地下室上浮与抗浮处理研究.docx

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地下室上浮与抗浮处理研究

地下室施工中的上浮与抗浮处理研究

孔清华

（浙江华展工程研究设计院有限公司）

一.概述:

高水位软地基设计广场地下室考虑高水位的浮力、地下室结构自重、地下室顶复盍土的自重、不足部分由地下室承台桩的抗拔作用，满足规范要求的地下室抗浮安全度为何地下室施工中会出现上浮？

因地下室上浮造成地下室底板、顶板的梁板及柱产生结构性裂缝？

设计文件要求地下室施工过程始终须进行降水和排水、地下室的后浇带施工须待主体结构揭顶后进行，为何后浇带施工后不久即出现地下室上浮呢？

近期连续遇到三个万平方米以上的大型地下室上浮，说明类似广场地下室抗浮问题是一个普遍问题，须共同探讨。

1．地下室甲最大上浮值达40厘米、底板钻孔排水后即回沉复位，复土荷载全部上去后计算基本满足抗浮要求，俊工后即交付使用、在连续下雨时间作者在地下室观察有严重渗水、且渗水面积有扩大趋势，施工企业局部也进行过处理、但效果不明显，这与浮力作用有关（末见沉降观察资料），因承台桩丧失抗拔作用也就失去固定支座的作用、成为可变支座或弹性支座，底板计算跨度变化、底板计算内力增大、显然目前的底板厚度而计算配筋在浮力作用下底板裂缝不断扩大直至通缝有关。

2．地下室乙最大上浮值为34厘米、明显见到地下室顶板呈拱形，地下室立柱倾钭与墙连接处离缝上大下小，最大离缝达8～10厘米、柱顶与梁连接处均为可见裂缝、底板拱起开裂等，采用钻孔排水降压，钻透地下室底板厚度即冲出压力水柱，水柱高度达2.8～3.0米，共钻了4个孔、水柱高度逐渐减小，持续排水至次日，柱与墙离缝逐渐闭合、结构裂缝闭合后难以见到、顶板和底板起拱消失，通过板底注入双液水泥浆填实板底，减少浮力达到地下室发挥正常使用功能。

3．地下室丙面积达17000平方米，地下室施工质量为优，9月20日施工后浇带后，地下室未发现有一条裂缝和一处渗水水渍，10月25日至11月1日连续阴雨渗入地下产生浮力，10月30日发现裂缝，10月31日发现裂迅速增多增宽，地面裂缝迅速增宽沿纵向引伸达百米，最大上浮值为12厘米，11月1日当即钻孔4个钻孔释放水压，水柱高达2.8米，随着水柱高度降低裂缝逐渐闭合，顶板复盖土1.3米复盖后基本平衡，因抗拔桩失效、高于计算水位是常事，原承台桩支座功能变化、底板计算内力增大，地下室板底水浮力作用下、即出现底板贯穿裂缝造成大面积渗水，当出现10年一遇高水位时、地下室会出现局部上浮造成结构开裂。

上述三个实例都发生在预应力管桩为工程桩的工程，而桩的截桩率均在80%以上，地下室上浮原因基本相同、且出现的频数很高，有必要进行上浮原因分析、采取相应的有效对策、对己出现上浮的地下室进行复位处理，满足安全、正常使用的抗浮处理与研究。

二.高水位软地基的地下室施工中的上浮原因分析与对策:

1．高水位软地基的地下室施工中的上浮原因分析:

（1）．预应力管桩截桩后与承台连接的桩抗拔功能基本丧失:

预应力管桩为工厂化生产的高压离心浇筑商品桩，质量好、强度高，但管桩的内壁为强度低的浮浆层，截桩后在管桩内浇筑锚接砼与低强度浮浆层浇结，相当于瓶塞的作用承受不了抗拔力，见图1a。

