兰州某地下车库抗浮破坏原因分析

杨映东，冯炳超，肖 刚，孔德政

（甘肃省建筑科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730050）

近年来，地下车库因抗浮设计水位或抗浮措施不到位引发的工程事故不少，该类工程事故主要表现为地下水处于高水位时，地下室底板受地下水浮力作用导致地下室底板向上隆起、地下室底板破裂，柱脚处尤为严重，地下室框架柱受双向压力作用剪切破坏等，该类工程事故严重影响了地下室的正常使用，严重时影响地下室结构的安全性。

本文以兰州某工程为实例，分析导致该类事故的发生的原因，并对该类问题的工程处理提出处理意见，供同行参考。

1.工程概况

该场地地貌元属黄河河漫滩，地下车库紧邻黄河，西北侧距黄河边约35m~50m。该场地地理位置示意见图1。地下车库采用钢筋混凝土柱下独立基础，北侧、西侧部分采用泥浆护壁机械钻孔灌注桩，持力层均为卵石层，板底设100mm 厚C20素混凝土垫层,每边扩出基础外缘100mm。见图2“地库基础平面图”。

图1 场地位置示意图

图2 建筑基础平面示意图

2.地下水水位对比

2.1 区域水文调查

根据黄河水文兰州站观测，黄河兰州段洪水一次历时平均为40 天，最长可达66 天，最短也有22 天，实测洪峰流量一般为4000~6000 m3/s。

1946 年，兰州站实测最大洪峰流量达5900 m3/s；1981 年大洪水兰州站洪峰流量为5600 m3/s，但如果没有龙羊峡水库施工围堰挡水和刘家峡水库拦蓄，兰州站洪峰流量可达7090 m3/s；据调查考证，兰州最大历史洪水发生在1904 年，兰州站洪峰流量达8600 m3/s。

兰州站2018 年最大流量发生在7 月，为3600 m3/s。2019年最大流量发生在7 月，为3660 m3/s。2019 年12 月最大流量为1090 m3/s，平均流量709.4 m3/s。2020 年1 月截至1.6 日，最大流量606 m3/s，平均流量542.5 m3/s，处于枯水期[1]。

2.2 抗浮水位依据

①根据2020 年1 月1 日~1 月7 日现场实测[2][3]，该场地旁黄河水位标高约为1478.53m，根据对岸沿黄河岸的构筑物上留下的洪水水印（图5）和周边走访，近两年来场地旁黄河最高水位约1483.2m。

②1981 年最高水位约为1485.5m（1981 年场地北侧道路为淹没区，道路标高为1485.56~1485.64m）。

③本场地室外地面标高为1483.9m。

按规范要求，该场地抗浮设计水位应为1485.5m；因该项目室外地面标高为1483.9m，故该项目抗浮水位可按1483.9m进行设计。

补充勘察期间场地东北侧约40m 处正进行施工降水，抽出的水直接排放于距场地东北侧约40m 的农田中，对场地北侧水位的量测结果有一定影响[4]。

2.3 场地地下水实测对比

补充勘察期间（2019 年12 月24 日~12 月30 日），所有勘探点均出露地下水，地下水埋深4.37m~5.68m，水位标高1478.16~1479.04m。地下水主要赋存于细砂和卵石层中，属潜水类型。地下水与黄河水的水力联系单一，枯水期地下水补给黄河水，丰水期黄河水补给地下水，地下水流向自西向东。

表1 两次勘察期间水位标高及抗浮水位标高

2.4 气象资料

2019 年汛期黄河上游降水多，黄河流域甘肃段较常年同期偏多25%，为近6 年最多，降水日数近25 年最多，持续降水导致黄河上游水位不断上涨，龙羊峡、刘家峡水库加大泄洪量，根据黄河兰州水文站监测，2019 年7 月15 日出现近38 年来最大洪峰（仅次于1981 年）。

综合以上分析，场地西北侧距黄河仅35~50m,场地水位主要受黄河水量变化控制，枯水期与洪水期水位相差较大。勘察设计除了以现场实测水位为依据，还应考虑全年水位变化，将水位变化对场地建筑物的可能影响分析清楚并制定相关抗浮措施。

3.工程地质条件

3.1 地层结构概况

根据现场钻探揭露，场地地层自上而下主要为第四系全新统人工堆积物（素填土）及冲洪积物（黄土状粉土、卵石）。基坑周围土层以素填土、黄土状粉土、细砂及卵石为主，地下室基底为卵石。

