地下水與地下室抗浮

1、地下水與地下室抗浮2011-03-15 08:50 來源：瀏覽次數(shù)：16關(guān)鍵字：地下室上浮，特別是大面積地下室摘要；是構(gòu)成水圈的重要水體之一，是埋藏在地表下土體孔隙、巖石孔隙、空洞中的水的總稱。地下水的運(yùn)動有層流和紊流兩種形式，以層流為主，它的運(yùn)動遵循達(dá)西定律。地下 水作為巖土介質(zhì)的組成部分，直接影響著巖土的性質(zhì)和行為。關(guān)鍵詞；地下室上浮，特別是大面積地下室的不均勻上浮，造成結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損的事故屢 見不鮮。近年來，地下室上浮，特別是大面積地下室的不均勻上浮，造成結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損的事故屢 見不鮮。(一)地下水的基本類型1) .上層滯水A. 主要靠大氣降水和地表水下滲補(bǔ)給；B.；C.以蒸發(fā)或向下滲透到潛

2、水中的方式排泄；D.水量小，季節(jié)變化大，容易污染；E.引起土質(zhì)邊被滑塌、黃土路基沉陷、路基凍脹等病害的重要因素。2) .潛水潛水的分布及潛水面特征潛水面潛水的無壓的自由水面。通常，潛水面不是一個延伸很廣的平面，是一個有起有伏、有陡有緩的面，潛水面形態(tài)一般與地表地形相適應(yīng)。潛水埋藏深度：潛水面至地面的垂直距離。潛水層厚度：潛水面至下部隔水層頂面的垂直距離（含水層厚度）。潛水位：潛水面上每一點(diǎn)的絕對標(biāo)高。潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄大氣降水、地表水、承壓水潛水地表水（河流、泉一山區(qū)）、蒸發(fā)（平原區(qū)）確定任一點(diǎn)的潛水流向；確定沿潛水流動方向上兩點(diǎn)間水力坡度；確 定任一點(diǎn)潛水埋藏深度；確定潛水與地表水之間的

3、補(bǔ)給關(guān)系。承壓水的分布自流盆地及自流斜地承壓水頭：承壓水位到隔水層頂板間垂直距離。含水層厚度：隔水層頂、底板間的垂直距離。（三）典型案例工程概況某大夏由A座（26層）、B座（18層）及東西兩座裙樓（3層）組成。塔樓與裙 樓共同圍成了一個30$38m的內(nèi)庭。B座有一層地下車庫，A座、裙房及內(nèi)庭下 面有兩層地下車庫。上部結(jié)構(gòu)為框架剪力墻體系，基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁，長度 為18-23m 。 A,B座塔樓下人工挖孔樁樁徑為1.2-2m ,樁端直徑擴(kuò)大0.6-1.2m , 樁端入中風(fēng)化砂巖一倍樁徑。裙樓和內(nèi)庭范圍內(nèi)的人工挖孔樁長10-15m ,樁徑 為1.2m,無擴(kuò)大頭，樁端入中風(fēng)化砂巖0.5m.工程所

4、在場地為河流沖積地帶，地表有水塘，地下水主要賦存于第四系砂層 及素填土層中，穩(wěn)定水位較高，為0.10.70m ,水量豐富，受大氣降水補(bǔ)給的影 響而變化。佛山市年降雨量2500mm左右，集中在510月，雨季的到來使得基坑內(nèi)外的 地下水位不斷提高，周邊的地下水也通過基坑底部、支護(hù)側(cè)壁及其破損處流入基 坑，造成底板下的上浮力不斷增加，由于樁的抗拔力不夠，導(dǎo)致內(nèi)庭范圍內(nèi)的地 下室底板在浮力的作用下持續(xù)向上起拱。而內(nèi)庭四周的塔樓和裙樓的自重均大于 浮力，塔樓和裙樓不可能上浮，從而導(dǎo)致地下室的局部（內(nèi)庭）產(chǎn)生了上浮，內(nèi)庭 下地下室與周邊塔樓、裙樓相交處的梁不斷出現(xiàn)新的裂縫并進(jìn)一步擴(kuò)大。水文地質(zhì)條件該基礎(chǔ)所

