì)這些事故的產(chǎn)生原因歸納總結(jié)成以下四個(gè)方面，與同行們共同討論：

一、抗浮設(shè)計(jì)基本概念在多個(gè)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(jì)人員對(duì)地下水的作用認(rèn)識(shí)不足，抗浮設(shè)計(jì)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(jì)，忽視整體結(jié)構(gòu)的抗浮驗(yàn)算分析，忽視施工中的抗浮措施，認(rèn)為具有上萬噸自重的地下室怎么會(huì)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(shí)質(zhì)上是由于地下水的作用力遠(yuǎn)大于手里構(gòu)件的設(shè)計(jì)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(duì)于基底為不透水土層的地基（基巖、堅(jiān)硬粘土），深基坑支護(hù)又采用了止水帷幕或樁、錨、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，忽視地表水可能引起的水浮力作用。試想萬噸級(jí)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(gè)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(gè)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(dú)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(jì)就是要使這個(gè)船既不上浮，船身又不被破壞。因此，地下室的抗浮設(shè)計(jì)必須進(jìn)行整體抗浮和局部抗浮驗(yàn)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(qiáng)制拉住建筑防止上?。?ldquo;壓拉并舉”就是利用建筑自重不能滿足抗浮要求時(shí)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(duì)梁、板、墻、柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、變形和裂縫驗(yàn)算外，還必須進(jìn)行抗浮驗(yàn)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(jì)中的幾個(gè)問題討（一）?？垢◎?yàn)算中，應(yīng)分別進(jìn)行整體和局部抗浮驗(yàn)算。特別是對(duì)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(dāng)上部為高層或恒荷載較大時(shí)，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(jìn)行分區(qū)、分塊的局部抗浮驗(yàn)算。

    然而，有些設(shè)計(jì)人員只對(duì)地下室底板的梁、板、墻在地下水浮力荷載作用下的進(jìn)行強(qiáng)度、變形和裂縫計(jì)算，而缺失地下室的抗浮設(shè)計(jì)意識(shí)。雖然在一些無地下水的工程中未發(fā)生工程事故，但當(dāng)有地下水作用的工程，地下水會(huì)給地下室結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重破壞，且難以進(jìn)行復(fù)原處理。又如，有些設(shè)計(jì)人員利用上部結(jié)構(gòu)自重抗浮，只計(jì)算上部結(jié)構(gòu)總自重標(biāo)準(zhǔn)值大于總的水浮力設(shè)計(jì)值，就認(rèn)為抗浮設(shè)計(jì)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(dǎo)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(jì)算中只驗(yàn)算強(qiáng)度不進(jìn)行變形的裂縫寬度的計(jì)算，造成底板產(chǎn)生裂縫，漏水嚴(yán)重，形成“地下游泳池”。更值得一提的是，有些設(shè)計(jì)人員和施工人員對(duì)地表水作用認(rèn)識(shí)不足，當(dāng)?shù)叵率业鼗鶠椴煌杆膸r層且支護(hù)嚴(yán)密的基坑，認(rèn)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(diǎn)。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(chǎng)區(qū)或城區(qū)地下下水管道復(fù)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(shí)，水的破壞力較之四周松散的土層的基坑更嚴(yán)重，因?yàn)樗走M(jìn)難出；另一方面，若對(duì)四周回填土的施工沒有進(jìn)行認(rèn)真處理，不能形成止水帶，在使用期間同樣會(huì)產(chǎn)生“腳盆”效應(yīng)。

    有些設(shè)計(jì)人員和施工人員對(duì)“腳盆”效應(yīng)認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)圖紙對(duì)施工時(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定目標(biāo)時(shí)就停止降水，該類地下室上浮事件在南方地區(qū)時(shí)有發(fā)生。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因，除缺乏經(jīng)驗(yàn)外，主要是對(duì)我國(guó)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(shí)，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(jì)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?。ǚ浪┰O(shè)計(jì)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(jì)說明中明示，這些規(guī)定是經(jīng)驗(yàn)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(jì)和施工的抗浮措施。