论文部分内容阅读
摘要：做好地下建筑抗浮失效分析及处理的研究具有非常重要的意义，本文以案例为基础，对其失效现状、失效原因以及所采取的处理措施进行了分析，希望能够给这方面的研究起到一定的指导和促进作用。
关键词：地下建筑；抗浮失效；处理；地下水；
中图分类号：TU9文献标识码： A 文章编号：
1、引言
伴随着我国城市化的加剧，对于地下空间的开发力度也在不断的加大。在地下工程方面，尤其针对一些高水位地区，工程的抗浮问题属于较为常见的问题之一，以往因地下水浮力所导致的工程结构破坏事件也经常发生。基于此，做好工程抗浮设计是一项非常重要的工作，而本文关于这方面的研究也有着重要的实践指导意义。
2、工程抗浮措施的选择
地下水对于地下建筑有着非常大的危害，我们一般会采取一些有效地措施来应对这一问题。当前在我们施工的过程中，为解决地下工程抗浮问题主要采取的途径有：配重法、进行抗浮桩的设置或者抗浮锚杆的设置。具体来说，配重法主要是对工程自重进行利用起到都对水浮力进行抵御的效果，至于抗浮锚杆以及抗浮桩则主要是对锚杆拉力以及桩侧阻力进行利用，起到和浮力平衡的效果。
一般来说，配重法的应用范围非常广泛，其配重部位多为底板，常见的措施是在底板之上进行回填层的设置，利用砂、土、混凝土以及石等进行回填，进而完成增加工程自重的效果。而在采取抗浮桩措施的时候，其抗浮能力取决于桩径、桩型、桩长以及周边的地质条件，这种措施造价较低、施工比较方便，因此应用较为广泛。总而言之，我们在施工的过程中要结合周边的具体环境选择最为合适的抗浮措施。
3、地下建筑抗浮失效案例分析
虽然在地下建筑施工的过程中，我们会通过抗浮设计等来降低地下水的不良影响，但是由于一些环节的疏忽或者一些因素的影响，使得地下建筑抗浮失效的案例也时有发生，因此，本文将结合某一地下建筑抗浮失效案例进行分析，并探讨所采取的处理措施。
3.1案例概述
本案例中，现场地表层的填土层比较厚，平均厚度为4.25m，其中，最大的厚度为9.0m，最小的厚度为1.5m，整体呈现为东厚西薄的趋势。在场地及周边都不存在地表水体。其地下水的主要来源为人工填土层所接受的大气降水。在其施工的过程中，其场地位于斜坡坡积裙地带，其周边的道路基础为素填土组成，在此道路修筑的过程中主要通过边填方边夯实的方式，构成了较为密实的土层，这就成为了本案例施工场地的隔水边界，为人工填土接受大气降水形成了有利条件。另外，由于本施工场地周边无其他建筑物，加之自然条件的影响，使得大气降水较为容易流入场地，这也为抗浮失效埋下了隐患。当然，建筑场地的地层方面存在着较多的极软岩类，非常容易被地下水侵蝕，这也是不得不考虑的因素之一。
3.2案例抗浮失效描述
本案例为四层框架结构建筑，其中地下室高9.5m，基坑的开挖面积为14000 ㎡，开挖深度大于10m，局部开挖深度大于12 m。另外，案例地下室的面积为13000㎡，总面积为43000㎡。在地下基础方面。主要采取的基础类型为梁板式钢筋砼筏基基。此工程从09年7月开始施工，至10年5月开始进行基础混凝土浇注，8月1日完成地下室的浇注，8月27进行基坑的回填，11月完成回填施工，11年1月5日完成屋面网架的施工。
在工程应用的过程中，10年11月部分框架填充墙体出现裂缝，在一个月之后，此裂缝迅速扩大，一部分柱构件以及梁构件也出现了裂缝，到了12年的3月份，其地下室中出现了非常明显的隆起，而且面积比较大，高度最大值为307mm，此外，梁、柱等结构受力构件的裂缝问题也进一步加重。省级专家对此进行了详细的论证，定性为为建筑物浮起。12年3月于地下室板中部位开出一钻孔，孔直径为75mm，开孔之后立即出现喷水现象，水柱高度达到5m，在经过此次泄水之后，地下室的地面隆起问题得到了有效地减轻。
3.3失效原因分析
在本地下建筑抗浮失效案例中，主要原因在于不良地下水。具体来说，在工程工勘的过程中，没有进行抗浮评价，也没有提出抗浮水位以及抗浮设计参数。GB50021—2001《岩土工程勘察规范》中明确要求要对地下水作用及影响进行正确评价，针对地下结构物、基础以及挡土墙，要按照设计水位进行浮力的计算。本案例中，场地地下水类型属于上层滞水，存在于上部杂填土之中，在勘察期间，地下水的水位埋深为1.23m到4.30m。此类地下水容易受到季节气候的影响，而其场地中的软岩在受到大气降水的影响下会出现松散、膨胀以及软化蚀变的问题。