5、處地貌單元屬山前二級階地與海成一級臺地交替變化部位，距二級 階地前緣100多米，地形對大氣降水給地下水相當(dāng)有利。還有山坡前沿補(bǔ)給的深 層承壓水以泉水形式溢出，承壓水頭接近地表。第一層地下水和第二層承壓水 都會直接影響著地下室基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。根據(jù)該工程工程地質(zhì)勘察報告，對該基礎(chǔ) 有影響的地層是：雜填土：褐紅色，含粘土、砂類土及玄武巖碎屑，含孔隙水；淤泥質(zhì)粘土：灰色一深灰色，含腐植質(zhì)，中間常夾有中紉砂透鏡體富的孔 隙水。該松散砂層含較豐；中砂層：黃色一褐黃色，為長石、石英質(zhì)顆粒，含水層厚度1.5-3.3m;中粗砂層：黃色一褐黃色，質(zhì)地相當(dāng)松散，滲透性好，含水層厚度 0.8-3.2m.;粘土層：褐黃色

6、，層間含粉細(xì)砂薄層，厚度3.2-3.5m ,為相對隔水層。其二，裙樓基礎(chǔ)底板以下為相對隔水層，裙樓東西兩側(cè)己建成的兩棟主樓地 下室基礎(chǔ)距離很近，從基坑南面補(bǔ)給的地下水，遇到基礎(chǔ)底板以下地層及兩棟主 樓地下室邊墻的阻隔，形成一個一面進(jìn)水，三面封閉的“洼坑式”結(jié)構(gòu)構(gòu)造。這 種“儲水構(gòu)造”，當(dāng)基礎(chǔ)箱體空著或排水系統(tǒng)失效時，造成的基礎(chǔ)整體上浮或箱 體扭裂破壞更大。地下室上浮所致)。同年2月14日進(jìn)行系統(tǒng)沉降觀測時，發(fā)現(xiàn)-0.05m 板上 浮，最大點(diǎn)達(dá)149mm,位于E區(qū)；此時在E、C區(qū)段一些近柱邊的框架梁端出現(xiàn) 上寬下窄的貫穿性結(jié)構(gòu)裂縫。原因分析(1)設(shè)計對地下水位高度估計不足，設(shè)計抗浮力取值小于實(shí)際

7、值，是地下室 在施工階段上浮的主要原因。事后實(shí)測最大水頭大于12.00m ,復(fù)核地下室底板 水壓達(dá)38.5KN/m2 ; E區(qū)和C區(qū)段地下室的人工挖孔樁不能承受差距極大的抗拔 力(原設(shè)計為承受豎向荷載的受壓樁)。(2)設(shè)計未考慮基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)局部抗浮受力差異。上部建筑高低懸殊，甚 至同體地下室局部區(qū)段無上部建筑，造成上部建筑結(jié)構(gòu)豎向荷載重心與地下室底 板平面形心不重合，基底作用力(地基反力，包括浮力)對地下室底板的荷載分布 不均。地下室上浮差值最大達(dá)138mm,地下室局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足以抗拒，導(dǎo)致混 凝土梁板開裂；上浮最大區(qū)段正是位于無裙樓部位，裂縫情況也最嚴(yán)重。(3)施工組織抗浮防范意識不強(qiáng)，

8、在地下室回填后即停止了降水，地下水位 恢復(fù)，又因其他原因暫停施工而未作沉降觀測。以致發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫仍 未覺察是地下室上浮所致，未能在第一時間內(nèi)采取有效措施，加劇了地下室和裙 樓數(shù)層混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的發(fā)展程度。原因歸納引起地下室上浮的原因是地下水浮力大于建筑物當(dāng)時的上部荷重，造成這種 情況有(1)勘察單位提供的抗浮水位失真(地下擴(kuò)抗浮設(shè)防水位標(biāo)高取值有誤；(2)設(shè)計上的疏失。設(shè)計人員忽視了大體積地下室主體建筑外上部荷重較 輕的受力單元的浮力驗(yàn)算；(3)施工單位的大意。施工過程中，過早停止降低地下水的措施、地下室 回填土的回填質(zhì)量太差無法形成有效摩擦力或施工場地排水不暢、地表水倒灌 等；

