欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

施工过程中地下室抗浮问题的常见做法和应急措施

663 2021-01-06 09:49:52

[摘要]当前许多城市进入地下空间开发利用的新时期,作为城市的重要载体,建筑工程无一例外地在开发利用地下空间上做足了功夫,在此过程中,无论是规划设计者、建设施工者,还是最终使用者,均在各个环节上关注着地下空间的防水防渗,但每个工程均或多或少存着防渗堵漏的加固补救过程,这里不能简单地说,勘察、设计或施工不符合要求,本文从施工者的角度分析探讨,地下室底板完成至上部结构施工期间和覆土完成前,这段时间的水位变化和抗浮措施。

[关键词]施工 地下室 抗浮 水位


一、抗浮设计概况

  设计师考虑的是建筑物建成后的抗浮验算,为防止地下室整体上浮通常采用三类做法,一类为“压”,一类为“拉”,一类为“消”。

  当采用“压”的做法时,利用建筑的自重(包括结构及建筑装修、上部覆土等,不含楼面活荷载)平衡地下室水的总浮力,设计要求如下:

  Nwk ≤ γGk(公式-1)

  式中Nwk——地下水浮力标准值;

  Gk——建筑物自重及压重之和;

  γ——永久荷载的影响系数,取0.9~1.0;

  当不能平衡时,必须增加“拉”的做法,即采用桩或锚杆等来抵抗地下水的浮力,

  “消”的做法就是采取疏、排水措施,将地下水控制在预定的标高以下,减小或消除地下水对建筑物的浮力,从而达到建筑物抗浮的目的。

  现在多数地下室上部均有建筑物,在整体抗浮满足要求的前提下,还需对局部抗浮和强度进行验算。

  施工期间抗浮设计的稳定性应符合下式要求

  K=GK/FW≥1.05 (公式-2)

  式中 GK——地下室结构和上部结构物自重,GK≈地下室混凝土用量*2.5T/m3;

   FW——地下水对地下室的浮托力,FW=γwhwA;

   γw——水的重度;

   hw——地下水位至底板底面的距离。地下水位取施工期间可能出现的最高水位,必要时也可取室外地面标高;

   A——地下室水平投影面积


二、地下室施工各阶段水位的变化和控制措施

  地下室施工分为地底施工阶段,地下室墙板和顶板施工阶段,上部结构施工阶段及回填土施工。

  水位变化和控制措施一览表 表1

  地下室施工阶段 水位的变化 主要控制措施 备注

  地下室底板施工阶段 水位在地下室底板以下500mm 降水、排水、阻水 降水措施发挥主要作用

  地下室墙板和顶板施工阶段 水位在作业面以下变化

  水位受降雨量影响较大 明沟排水

  部分基坑采用降水井和止水措施 阻水措施对雨水无影响;

  排水措施发挥重要作用

  上部结构施工阶段及回填土施工 水位在地表以下波动

  水位受降雨影响和土体渗流影响较大 回填土前明沟排水

  回填土后无降水措施或停止降排水措施 无有效的降排水措施,水位变化明显。


三、施工过程中的常见做法及其对抗浮的影响

  (一)砖胎模对抗浮的影响

   在地下室施工中经常会采用砖砌体作为地梁、承台、集水井、电梯井等板底结构的模板,但在砌筑砖胎模时,需增大基坑的开挖面,砌好承台后进行周边土方回填,且回填时均为虚土回填,地下室底板完成后,这些部位成为地下水的渗流通道,给水浮力的形成提供了条件。

  改进措施:1、地下室承台和地梁设计采用放坡式,浇筑混凝土垫层;2、地下室周边底板面以下土方采用粘土分层回填夯实;

  (二)先置式后浇止水带对抗浮的影响

  为了保证施工环境无水作业,防止地下水对后浇带钢筋的浸蚀,地下室后浇带均采取先置式止水措施,使地下室在后浇带浇筑前形成了封闭的容器,这样水位的变化直接引起浮力的变化。

  改进措施:1、在地下室外墙的后浇带部位留设泄水孔,当地下水位上升至一定高度后向地下室内泄水;2、在基坑周边回填前埋设好降水井,必要时进行降排水。

  (三)基坑周边回填土对抗浮的影响

  多数项目部在地下室防水和防水保护完成后,均急于进行基坑周边的回填,回填后可以确保基坑和边坡的稳定,可以形成较大的施工作业场地,可以进行文明施工的场地布置;