另外，由于工程施工期周期长，也加重了地下水的破坏性，具体来看，本案例基坑开挖经历了两次大气降水丰水期，在基坑形成之后，大气降水的大量渗入导致坑内、外土层吸水饱和，滞水转变为孔隙潜水。
第三，周边道路基础土层经过高强度夯实之后形成阻水隔水边界，导致孔隙水只进不出，使地下水位不断的抬高，形成承压水。而在本地下建筑设计的过程中，没有进行相应的抗浮设计。
第四，在本案例地下室施工的过程中，底板基础以下缺乏物理力学强度好的隔水岩土层，加之地下室部分基础处于下伏层，这就违反了相关的抗浮规定，最终使得地下室底板持力层以及变形速度在不良地下水的活动下破坏越来越严重。
最后，此工程部分地段使用了毛石砼换填法，使得其在地下水的反复影响下，基础持力层也反复的隆起、沉降，进而使得地下室地面反复隆起、沉降，对地上建筑物造成了极限破坏。
总体而言，本案例地下建筑抗浮失效的原因是：首先，在工程勘察以及设计的过程中没有对基坑不良地下水进行充分的考虑，将其简单的认为是上层滞水，在这种背景下，施工方只顾基坑排水，忽视了排水导致的地面沉降以及基坑周边止水，最终使得大量地下水向基坑深入，破坏了岩土层的岩土体，并导致岩土孔隙及裂缝变大，地下水的渗流速度以及渗流压力也越来越大。其次，基坑开挖在没有任何解决措施的前提下，其持续时间达到了293天，地下室以及浇注的时间也达到了93天，这种长时间的开挖又形成了时空效应，这也加重了地下水的不良影响。第三，整个施工的过程中，尤其是地下水施工使其又处于丰水期，这对于地下水的破坏也形成了有利条件。最终，在这三方面原因的影响之下，地下室地面出现了大面积隆起，高度达到307 mm。
3.4 抗浮加固处理方法
在经过对水文工程地质条件进行分析以后，结合本案例地下室基础的结构特点以及施工的环境条件，笔者认为此案例的水文地质条件、基坑内部环境以及基坑外部环境的复杂性并不高，主要的问题在于缺乏一套行之有效的施工方案及施工程序。基于此，我们可以采取以下抗浮加固措施：
首先，确保地下室基坑岩体工程以及水文地质资料的可靠性、真实性以及适用性，通过这些资料才能够将各种参数确定下来，这也是进行基坑优化设计以及施工的前提。
其次，做好勘察、设计、施工以及监测的配合工作，他们虽然各司其政，但是却有彼此相互倚重，不可分割，如果能够建立一个信息化的质量管理体系，笔者相信此案例中的抗浮失效问题便不会发生。
最后，采取合理的抗浮加固方法，这主要包括集水井排水法、排水沟排水法、泄水减压法、注浆填充加固法以及换填粘土夯实法。其中，集水井排水法主要是在距离地下室一段距离位置处进行两口人工挖孔降水井的布置，井之间间隔为10m，本案例中，两井方向和周边道路呈纵向排列，作用在于永久性长期降水，效果非常明显。至于排水沟排水法，主要是对泄水孔中流出的水进行疏排。而泄水减压法则是于地下室外墙内侧底板位置以及下部位置进行泄水孔的设置，直径取为100 mm，其抗浮效果也很好。注浆充填加固法则是于地下室地基土和底板之间的间隙位置进行注浆，并灌注密实，起到抗浮作用。最后，换填粘土夯实法则是对地下室周边进行换填粘土夯实，避免地表水的渗入。
本案例通过这几个措施，很好的解决了地下建筑抗浮失效问题，最终也通过了省质检部门高技术手段的检测验收。
4、结语
在地下建筑施工的过程中，如果处理不好不良地下水的影响，很容易导致建筑使用受到影响。但是在解决抗浮失效问题的过程中，由于涉及的内容比较多，因此整体难度还是比较大的，基于此，还希望各位能够加强这方面的学习和探索，笔者相信经过我们的努力，地下水建筑抗浮失效问题也将越来越少。
参考文献
[1]高文生;;城市地下空间结构设计施工关键问题探析[J];地下空间与工程学报;2010年S1期
[2]黄山;;抗浮锚杆与地下室底板共同作用分析[J];工程建设与设计;2012年01期
[3]周朋飞;城市复杂环境下地下水浮力作用机理试验研究[D];中国地质大学（北京）;2006年
[4]张第轩;地下结构抗浮模型试验研究[D];上海交通大学;2007年
[5]张国才;坡地地下结构浮力计算方法研究与应用[D];华南理工大学;2010年