9、(4)天災(zāi)一連續(xù)的暴雨和海水大潮倒灌造成地表水位急劇升高是地下室上 浮的不可抗力因素。(四)規(guī)范中有關(guān)抗浮的內(nèi)容建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范第3.0.2 條規(guī)定：“當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮 問題時，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算”，這條規(guī)定列為強(qiáng)制性條文。第3.0.3 條文規(guī)定：“地基基礎(chǔ)設(shè)計前應(yīng)進(jìn)行巖土工程勘察，并應(yīng)符合下列 規(guī)定：當(dāng)工程需要時，尚應(yīng)提供用于計算地下水浮力的設(shè)計水位”，也就是說， 用于計算地下水浮力的設(shè)計水位應(yīng)通過巖土工程勘察確定。巖土工程勘察規(guī)范第7.1.1 條規(guī)定：“巖土工程勘察應(yīng)根據(jù)工程要求，通過搜集資料和勘察工作，掌握下列水文地質(zhì)條件：地下水的類型和賦存條件；主要含

10、水層的分布規(guī)律；區(qū)域性氣候資料如年降水量、蒸發(fā)量及其變化和對地下水位的影響；地下水的補(bǔ)給排泄條件，地表水與地下水的補(bǔ)排關(guān)系，及其對地下水位的 影響；勘察時的地下水位，歷史最高地下水位，近3-5年最高地下水位，水位變 化趨勢和主要影響因素；是否存在對地下水和地表水的污染源及其可能的污染程度”。該規(guī)定表明深刻說明了地下水埋藏和變化的復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)性。它涉及的是區(qū) 域性的、歷史性的水文地質(zhì)資料。規(guī)范第7.1.3 條文規(guī)定：“對高層建筑或重大工程，與水文地質(zhì)條件對地基 評價，基礎(chǔ)抗浮和工程降水有重大影響時，宜進(jìn)行水文地質(zhì)勘察”。第7.3.2 條規(guī)定：“地下水力學(xué)作用的評價應(yīng)包括下列內(nèi)容：對基礎(chǔ)、地 下結(jié)

11、構(gòu)物和擋土墻應(yīng)考慮在最不利組合情況下，地下水對結(jié)構(gòu)物的上浮作用，原 則上應(yīng)按設(shè)計水位計算浮力，對節(jié)理不發(fā)育的巖石和粘土具有地方經(jīng)驗(yàn)或?qū)崪y數(shù) 據(jù)時，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，有滲流時，地下水的水頭和作用宜通過滲流計算進(jìn)行分 析評價”。條文說明中關(guān)于7.3.2 條的注解：“地下水對基礎(chǔ)的浮力作用，是最明顯的 一種力學(xué)作用，在靜水環(huán)境中，浮力可以用阿基米德原理計算，一般認(rèn)為，在透 水性較好的土層或節(jié)理發(fā)育的巖石地基中，計算結(jié)果即等于作用在基底的浮力； 對于滲透系數(shù)很低的粘土來說，上述原理在原則上也應(yīng)該是適用的，但是有關(guān)實(shí) 測資料表明，由于滲透過程的復(fù)雜性，粘土中基礎(chǔ)所受到的浮壓力往往小于水位 高度。由于這個問

