地下室抗浮设计中的几个问题讨论

摘要：许多地下室因水浮力而导致结构整体上浮或地下室底板局部隆起，造成工程事故和经济损失。本文对这些工程事故产生的技术因素进行归纳总结，与同行共同探讨。
近几年来，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，最大上浮高度达到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，有些构件丧失承载能力；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，造成了不良的社会影响和财产的损失。本文对这些事故的产生原因归纳总结成以下四个方面，与同行们共同讨论：
一、抗浮设计基本概念在多个地下室因水浮力作用而引发的工程亊故中，发现有些设计人员对地下水的作用认识不足，抗浮设计的基本概念不够清晰，
常见的有下列几种情况：
1）重视地下室的梁、板、柱、墙的结构构件设计，忽视整体结构的抗浮验算分析，忽视施工中的抗浮措施，认为具有上万吨自重的地下室怎么会浮起来呢？
2）地下室底板裂缝、漏水，甚至成为地下游泳池，把某些实质上是由于地下水的作用力远大于手里构件的设计荷载而造的工程事故，归咎于温度应力作用或砼施工质量。
3）对于基底为不透水土层的地基（基岩、坚硬粘土），深基坑支护又采用了止水帷幕或桩、锚、喷射混凝土联合支护，忽视地表水可能引起的水浮力作用。试想万吨级以上大船能在江、河、海中航行，可见水的作用力之大。
地下室底板和侧墙形成了一个密闭的空间，就像一条“船”，它的水浮力是它浸泡在水中的体积乘以水容重。例如，一个50×100m的地下室，水位浸泡高度为5m，它的浮力为25000吨，而一般独立的两层混凝土地下室的结构自重约为15000吨，若不采用相应措施，必然上浮。地下室的抗浮设计就是要使这个船既不上浮，船身又不被破坏。因此，地下室的抗浮设计必须进行整体抗浮和局部抗浮验算。为防止地下室整体上浮，我们通常采用三类做法，“压”、“拉”和“压拉并举”。
“压”就是利用建筑的自重（包括结构自重、建筑装修、上部或四周覆土等，不含楼面活荷载）平衡地下室水的总浮力；“拉”就是设置抗拉桩、锚杆等，强制拉住建筑防止上浮；“压拉并举”就是利用建筑自重不能满足抗浮要求时增加“拉”的做法，即采用桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力。
无论是“压”还是“拉”的做法，除了对梁、板、墙、柱结构构件的强度、变形和裂缝验算外，还必须进行抗浮验算，保证压力或拉力大于水的上浮力，即满足静力平衡条件
[转载]地下室抗浮设计中的几个问题讨（一）。抗浮验算中，应分别进行整体和局部抗浮验算。特别是对于大面积地下室，其上部建有多栋高层和低层建筑，建筑自重不均匀，当上部为高层或恒荷载较大时，该范围的压重较大，而上部没有建筑或建筑层数不多的范围，压重可能不能平衡水浮力的作用，因此应进行分区、分块的局部抗浮验算。
然而，有些设计人员只对地下室底板的梁、板、墙在地下水浮力荷载作用下的进行强度、变形和裂缝计算，而缺失地下室的抗浮设计意识。虽然在一些无地下水的工程中未发生工程事故，但当有地下水作用的工程，地下水会给地下室结构带来严重破坏，且难以进行复原处理。又如，有些设计人员利用上部结构自重抗浮，只计算上部结构总自重标准值大于总的水浮力设计值，就认为抗浮设计满足要求，未分析其上部自重荷载的分布和抗浮力的传递途径，造成局部范围因抗浮压力或拉力小于水浮力，导致底板隆起，甚至造成地下室及上部结构构件大面积破坏。
再如，在地下室底板计算中只验算强度不进行变形的裂缝宽度的计算，造成底板产生裂缝，漏水严重，形成“地下游泳池”。更值得一提的是，有些设计人员和施工人员对地表水作用认识不足，当地下室地基为不透水的岩层且支护严密的基坑，认为不存在水浮力，造成施工期间或使用期间地下室上浮破坏的盲点。此类基坑一旦暴雨来临，地面的地表水可能流入基坑，低洼场区或城区地下下水管道复杂的地段，极易形成“脚盆”效应，基坑成为“大脚盆”，地下室就是“小脚盆”。
在施工过程中，若未及时，水的破坏力较之四周松散的土层的基坑更严重，因为水易进难出；另一方面，若对四周回填土的施工没有进行认真处理，不能形成止水带，在使用期间同样会产生“脚盆”效应。
有些设计人员和施工人员对“脚盆”效应认识不足，设计图纸对施工时抗浮措施的要求只字不提，施工人员在施工过程中不关注降水或在抗浮结构未达到设计预定目标时就停止降水，该类地下室上浮事件在南方地区时有发生。产生上述现象的主要原因，除缺乏经验外，主要是对我国现行的技术规范，规定还不熟悉。
例如《地下室防水技术规范》在第10章中明确规定了，“明挖法地下室防水施工时，地下水位应降至工程底部最低高程500mm以下，降水作用应持续至回填完毕”。 建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》的第4.4.3条第8款中，规定了“地下室抗浮（防水）设计水位及抗浮措施，施工期间的降水要求及终止降水的条件等；”应在结构设计说明中明示，这些规定是经验的总结，我们应该按照相关规定做好地下室的抗浮设计和施工的抗浮措施。