3.2 抗浮及防水板配筋验算结果

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 第5.4.3 条的规定，经计算，防水板区域抗浮Gk/Nw,k=0.92，小于抗浮稳定安全系数1.05，抗浮稳定性不满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 第5.4.3 条“建筑物自重及压重之和与浮力作用值得比值不小于抗浮稳定安全系数1.05”的要求。同时，防水板柱下板带计算配筋量为380~2490mm2/m，跨中板带计算配筋量为380~2490mm2/m，柱下板带及跨中板带实际配筋为770mm2/m，部分柱下板带和跨中板带实际配筋量不满足计算配筋量。

3.3 地下室底板漏水原因分析

表2 地下室底板渗漏原因分析表

基础结构相关构造要求1（软垫层）防水板下应设置软垫层；软垫层的设置及性能控制是独立基础加防水板受力合理是否的关键[10]，目的是确保防水板不承担或承担少量地基反力。主要相关因素据查阅图纸，防水板下设计了软垫层（虚铺100mm 厚水泥炉渣垫层）。据调查，防水板下施工时未施工软垫层。基础结构相关构造要求2（配筋）1、地下车库出现了大量环柱裂缝，地下水从柱根部位上冒；2、防水板局部有隆起现象，最大隆起100mm。主要相关因素独立基础配筋设计时，采用的弯矩值M 为配筋的决定因素：AS=M/(0.9h0fy)1、防水板的配筋由水浮力控制时，受力配筋的最小配筋率按《混凝土设计规范》8.5.1 条[11]；2、柱边缘独基的配筋计算时，采用的弯矩值应含两部分：①基底平均压力设计值引起的弯矩；②防水板抵抗浮力引起的弯矩。防水板裂缝宽度验算裂缝宽度的验算和配筋有关，而配筋由弯矩M决定。主要相关因素弯矩取值影响裂缝验算柱与基础交接处受冲切承载力验算冲切力计算时，地基土净反力与上部荷载有关，与浮力无关[12]。非相关因素 /地基持力层及地基沉降持力层为卵石层，无明显沉降迹象卵石层沉降小；原勘察报告持力层与实际情况相符。非相关因素可排除地基持力层因素引发的基础破坏。水文及地貌影响2019 年夏季水位上涨幅度大场地地面低，近两年内降雨量大，导致黄河流量大，7 月黄河水位升高导致地下水位上升。主要因素场地低洼且临近黄河，易受黄河洪水影响。

通过上述分析计算，场地底板抗浮设计参数选取不合理，不能满足工程需要；施工阶段，防水板下未按施工图纸设置软垫层，防水板受部分地基反力影响，对建筑抗浮能力造成影响。

4.结论

抗浮设计水位提供不准确或未提供。详细勘察时处于枯水期，勘察报告未提供抗浮设计水位，而场地的洪水水位远高于枯水期地下水水位，该场地临近黄河，受黄河水影响大，因此，设计采用的抗浮水位偏低。底板抗浮设计参数选取不合理。柱根处弯矩及配筋设计不足，独基加防水板柱根处独基弯矩设计值应为基底平均压力引起的弯矩与防水板抵抗浮力引起的弯矩的叠加，弯矩值不够导致柱脚破坏，独立基础配筋设计时，采用的弯矩值M 为配筋的决定因素AS=M/(0.9h0fy)。未严格按照设计图纸施工。据查阅图纸，防水板下设计了软垫层（虚铺100mm厚水泥炉渣垫层）。据鉴定调查，防水板下施工时未施工软垫层。独基基础加防水板结构软垫层的设置及性能控制是独立基础加防水板受力合理是否的关键，目的是确保防水板不承担或承担少量地基反力。而实际未采用软垫层，使受力模型改变。

5.加固建议

在复核整体抗浮稳定性后，在地库净高不影响使用功能的情况下，先对渗漏部位进行防水堵漏，并进行清污处理；然后在地库现状底板上加一层钢筋混凝土现浇层，并与柱基合理连接，新加现浇板厚度及配筋应根据抗浮计算及结构受理特点决定。

6.结语

地下建筑物或构筑物基础底面位于地下水位以下或者地下水变化幅度范围以内时，应严格按照规范采取抗浮设计，勘察单位应综合采取多种手段确认抗浮设计水位，为设计单位抗浮设计提供真实有效的参考依据，施工单位、建设单位应严格按图施工，不得以节省造价为由降低施工标准或者单方面取消抗浮构造措施，才能避免类似工程施工的发生，才能保证工程建设者和使用者的合法权益，才能保证建设单位的投资效益。