[6]杨慧丰;地下水对基坑的稳定性影响分析[J];安徽建筑;2004年03期
关键词：地下建筑；抗浮失效；处理；地下水；
中图分类号：TU9文献标识码： A 文章编号：
1、引言
伴随着我国城市化的加剧，对于地下空间的开发力度也在不断的加大。在地下工程方面，尤其针对一些高水位地区，工程的抗浮问题属于较为常见的问题之一，以往因地下水浮力所导致的工程结构破坏事件也经常发生。基于此，做好工程抗浮设计是一项非常重要的工作，而本文关于这方面的研究也有着重要的实践指导意义。
2、工程抗浮措施的选择
地下水对于地下建筑有着非常大的危害，我们一般会采取一些有效地措施来应对这一问题。当前在我们施工的过程中，为解决地下工程抗浮问题主要采取的途径有：配重法、进行抗浮桩的设置或者抗浮锚杆的设置。具体来说，配重法主要是对工程自重进行利用起到都对水浮力进行抵御的效果，至于抗浮锚杆以及抗浮桩则主要是对锚杆拉力以及桩侧阻力进行利用，起到和浮力平衡的效果。
一般来说，配重法的应用范围非常广泛，其配重部位多为底板，常见的措施是在底板之上进行回填层的设置，利用砂、土、混凝土以及石等进行回填，进而完成增加工程自重的效果。而在采取抗浮桩措施的时候，其抗浮能力取决于桩径、桩型、桩长以及周边的地质条件，这种措施造价较低、施工比较方便，因此应用较为广泛。总而言之，我们在施工的过程中要结合周边的具体环境选择最为合适的抗浮措施。
3、地下建筑抗浮失效案例分析
虽然在地下建筑施工的过程中，我们会通过抗浮设计等来降低地下水的不良影响，但是由于一些环节的疏忽或者一些因素的影响，使得地下建筑抗浮失效的案例也时有发生，因此，本文将结合某一地下建筑抗浮失效案例进行分析，并探讨所采取的处理措施。
3.1案例概述
本案例中，现场地表层的填土层比较厚，平均厚度为4.25m，其中，最大的厚度为9.0m，最小的厚度为1.5m，整体呈现为东厚西薄的趋势。在场地及周边都不存在地表水体。其地下水的主要来源为人工填土层所接受的大气降水。在其施工的过程中，其场地位于斜坡坡积裙地带，其周边的道路基础为素填土组成，在此道路修筑的过程中主要通过边填方边夯实的方式，构成了较为密实的土层，这就成为了本案例施工场地的隔水边界，为人工填土接受大气降水形成了有利条件。另外，由于本施工场地周边无其他建筑物，加之自然条件的影响，使得大气降水较为容易流入场地，这也为抗浮失效埋下了隐患。当然，建筑场地的地层方面存在着较多的极软岩类，非常容易被地下水侵蝕，这也是不得不考虑的因素之一。
3.2案例抗浮失效描述
本案例为四层框架结构建筑，其中地下室高9.5m，基坑的开挖面积为14000 ㎡，开挖深度大于10m，局部开挖深度大于12 m。另外，案例地下室的面积为13000㎡，总面积为43000㎡。在地下基础方面。主要采取的基础类型为梁板式钢筋砼筏基基。此工程从09年7月开始施工，至10年5月开始进行基础混凝土浇注，8月1日完成地下室的浇注，8月27进行基坑的回填，11月完成回填施工，11年1月5日完成屋面网架的施工。
在工程应用的过程中，10年11月部分框架填充墙体出现裂缝，在一个月之后，此裂缝迅速扩大，一部分柱构件以及梁构件也出现了裂缝，到了12年的3月份，其地下室中出现了非常明显的隆起，而且面积比较大，高度最大值为307mm，此外，梁、柱等结构受力构件的裂缝问题也进一步加重。省级专家对此进行了详细的论证，定性为为建筑物浮起。12年3月于地下室板中部位开出一钻孔，孔直径为75mm，开孔之后立即出现喷水现象，水柱高度达到5m，在经过此次泄水之后，地下室的地面隆起问题得到了有效地减轻。
3.3失效原因分析
在本地下建筑抗浮失效案例中，主要原因在于不良地下水。具体来说，在工程工勘的过程中，没有进行抗浮评价，也没有提出抗浮水位以及抗浮设计参数。GB50021—2001《岩土工程勘察规范》中明确要求要对地下水作用及影响进行正确评价，针对地下结构物、基础以及挡土墙，要按照设计水位进行浮力的计算。本案例中，场地地下水类型属于上层滞水，存在于上部杂填土之中，在勘察期间，地下水的水位埋深为1.23m到4.30m。此类地下水容易受到季节气候的影响，而其场地中的软岩在受到大气降水的影响下会出现松散、膨胀以及软化蚀变的问题。
