地下室上浮的原因分析与应对措施

地下室上浮的原因分析与应对措施

摘要：详细分析了地下室上浮的设计和施工方面的原因；从降低地下水浮力和增强抗浮能力两个方面阐述了地下室永久性抗浮措施和施工过程地下室上浮后的应急措施。

关键词：地下室；上浮；原因分析；应对措施

1、引言

近年来，城市中地下车库、地下水池、地下商场、地下储液罐等地下建(构)筑物的建设项目日趋增多。这些地下建(构)筑物的上部建筑根据其周围环境的规划要求，分为有地上建筑和无地上建筑两类。后者多见于城市广场及住宅区中，地下建(构)筑物的顶板上覆土后作绿化和便道，供人们休闲观赏。这种地下建(构)筑物在施工中及竣工使用期的抗浮措施若无周密考虑，往往会产生上浮现象；而带上部建筑的地下室在上部结构还未来得及施工的工况下，由于地下水浮力作用导致地下室上浮。地下室上浮，特别是大面积地下室的不均匀上浮将导致地下墙体或底板开裂，直接危害建筑使用及结构安全。目前，解决抗浮不足常用的方法基本有两种：一是压重法，即在工程内部填压重度较大的材料以增大抗浮重量；一般当结构自重与浮力相差不太多时，采用压重法解决，既经济又便于施工；二是采用抗拔桩，至于采用哪一种方法更经济、合理，要根据工程的实际情况决定。

本文结合多年施工经验和对地下室上浮的认识，对地下室上浮的原因和应对措施进行分析，以供工程技术人员参考。

2、地下室上浮的原因分析

（1）地下室上浮的根本原因

引起地下室上浮的根本原因是地下水浮力大于建筑物当时的荷重（地下室自重加上部荷载）并且缺少抗浮措施（如抗拔桩、抗拔锚杆和堆载压重等）

（2）设计上原因

①设计人员忽视了大面积地下室主体建筑上部荷重较轻的受力单元的浮力验算；如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。地下室上浮差值很大，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。②设计人员缺乏经验，浮力的设计地下水位标高取值有误或对地下水位高度估计不足。③对施工过程的不利工况未作全面分析，特别是地下室完成但上部荷载还未施加情况下突然遇到暴雨，导致地下室浮力超过地下室荷重产生上浮。④未提出施工控制要求，以致施工单位在施工过程不能有效控制或避免地下室上浮。⑤设计人员存有侥幸

心态或受建设单位影响，人为调整浮力的设计地下水位标高，致使地下室上浮。

（3）施工方面原因

①施工单位无视施工图设计要求，野蛮施工造成地下水位高出设计水位标高，地下室上浮。②抗拔桩或抗拔锚杆等存在施工质量问题，抵抗地下室上浮的承载力不足，导致地下室上浮。③施工过程太早停止人工降低地下水的措施，以致地下水水位快速上升，地下室明显上浮。④地下室顶板完成后没有及时覆土，经多次下雨后地下水水位慢慢上升，而地下室荷重未见增加，地下室上浮。⑤地下室回填土的回填质量太差无法形成有效的摩擦力，甚至导致地表水由此深入产生积水，浮力增加，地下室上浮。⑥施工场地的排水不畅地表水倒灌等导致地下室范围局部内地下水水位偏高，地下室上浮。⑦⑧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。滞后很长时间才认识到事故原因，未能在第一时间内采取有效措施，加剧了地下室和裙楼数层混凝土结构构件裂缝发展程度。

3、地下室上浮的应对措施

当发生地下室上浮事故，首先应尽快采取措施增加压重和降低地下水位，减少水浮力，停止地下室的上浮趋势，其次应分析地下室上浮是否造成建筑结构的破坏程度，制定结构修补加固处理措施。具体的地下室上浮应对措施如下。

（1）抗浮措施的经济合理性

选择地下建(构)筑物的抗浮措施应考虑经济合理性，首先应慎重分析工程地质和水文地质资料，并且区别施工阶段和竣工后使用阶段的不同工况。应根据不同原因，合理选择降水、排水，堆载压重或是增加抗拔锚杆等措施。

（2）永久性的抗浮措施

①常规构造抗浮措施。地下建(构)筑物永久性构造的抗浮措施一般有如下几种：如用加厚底板增加自重的方法，利用地下室外壁与填土的摩擦力和顶板上覆盖土的重量，利用底板外伸部分增多回填土重量等。但是这些常规性措施都有一定缺陷，如增厚底板则不经济，扩展外伸部分会受周围建(构)筑物或建筑红线限制。②抗浮桩措施。在常规性的构造抗浮措施不足时，应设置地下室底板下的桩。抗浮桩不仅增加了桩身自重，更重要的是利用桩周土体的摩阻力来抗浮。地下建(构)筑物底板下的桩，应视不同的地质条件区别对待。当底板下为淤泥质粘土、粘土类地基时，利用配筋到底的沉管灌注桩是一种比较经济合理的方法。当底板下为粉土、砂土或硬可塑类粘土或风化基岩时，可利用人工挖孔扩底桩。用扩底桩能大大提高其整体刚度，特别是底板和顶板的刚度，使上浮挠度大大减小，抗浮能力显著提高。③抗浮锚杆措施。若地下建(构)筑物底板下为粘质粉土、硬塑状粘土或风化基岩时，由于这些土层适宜钻孔注浆，故可利用注浆锚杆。如一些地下商城和大型水池的底板下即设置有钻孔的注浆锚杆。

（3）地下室上浮的应急措施

发生地下室上浮事故，首先应尽快采取措施增加压重和降低地下水位，减少水浮力，停止地下室的上浮趋势，其次应分析地下室上浮是否造成建筑结构的破坏，破坏的程度是否可以修复，根据大部分上浮案例的分析结果证明，由于地下室上浮是一种趋势发展，上浮变形较缓慢，上浮对结构的破坏大部分是可修复的。在结构仍可使用的前提下，就要想办法使上浮的地下室压回原位，最直接的方法是迅速增加结构物的重量。若此方法失败，则须设法消除作用于底板水浮力，或者进一步清除底板下方的淤泥及侧壁的土壤常用的处理方式不外乎加载、抽水、解压或洗砂等数种。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，几种常用应急措施如下。

①加载。加载即是设法快速增加地下室的重量，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须的效果，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。②抽水。地下室上浮乃因地下水位过高所引起，因此可于现场重新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。

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洗砂。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