上層滯水對地下室結構的影響及處理措施

江西建工第一建筑有限責任公司 南昌 330001

1 工程概況

某工程為地下1 層、地上3 棟33 層的框架剪力墻結構，地下室建筑面積為10 817 m2，長131 m，寬82 m。基礎為沖擊成孔灌注樁，地下室底板設計為無梁樓蓋形式，底板厚300 mm，純地下室基礎為一樁一承臺，外剪力墻厚300 mm，頂板厚250 mm。主樓與地下室之間設有沉降后澆帶，沉降后澆帶之間設有膨脹加強帶。地下室混凝土強度為C30，抗滲等級為P6。

根據地勘報告和現場開挖情況，該地塊坐落在袁河沖擊二階地上，上部為雜填土，下部為粉質黏土、粗砂及碎石土，場地的地下水主要為孔隙潛水及上層滯水，下伏基巖裂隙水，地下水位埋深0.00～6.8 m，標高71.75～83 m，綜合區域的水文地質單元地下水動態變化規律和勘探期間是雨季的情況，地下室抗浮水位設計按照79 m考慮。地下室在上年的7月份全部完工，在次年的3月份巡查時發現非主樓部分地下室頂、底板中部隆起及部分框架梁柱出現裂縫，裂縫最寬處為1.5 cm。此時主樓結構已施工至26層、31層。經檢測單位對地下室混凝土進行取芯檢測，發現混凝土強度已達到設計要求的C30，水泥穩定性滿足規范要求。

通過參建各方的初步分析，造成地下室隆起的原因可能是地下水位的浮力引起所致。現場在地下室底板設置了2 個泄水孔，噴出的水柱高達1.6 m，見圖1。經現場監測，在采取泄水孔排水約1 d以后，地下室頂板和底板隆起現象立刻有了很大的改變，裂縫也大部分變窄，見圖2。

圖1 地下室底板開孔泄水水柱

圖2 泄水前后柱裂縫寬度的前后變化

2 地下室隆起原因分析

通過采取泄水孔降低地下水位后，地下室頂板、底板隆起和梁柱裂縫的變化情況，證實了造成地下室隆起的原因是地下水位的上升產生的浮力超過設計的抗浮能力所致。根據地質勘探報告顯示的地質情況、當地的氣候條件和地下室周邊的情況，引起地下水位升高的原因主要有以下幾個方面：

（a）在該年的2～3月上旬，該地區持續了近1 個月的降雨，而工程場地坐落在袁河沖擊二階地上，整個場地地勢比較低，地下室基坑周邊回填土又不密實，地下室頂板及周邊道路上的地表雨水、地下水及施工用水通過回填土和地下室外墻之間的縫隙涌入地下室周邊，并且該地下室的外圍場地土主要為粉質黏土，為弱透水層，涌入地下室周邊的水排不出去，滲入到地下室底板下面，造成地下水位不斷上升。

（b）在該地下室東約50 m處有一人工湖，水位在80.7 m，場地淺部填土層厚3～4 m，該地表水補給地下水，同時抬高了周邊地下水的水位。根據在基坑東西兩側布置的水位觀測情況，西側孔的地下水靜止水位標高在78.1 m，東側距人工湖較近的孔的地下水靜止水位標高在79.9 m，東側距人工湖較遠的孔的地下水靜止水位標高約在78.84 m。根據上面的水位標高情況，說明人工湖會對周邊地下水的水位產生影響。

（c）根據泄水孔噴出的水柱，當時地下水的水位標高超出了原設計的抗浮水位。原設計地下水抗浮水位為79 m，地下室自重可抵抗地下水浮力，地下室頂板覆土以后可抵抗4 m左右的水浮力，即使地下水位上升4 m也能夠抵抗地下室的整體上浮。但當時地下室還沒有全部施工完，非主樓部分地下室的頂板未覆土，當地下水位達到一定高度，水浮力就超過了地下室的抗浮能力，造成非主樓部分地下室從周邊往中部隆起，框架柱向中間傾斜，梁柱呈現斜向和水平裂縫。而主樓部分由于上部結構已施工至26層、31層，主樓部分的自重能抵抗地下水的浮力，因此該部分地下室未出現裂縫。