在连续下雨、雨水逐渐渗入地下、形成水头高压力相同的浮力，当浮力大于地下室结构体自重而上浮，自地下室底板底与垫层面因刷过防渗涂料而脱开，见图1b。

（2）．地下室顶板上1～1.5米厚复盍土未完成即施工后浇带:

地下室的后浇带施工后，封闭的船体已形成，因未完成复盍土自重不足、显然在水的浮力作用下将地下室上浮、而承台桩抗浮能力丧失，造成上述的地下室上浮。

上述三个工程复盖土（菏载）与工程桩（抗拔）应有的抗拔能力均未发挥而产生的，而均出现在预应力管桩为工程桩的工程，如果荷载或抗拔有一项发挥作用不会出现地下室严重上浮现象。

2.高水位软地基的地下室施工防止上浮的对策:

（1）．预应力管桩具有抗拔要求的截桩施工与连接:

预应力管桩本身具有抗拔桩功能，与其它桩相比抗拔力较小，对于截桩后仍然保持管桩本身的抗拔功能，截桩时须保留管桩的预应力钢筋直接锚入承台，截桩时须留出锚入钢筋的长度，见图2a，在设计桩顶高程切割时不伤及钢筋，用人工敲碎管桩留出钢筋，见图2b，不会伤及桩身。

（2）．避免在地下室底板底水的浸入施工:

目前常规施工在基坑底先铺碎石或块石垫层、然后施工砼垫层，自然在碎石或块石垫层形成与地面贯通的含水层，一旦地下室后浇带施工后形成封闭、板底即产生地面水位高的水头压力作用于板底，这即为浮力，如水头高为4米、即每平方米有4吨（40KPa）的浮力作用于板底，如何避免在地下室底板底水的浸入？

根据宁波地质条件地下室板底为淤泥质软土、土的渗透性极小、如直接采用砼垫层就可阻断与地面水的贯通，因淤泥质软土含水量是很高，是结合水、没有自由水就不会产生浮力，施工时开挖一块浇灌一块即可。

（3）．复盖土未完成前底板须留泄水孔:

根据施工程序满足设计要求的复盖土和后浇带施工时间是很难做到的，如果有一点地下室抗浮的基本知识、即会在后浇带施工中预留了泄水孔，就不会产生上述情况，是不化成本的小措施介决了大问题，侍顶板复盖土完成后、俊工验收前将泄水孔封闭是很方便也极容易的，所以提高施工者的专业知识教育是行业管理者的重要任务。

三．地下室上浮的工程抗浮处理研究:

1．抗浮处理研究的基本看法:

地下室上浮的工程抗浮处理是新的研究课题，所以抗浮处理问题在工程界各有各的理解、即使增加抗浮重量（增加复盖土厚度、增厚底板厚度、增补锚杆桩的抗拔力）或注浆堵塞底板底的孔隙减少浮力等，很难求得一致意见、有的问题还分歧很大，如浮力的基本概念、工程实施处理的可能性与可行性、板底次固结淤质软土固结沉降形成新的贯穿地面水层、是否须要处理、处理后的可靠性等问题，基本看法如下:

（1）．浮力的基本概念:

阿基米德原理:

排开水的体积的重量即为浮力概念不容疑问？

见图3a，对于底部局部阻挡水贯通的填密体的浮力见图3b，

浮力仅产生在板底、作用在侧壁上的水对侧壁产生侧向水压力，而对板底的浮力与侧壁水的高度有关、如相同水高、底板仅一半面积有水如图3b，则图3b产生浮力是图3a浮力的一半。

（2）．增加结构自重或抗拔力达到抗浮要求：

①.增加板顶复盖土的厚度：

视现条件许可可以增加地下室板顶复盖土的厚度，达到主体结构自重满足抗浮要求，介决了整体抗浮问题，地下室顶板的结构强度须加固，因承台桩丧失抗拔作用、也就失去固定支座的作用、成为可变支座或弹性支座，因复盖土的不均匀性、底板浮力作用下、承台桩支座位移，局部底板计算跨度变化、底板计算内力增大、原板底或板面裂缝开展为通缝，超过计算水位产生浮力时，渗水范围将扩大，还涉及结构安全，不仅影响使用，日后再处理增加难度与费用。