  回填后却忽略了对地下室浮力的控制,基坑周边回填基本采用机械回填,很少有项目能做到分层夯实,其透水性较高,由于施工期间场的排水系统还未形成,降水后场地内的雨水大部分通过渗流进入到基坑周边的土壤中,水位明显升高,而我们却浑然不知,地下室的浮力平衡被悄然打破;

  忽略了回填土对地下室外墙的侧压力,有些项目在进行基坑周边土方回填时,地下室后浇带尚未到浇筑时点,土方回填后形成相应的侧压力,在侧压力作用下地下室会发生水平位移或变形,当位移和变形超过一定限值,将会形成结构的永久变形。

  改进措施:

  1、地下室周边回填前埋设降水管井,在水位上升后可进行降水;

  2、地下室周边回填实行分期回填,回填到满足GK/γwhwA≥1.05的水位高度hW时停止回填,并在周边设置积水井,及时排除地表渗流水;

  (四)地下室顶板覆土对抗浮的影响

  地下室顶板的覆土是对抗浮力的有效措施,但多数项目的地下室顶板覆土是在地下室完成较长时间后,基本是在项目竣工验收前1~2个月进行覆土施工,其间有可能因为雨水的影响地下水位发生过较大的变化,造成地下室的整体上浮或局部上浮,但很少有项目会在地下室覆土前进行检测。有些项目出现回填前不渗水的地下室,覆土后发生顶板或底板渗水现象;或者发现已经堵漏的部位及附近产生新的裂缝。

  改进措施:

  1、后浇带施工完成后1 个月内完成地下室顶板的防水堵漏施工,当强度达到设计要求时立即进行地下室顶板的覆土施工;

  2、做到分层均衡填压,建议采用小型履带式推土机和轻型运土车进行地下室顶板覆土作业;

  3、覆土作业前进行地下室顶板的抗浮情况检测,测量地下室周边地下水位和地下室顶板沉降变形情况,确认无抗浮失效情况的发生。

  (五)地下室周边防水保护层对抗浮的影响

  作者在实际施工中与相关设计人员探讨地下室抗浮时,设计人员提到基坑周边回填土的设计思路,要求基坑周边800mm范围内采用三合灰土、粘土或亚粘土回填,通过分层夯实达到防止地表水渗流的作用,但实际施工时有几个问题值得注意:

  1、地下室周边在回填前已被或多或少地填放了结构施工基间的建筑垃圾;

  2、地下室外墙防水施工后均设有防水保护层,一般采用聚苯保温板和砖砌体,这已经形成了渗水缝隙;

  3、由于地下工程体量越来越大,地下室周边的土方回填量较大,人工回填分层夯实几乎不可能,多数采用机械回填,“自行水实”的方法;

  (六)基坑周边阻水措施对抗浮的影响

  深基坑周边常采用阻水措施,使地下室与周边水文地质环境阻隔开,原有地下水位与水文资料的有效性大大降低,地下室周边水位的变化主要受降水影响,

  如计算一次降水对水位的影响可采用以下计算模型:

  H=S1*hw/S2

  式中:H——基坑周边水位的高度变化

  S1——地下室周边阻水所形成的围挡面积(可通过CAD图形计算)

  hw——天气预报的降水深度

  S2——地下室周边围挡至地下室外墙之间的间隙面积(可通过CAD图形计算)


四、较常用的抗浮失效应急措施

  (一)加载

  加载就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,包括钢筋等份量较大的物品,但要注意核算楼板的参载力;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。但加载并不能保证达到预期的效果,由于淤积于底板和地基土之间的泥砂会阻止地下室下沉,很难保证地下室复位。

  (二)抽水

  地下室上浮是因为水位高所引起,在基坑周边打设抽水井以降低地下水位,但由于地下室周边土层的作用,仅靠抽水并不能令地下室复位,还需配合加载和洗砂等措施。

  (三)解压

  某些地下室因土层特性和场地限制无法抽水,可采取在地下室底板上开孔的方法解除水压,必要时再辅以洗砂和加载的方法。

  (四)洗砂

  洗砂就是以上方法无法达到预期效果的情况下,通过在地下室侧壁和地下室底板设置洗砂孔,以降低侧壁土体对地下室的摩力,冲散地下室底板下方淤积的泥砂,使上浮的地下室缓慢复位后,再用注浆的方法充填底板下的空隙。