3 處理措施[1,2]

3.1 對地下水位的處理

地下室上浮主要是由于上層滯水的水浮力積聚到一定程度而造成的，為減少地下水對地下室的影響，在地下室頂板未覆土之前解決的關鍵就是控制地下水位的上升和地表水的滲入。針對本工程的情況，在對地下室處理之前，首先挖除地下室周邊不密實的回填土，并用黏性土和灰土分層夯壓密實，同時做好地下室周邊的排水措施。其次在地下室周邊和內部設置降水井降低地下水位。在地下室內利用底板鉆的2 個泄水孔和集水井排水，在地下室周邊間隔50 m各鉆1 口降水井，在降水的過程中應密切關注是否對周邊的建筑物和道路產生影響，并做好排水措施。通過采取以上措施，地下室頂底板的隆起部分已基本下沉至原來的設計標高，之前有的細小裂縫也基本看不到，傾斜的框架柱也恢復至垂直狀態，裂縫的寬度也變窄了，最大的裂縫在5 mm以內。

3.2 對地下室裂縫的處理

在裂縫處理之前，首先對地下室結構構件的裂縫進行檢查，明確哪些部位的裂縫屬于結構破壞，哪些屬于非結構破壞，針對不同的裂縫采取不同的處理措施。

（a）對于結構構件的非破壞性裂縫，根據裂縫的大小及裂縫的分類采取環氧樹脂膠泥表面封閉、壓力灌環氧樹脂漿液補強等進行處理。

（b）對較大斜裂縫和水平裂縫的柱子，屬結構破壞，需對其進行植筋、包鋼進行加固。對于柱表面混凝土破壞比較嚴重的采取植筋加固的方法，在鑿除柱子原混凝土前應對支承在該需加固柱上的梁用鋼管頂撐進行反頂加固（圖3），然后鑿除該柱子的表面混凝土直到露出柱子主筋，在柱子外側植加固鋼筋，重新支模澆筑混凝土。對于裂縫比較大的柱子采用注漿、外粘型鋼加固。外粘型鋼法將角鋼、鋼板箍通過螺栓和灌環氧樹脂與混凝土柱可靠地連結成一個整體，鋼板上部包裹鐵絲網，然后抹高強度等級砂漿防腐。

圖3 梁端鋼管反頂加固

（c）對于梁上的破壞性裂縫，采取注漿和粘貼碳纖維進行加固。對于梁端部位梁底為磚砌填充墻時，拆除磚砌填充墻，植鋼筋澆筑同厚度的鋼筋混凝土墻。

（d）對于地下室的頂、底板，在保證地下室使用功能的前提下，在板面增加厚100 mm的鋼筋網混凝土面層。

（e）除了采取以上措施外，在地下室的頂板未覆土以前，在地下水比較豐富的區域保留地下室周邊的降水井，一直持續到地下室頂板覆土完畢。

通過采取上述的一系列措施以后，在結構方面保證了地下室的使用安全，在功能方面保證了地下室的使用功能。目前地下室頂板已經覆土，原有的裂縫沒有繼續發展，滲漏水的現象得到了很大的改觀。

4 結語

地下水浮力對地下結構的設計和施工影響日益突出，特別是上層滯水，設計時既要結合地質勘探報告的地下水位，又要考慮基坑的土方回填達不到要求密實度時對地下水位的影響，以及施工時頂板不能及時覆土對地下室抗浮的影響。施工時要結合當時的氣候條件采取必要的降排水措施，在基坑的回填時要求分層夯實達到設計的密實度，必要時也可向地下室內回灌水以減少上層滯水對地下室抗浮的影響。