②.增加底板厚度使自重达到抗浮要求：

广场地下室仅占整个地下室面积约一半，如在地坪上再增加抗浮砼增加自重，而另一半也须浇筑持平高程，是否影响净空高度﹑管道走线﹑对正常使用的影响等暂且不说，工程费用略估即可知以倍而增，是否合理由业主选择。

③.恢复或增设承台桩的抗拔功能:

介决地下室抗浮机理上取得一致，但对地下室底板的破坏对使用渗水表示担忧，而且工程投资额高，工期相对较长，对底板大范围开洞对结构加固也是问题。

ａ.用静压锚杆桩增加承台桩的抗拔力。

ｂ.在底板开洞用植筋的方法将预应力管桩与承台连接，恢复承台桩的抗拔力。

（3）.对于地下室底板底淤泥质软土的固结沉降问题:

地下室底板底淤泥质软土的固结沉降仅次固结土存在固结沉降，宁波在北仑部分地区存在次固结土，此外均为正常固结土，本工程淤泥质软土是正常固结土并经数千年沉积，地下室土方开挖约每平方米8吨荷载卸载，建筑物荷载由桩传递至深层土层，土面层为零荷载，淤泥质软土如何还会沉降呢？

当淤泥质软土面层有一定荷载方能促使软土压缩促使土的固结，才会有沉降。

经数千年原每平方米8吨荷载作用在淤泥质软土上不产生沉降，卸载后土的沉降是从哪里来的，但桩基还有沉降量，还存在板底与淤泥质软土紧密结合，完全阻断水贯通缝隙，

2．地下室抗浮处理堆荐方案:

对于即将俊工验收的地下室上浮问题的处理方案，对比了增加地下室结构自重抗浮的众方案，结合工程实际情况与交工工期、工程处理的费用，选择了减少浮力的方案为最优，对方案的可靠性已作了说明，己在设计文件上详细说明，略

四.结语:

1．广场地下室计算水位绝对标高2.5米，相当于±0.00以下0.7米，室外地坪以下0.25～0.40米，计算结构自重加上复盖土的菏载与浮力基本平衡，承台桩的抗拔力为安全储备，目前承台桩的抗拔力全部丧失，不仅没有安全储备，承台桩支座作用改变，底板的计算内力增大，底板断裂安全度成为主体、日后连续雨天、地下室大范围渗漏不可避免。

2.地下室底板上加厚层砼自重抗浮、锚杆桩或植筋锚拉恢复抗拔力均能有效介决地下室抗浮问题，也介决了地下室底板承台桩的支座作用问题，涉及净高、管线穿越、局部加厚能否正常使用等问题、工程处理的费用与工期、大面积地下室底板开洞涉及渗漏与结构补强问题。

3.采用双液注浆填实地下室底板下与土层的空隙，阻断水的贯通，在广场地下室处大面积双液注浆填实作业，使有效浮力大幅下降，作用于地下室底板下的水浮力荷载消失或存在于局部，确保地下室底板安全，加上复盖土菏载与浮力基本平衡，目前双液注浆填实抗浮补赏足大于原抗拔桩的抗拔力，说明抗浮处理是安全可靠的，日后不可能出现软土沉降造成大面贯穿水层形成的浮力。

4．连续处理三个大型地下室抗浮问题，均采用预应力管桩截桩连接抗拔力失效，均是地下室板顶未施加复盖土而施工后浇带引起的，如果有人提出施工后浇带时预留一个泄水孔，上述三个地下室完全可安全无事地进行施工直至俊工，仅仅是后浇带施工时须预埋泄水钢管的小建议，可以避免地下室上浮带来一糸列工程问题，我们是否需思考些什么？

如能灵悟也是收获。