另外，由于工程施工期周期长，也加重了地下水的破坏性，具体来看，本案例基坑开挖经历了两次大气降水丰水期，在基坑形成之后，大气降水的大量渗入导致坑内、外土层吸水饱和，滞水转变为孔隙潜水。
第三，周边道路基础土层经过高强度夯实之后形成阻水隔水边界，导致孔隙水只进不出，使地下水位不断的抬高，形成承压水。而在本地下建筑设计的过程中，没有进行相应的抗浮设计。
第四，在本案例地下室施工的过程中，底板基础以下缺乏物理力学强度好的隔水岩土层，加之地下室部分基础处于下伏层，这就违反了相关的抗浮规定，最终使得地下室底板持力层以及变形速度在不良地下水的活动下破坏越来越严重。
最后，此工程部分地段使用了毛石砼换填法，使得其在地下水的反复影响下，基础持力层也反复的隆起、沉降，进而使得地下室地面反复隆起、沉降，对地上建筑物造成了极限破坏。
总体而言，本案例地下建筑抗浮失效的原因是：首先，在工程勘察以及设计的过程中没有对基坑不良地下水进行充分的考虑，将其简单的认为是上层滞水，在这种背景下，施工方只顾基坑排水，忽视了排水导致的地面沉降以及基坑周边止水，最终使得大量地下水向基坑深入，破坏了岩土层的岩土体，并导致岩土孔隙及裂缝变大，地下水的渗流速度以及渗流压力也越来越大。其次，基坑开挖在没有任何解决措施的前提下，其持续时间达到了293天，地下室以及浇注的时间也达到了93天，这种长时间的开挖又形成了时空效应，这也加重了地下水的不良影响。第三，整个施工的过程中，尤其是地下水施工使其又处于丰水期，这对于地下水的破坏也形成了有利条件。最终，在这三方面原因的影响之下，地下室地面出现了大面积隆起，高度达到307 mm。
3.4 抗浮加固处理方法
在经过对水文工程地质条件进行分析以后，结合本案例地下室基础的结构特点以及施工的环境条件，笔者认为此案例的水文地质条件、基坑内部环境以及基坑外部环境的复杂性并不高，主要的问题在于缺乏一套行之有效的施工方案及施工程序。基于此，我们可以采取以下抗浮加固措施：
首先，确保地下室基坑岩体工程以及水文地质资料的可靠性、真实性以及适用性，通过这些资料才能够将各种参数确定下来，这也是进行基坑优化设计以及施工的前提。
其次，做好勘察、设计、施工以及监测的配合工作，他们虽然各司其政，但是却有彼此相互倚重，不可分割，如果能够建立一个信息化的质量管理体系，笔者相信此案例中的抗浮失效问题便不会发生。
最后，采取合理的抗浮加固方法，这主要包括集水井排水法、排水沟排水法、泄水减压法、注浆填充加固法以及换填粘土夯实法。其中，集水井排水法主要是在距离地下室一段距离位置处进行两口人工挖孔降水井的布置，井之间间隔为10m，本案例中，两井方向和周边道路呈纵向排列，作用在于永久性长期降水，效果非常明显。至于排水沟排水法，主要是对泄水孔中流出的水进行疏排。而泄水减压法则是于地下室外墙内侧底板位置以及下部位置进行泄水孔的设置，直径取为100 mm，其抗浮效果也很好。注浆充填加固法则是于地下室地基土和底板之间的间隙位置进行注浆，并灌注密实，起到抗浮作用。最后，换填粘土夯实法则是对地下室周边进行换填粘土夯实，避免地表水的渗入。
本案例通过这几个措施，很好的解决了地下建筑抗浮失效问题，最终也通过了省质检部门高技术手段的检测验收。
4、结语
在地下建筑施工的过程中，如果处理不好不良地下水的影响，很容易导致建筑使用受到影响。但是在解决抗浮失效问题的过程中，由于涉及的内容比较多，因此整体难度还是比较大的，基于此，还希望各位能够加强这方面的学习和探索，笔者相信经过我们的努力，地下水建筑抗浮失效问题也将越来越少。
参考文献
[1]高文生;;城市地下空间结构设计施工关键问题探析[J];地下空间与工程学报;2010年S1期
[2]黄山;;抗浮锚杆与地下室底板共同作用分析[J];工程建设与设计;2012年01期
[3]周朋飞;城市复杂环境下地下水浮力作用机理试验研究[D];中国地质大学（北京）;2006年
[4]张第轩;地下结构抗浮模型试验研究[D];上海交通大学;2007年
[5]张国才;坡地地下结构浮力计算方法研究与应用[D];华南理工大学;2010年
[6]杨慧丰;地下水对基坑的稳定性影响分析[J];安徽建筑;2004年03期