设计施工中要提高对地下水浮力危害的认识

刘平

（甘肃省城乡规划设计研究院，兰州 730030）

设计施工中要提高对地下水浮力危害的认识

刘平

（甘肃省城乡规划设计研究院，兰州 730030）

某工程地下车库在接近完工时，观测发现地下车库底板上拱，导致主要结构构件产生了较大的破坏变形，综合分析了产生变形的原因，通过计算对比分析两种工况下车库底板的受力及变形情况，结果表明，是由于在未进行覆土回填的情况下，提前停止了降水，由于地下水浮力的作用，导致了结构构件的破坏。强调了在地下水丰富地区的地下室施工顺序及严格控制停止降水时间的重要性。

抗浮；车库覆土；防水底板；地下水

0 引言

近年来设计上对地下水浮力可能对建筑物造成的危害已有了充分的认识，地下水丰富地区，对单层地下建筑抗浮验算已是必不可少的设计环节。但由于施工时对水浮力未能引起足够的重视，加之施工顺序不当，造成的工程事故并不少见。本文通过对某一工程实例的介绍与分析，以提高人们在设计及施工中，对地下水危害的认知度，避免或减少此类工程事故的发生。

1 工程情况介绍

1.1 工程概况

某居住小区项目，由2栋32层住宅楼及1层地下车库构成，主楼地下2层为设备用房，其余为单层地下车库，建筑平面见图1。地面建筑室内外高差0.30 m，地下车库层高为7.2 m，建筑剖面见图2。

图1 建筑物平面布置图

图2 主楼与车库剖面图

地勘报告提供的初见水位位于室外地坪下3.3～3.8 m，稳定水位为3.0～3.5 m间，属于潜水，略具承压性。

1.2 防水底板的设置及抗浮设计

高层住宅采用剪力墙结构体系，筏板基础；地下车库为框架结构，采用独立基础+防水底板，车库地下室防水底板板厚400 mm，混凝土强度等级C40，车库最大柱网尺寸8.4 m×8.4 m。抗浮设计水位为-2.6 m，地下车库防水底板板底标高-10.80 m。根据抗浮计算结果，设计需增加配重以抵抗地下水浮力，车库底板以上回填土厚度1.4 m，车库顶板回填土厚度1.5 m，共计增加覆土厚度2.9 m。

1.3 停止降水后结构构件产生变形破坏

本工程2014年初主体结构已经封顶，围护结构墙体基本施工完毕。8月初车库与高层主体间沉降后浇带浇筑完毕，施工单位在未对2#楼东侧车库（B区）顶板及底板的覆土进行回填就停止了降水。降水停止仅10 d左右车库B区底板就出现了较大的上浮变形，最大变形量达270 mm，目测可见主体结构地下室框架柱发生倾斜，柱底部由于变形出现烂根，柱根部混凝土被压碎，车库底板出现裂缝，墙体局部出现斜裂缝。由于框架柱被顶起，与之相连的上部主框架梁发生变形，车库顶板亦产生较多的斜裂缝，见图3。

图3 结构构件变形破坏图

图4 车库底板上浮变形曲线

经分析对比发现，上浮变形存在一定的规律性，在车库四周变形小，中间变形大，变形呈现倒锅底形，根据现场所布置观测点，绘制出车库底板上浮变形曲线（图4）。从曲线的形状分析，之所以车库底板变形呈现倒锅底形，即中间变形大，两侧变形小，是由于车库外围为350厚钢筋混凝土墙体，且已进行了外围基坑土的回填，墙体与基坑回填土间存在较大的摩擦阻力，限制了外围墙体在水浮力作用下的变形；而车库中间部位，由于停止降水前未进行回填土的配重，减小了车库底板的恒荷载，使整体结构的刚度降低，车库底板的抗变形能力变差，不利于抗浮，因此车库中间底板变形较大。

2 整体抗浮验算

图5 抗浮计算简图

3 事故原因分析

发现问题后立即开始降水，经过近一个月时间的降水，通过沉降变形的观察分析发现，随着水位的下降，车库底板变形不再发展，并出现了少幅的回落，最大回落值为60 mm。对比底板最大上浮变形量270 mm，仍存在残余变形210 mm无法恢复，分析原因，是因为此时结构底板中已存在有大量的混凝土裂隙无法闭合，并且底板中的部分受力钢筋由于变形过大，已经屈服破坏，无法恢复。此时防水底板已失效。

现场发现，在车库A区底板上堆积了4米多高的未进行夯实的施工堆土，该区未出现车库底板上浮，结构构件变形破坏等情况。分析原因，正是因为该区域车库底板堆积的施工堆土产生的恒载很好的抵消了地下水浮力，抑制了底板的上浮变形，从而使该区域车库内的结构构件未产生破坏变形。

可以看出，造成本次事故的主要原因是由于施工中未能严格按照设计图纸要求程序进行施工，在未进行车库顶、底板覆土回填的情况下，提前停止降水时间，地下水上升致使车库底板及主要受力构件发生较大的变形破坏。

4 两种工况下的计算结果对比分析

采用盈建科基础设计有限元分析软件，在两种工况下分别进行计算，第一工况为：未考虑车库覆土荷载作用；第二工况：考虑车库覆土荷载作用。结果对比分析见表1。

根据以上图表可知，工况一作用下，车库整体抗浮不满足求；防水底板最大位移为工况二作用下的两倍，防水底板每米宽度内跨中弯矩值弯矩值X向和Y向分别为工况二作用下的2.5和3.6倍。

表1 两种工况下的计算结果对比分析

5 结语

由此案例可知，由于对地下水浮力的危害没有引起足够的重视，施工程序上的一个小的过失，致使该车库主体结构在未交付使用时就出现了较大的变形破坏，造成了不必要的经济损失。

因此设计对地下水丰富地区的单层地下建筑物，必须注重抗浮验算，计算中应预留一定的余量，以免地下水升高，导致地下建筑产生较大的上浮变形，使结构构件产生较大变形破坏。同时在进行技术交底时须对施工单位加以强调，提高对降水重要性的认识，明确停止降水的时机，以免造成不必要的工程事故。

[1]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]沈小克，周宏磊，王军辉，等.地下水与结构抗浮[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

TU46

A

1673-1093（2015）02-0063-03

刘平（1960），男，高级工程师，一级注册结构工程师，毕业于中国人民解放军铁道兵工程学院土木工程专业，就职于甘肃省城乡规划设计研究院。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.015

2014-10-30；

2014-11-04