12、題缺乏必要的理論依據(jù)，很難確切定量，故規(guī)定只有存具有地 方經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測據(jù)時.方可進(jìn)行一定的折減”。第7.22條規(guī)定地下水位的量測應(yīng)符合下列要求(1)遇地下水時應(yīng)量測水位；(2)穩(wěn)定水位應(yīng)在初見水位后，經(jīng)一定的穩(wěn)定時間后測量。對多層含水層 的水位量測，應(yīng)采取止水措施，將被測含水層與其它含水層隔開。可見，無論初見水位還是穩(wěn)定水位，都是靜態(tài)水位。而地下水是隨季節(jié)、氣 候條件變化的，有一年一遇，十年一遇，甚至數(shù)十年一遇的最高水位變化；同時 地下水位還受地表排水狀態(tài)、場地、地形和地貌變化的影響并隨區(qū)域性水文地質(zhì) 條件、各層地下水的變化和地下水滲流造成的壓力水頭分布形態(tài)變化而變化。因 此，根據(jù)勘察報告提供的

13、地下水位計算的浮力平衡點(diǎn)處于臨界狀態(tài)時，應(yīng)根據(jù)場 地條件和其他水文地質(zhì)變化情況適當(dāng)采取一些抗浮措施。高層建筑巖土工程勘察規(guī)程第5.0.2 條需要調(diào)查“地下水的類型、主要含水層及其滲透性”、“地 下水的補(bǔ)給排泄條件、地表水與地下水的水力聯(lián)系”、“歷史最高、最低地下水 位及近3-5年水位變化趨勢和主要影響因素”等；第5.0.3 條當(dāng)在無經(jīng)驗(yàn)地區(qū)，應(yīng)“在調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行專門的水文地 質(zhì)勘察”、“對缺乏常年地下水監(jiān)測資料的地區(qū)，在初步勘察階段應(yīng)設(shè)置長期觀 測孔或孔隙水壓力計”；第5.0.4 條“當(dāng)場地中有多層對工程有影響的地下水時，應(yīng)采取止水措 施，將被測含水層與其它含水層隔離后，測定地下水位或承壓

14、水頭高度”。強(qiáng)調(diào) 對多層地下水水位及承壓水水位的分層監(jiān)測。第5.0.6 條列出了地下水對工程的作用和影響的評價內(nèi)容，指出“對地基基 礎(chǔ)、地下結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮在最不利組合情況下，地下水對結(jié)構(gòu)的上浮作用”。第8.6.1 條規(guī)定當(dāng)?shù)叵滤桓哂诘叵率一A(chǔ)底板時，根據(jù)場地所在地貌單元、地層結(jié)構(gòu)、 地下水類型和地下水位變化情況，結(jié)合地下室埋深、上部荷載等情況，對地下室 抗浮有關(guān)問題提出建議；根據(jù)地下水類型、各層地下水位及其變化幅度和地下水補(bǔ)給、排泄條件等 因素，對抗浮設(shè)防水位進(jìn)行評價；對可能設(shè)置抗浮錨桿或抗浮樁的工程，提供相應(yīng)的設(shè)計計算參數(shù)(五)抗浮設(shè)防水位的綜合確定研究現(xiàn)狀目前，各規(guī)范已經(jīng)對地下水的作用引起了

15、足夠的重視，但是仍然采用最高設(shè) 防水位下的靜水壓力來計算浮力，這與現(xiàn)場實(shí)測的孔隙水壓力存在很大的出入， 并且涉及到最高設(shè)防水位的合理確定問題，按此評價的浮力作用因素對設(shè)計單位 而言也很難把握，仍屬原則性規(guī)定，可操作性差，尚有許多有待完善之處。下面是一些專家的研究狀況(1)張在明院士等人運(yùn)用室內(nèi)模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測、數(shù)值模擬以及地 理信息系統(tǒng)等手段，研究了北京地區(qū)：地下水賦存狀態(tài)的特征分區(qū)；從近50 年地下水位變化歷史過程，研究影響地下水位的主要因素；地下水位的預(yù)測預(yù) 報；典型滲流特征及其對建筑物場地孔隙水壓力分布規(guī)律的影響。認(rèn)為上述4 個方面正是合理確定基底浮力的基礎(chǔ)。(2)黃志侖大師認(rèn)為在粘性

16、土層中，靜水壓力主要依靠貫穿粘土層的孔隙傳遞，可以用孔隙率 對靜水壓力進(jìn)行打折；層間潛水不會將該層層頂相對隔水層及其以上的靜水壓力向下傳遞；承壓水的揚(yáng)力僅決定于其壓力水頭，與該層頂相對隔水層的靜水壓力無 關(guān)。在多層地下水條件下，各層地下水具有各自獨(dú)立的水位和最高水位，強(qiáng)調(diào) 對于多層地下水進(jìn)行分層長期監(jiān)測的重要性。由于在多層地下水場地的建筑物存 在各自的基底埋置深度，可能涉及不同的地下水層而有不同的抗浮設(shè)防水位。(3)李廣信教授認(rèn)為地下水中的浮力與地下水的賦存形態(tài)及地下水的流動有關(guān)，應(yīng)通過滲流計 算分析確定；將水壓力及浮力用孔隙率n折減不符合有效應(yīng)力原理，無論對于粘土還是 砂士都無理論依據(jù)；在浮

17、力計算中，側(cè)壁摩擦、飽和粘土中的負(fù)孔壓及永久排水有利于抗浮， 肥槽、墊層及裂隙可能產(chǎn)生很大浮力。(4)張思遠(yuǎn)認(rèn)為確定抗浮設(shè)防水位時應(yīng)弄清場地水文地質(zhì)條件和地下水位的變化規(guī)律；重視各含水層間的弱透水層(相對隔水層)對各層地下水位變化的影響；了解建筑物基底所在含水層層位及標(biāo)高等問題。常規(guī)取值當(dāng)有長期水位觀測資料時，場地抗浮設(shè)防水位可采用實(shí)測最高水位；無長 期水位觀測資料或資料缺乏時，按勘察期間實(shí)測最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場地地形地 貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定；場地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時，應(yīng)實(shí)測承壓水水位并考慮其對抗浮 設(shè)防水位的影響；只考慮施工期間的抗浮設(shè)防時，抗浮設(shè)防水位可按一個水文

18、年的最高水位 確定。當(dāng)?shù)叵滤x存條件復(fù)雜、變化幅度大、區(qū)域性補(bǔ)給和排泄條件可能有較大 改變或工程需要時，應(yīng)進(jìn)行專門論證。（六）地下室上浮的處理措施首先、應(yīng)盡快采取措施增加壓重和降低地下水位，減少水浮力，停止地下室 的上浮趨勢；其次、應(yīng)分析地下室上浮是否造成建筑結(jié)構(gòu)的破壞，破壞的程度是否可以修 復(fù)。大部分上浮案例的分析結(jié)果表明：由于地下室上浮是一種趨勢發(fā)展，上浮變 形較緩慢，上浮對結(jié)構(gòu)的破壞大部分是可修復(fù)的。在結(jié)構(gòu)仍可使用的前提下，要 使上浮的地下室壓回原位，最直接的方法是迅速增加結(jié)構(gòu)物的重量。若此法失敗， 則須設(shè)法消除作用于底板水浮力或進(jìn)一步清除底板下方的淤泥及側(cè)壁土壤。常用 的處理方式不外乎加載、抽水、解壓或洗砂等。加載設(shè)法快速增加地下室的重量，以克服水浮力及地下室側(cè)墻與土壤間的摩擦 力，使卡在土層中的地下室可沉回原位。簡單的加載方式可于一樓樓板上堆置重物。包括鋼筋或尚未運(yùn)離現(xiàn)場之支 撐、鋼板樁等有份量的物品，主要放置于翹起的角落，但要注意核算樓板的承載 能力。另一種快速加載的方法則是直接往地下室灌水，利用水重加壓。但加載并不 保證能達(dá)到所須的效果，增加的載重或許能克服水浮力及側(cè)墻與土壤間的摩擦 力，但淤積于底板與基地土之間的泥砂則阻止地下室下沉。繼續(xù)增加載重只會使 淤積的泥砂更緊密，進(jìn)一步