地表水入滲引起工程抗浮問題及對策

李健生 張 灑

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南信陽 464000)

0 引言

地下空間的開發(fā)和利用是建筑開發(fā)中很重要的一部分，位于地面以下的地基基礎至關重要，其地質(zhì)條件復雜，使相應的巖土參數(shù)和工程措施成為工作重點。確定抗浮相關參數(shù)和提出相應措施對工程的安全性和經(jīng)濟性影響很大。

信陽市壟崗地貌分布在平橋區(qū)、羊山新區(qū)，近年來隨著建設規(guī)模的增大，高層建筑及整體地下車庫較多，由于地下室基槽肥槽回填不滿足要求，地表水進入地下車庫基礎底板以下，造成地下車庫及人防工程破壞，導致較大的財產(chǎn)損失。因地表水入滲引起的地下建筑抗浮問題亟需解決，壟崗地貌地下建筑抗浮水位的取值和所采取的工程措施值得深入探討，從而探索一條既安全可靠又經(jīng)濟合理的解決途徑[1-2]。

1 氣象與水文概況

信陽市位于冷暖氣候過渡帶上，亞熱帶氣候表現(xiàn)較為明顯，四季分明。據(jù)信陽氣象站資料，該區(qū)氣候濕潤，降水充沛。山區(qū)降水量大于平原區(qū)，山區(qū)為1200 mm左右，而平原區(qū)為900 mm左右。多年平均降水量1120 mm，多年平均蒸發(fā)量700～800 mm，降水量大于蒸發(fā)量。年內(nèi)降水量變化不大但表現(xiàn)出分配不均，多集中于5—8月，約占全年降水量的54%，在此期間多暴雨且強度大，往往易造成洪澇災害。

2 信陽壟崗地貌工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

壟崗地貌地層除上覆一定厚度雜填土(Q4ml)外，主要為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)沖洪積(Q4--3al+pl)地層，下伏白堊系周家灣組(K2z)泥質(zhì)粉砂巖(見圖1)，從上到下敘述如下：

1.全新統(tǒng)沖積層；2.中更新統(tǒng)沖—湖積層；3.中更新統(tǒng)沖—洪積層；4.新近系尹莊組；5.始新統(tǒng)毛家坡組；6.上白堊統(tǒng)周家灣組；7.下白堊統(tǒng)陳棚組；8.二疊系—三疊系蔡家凹組；9.上石炭統(tǒng)胡油坊組；10.泥盆系南灣組；11.下古生界大栗樹組；12.下古生界張家大莊組；13.下古生界劉山巖組—張家大莊組；14.下古生界劉山巖組；15.震旦系—下古生界周進溝組；16.中—新元古界龜山巖組；17.古元古界石槽溝巖組；18.新太古界—古元古界大別巖群斜長角閃質(zhì)巖；19.早白堊世二長花崗巖；20.早白堊世花崗斑巖；21.早古生代輝長巖；22.早古生代斜長花崗巖；23.早古生代閃長巖；24.早古生代超基性巖；25.逆沖斷層；26.斷層；27.構(gòu)造變形帶；28.產(chǎn)狀；29.壟崗地貌區(qū)范圍圖1 信陽壟崗地貌區(qū)域地質(zhì)簡圖

①雜填土(Q4ml)：雜色，稍濕，松散，組分以回填的砂巖碎屑為主，夾少量黏土團塊，大孔隙，欠固結(jié)；

②粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)：灰褐色，可塑，含鐵錳質(zhì)氧化物及結(jié)核，干強度及韌性中等；

③粉質(zhì)黏土(Q3al+pl)：黃褐色，硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物及結(jié)核，干強度較高，韌性較好，標貫試驗擊數(shù)一般8～14擊，在壟崗地貌廣泛分布；

④泥質(zhì)粉砂巖(K2z)：紫紅色，強風化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，河湖相沉積，屬半成巖，局部含礫較多，礫石較大，該層遇水自動崩解，強度降低，標貫試驗擊數(shù)一般大于25擊；

⑤泥質(zhì)粉砂巖(K2z)：紫紅色，中等風化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，河湖相沉積，屬半成巖，巖石完整性較好，該層遇水軟化，強度降低，屬極軟巖。

以上為典型的壟崗地貌地層，不同建筑場地地層略有差別，各土層承載力特征值及壓縮特性見表1。

表1 各層土承載力特征值及壓縮特性

目前信陽壟崗地貌區(qū)整體地下室多為1～2層，若采用天然地基基礎，②、③、④、⑤層均滿足承載力及變形要求。

2.2 水文地質(zhì)條件

①層填土層滲透系數(shù)為1×10-4～4×10-4cm/s，為弱含水層，②、③層粉質(zhì)土滲透系數(shù)為1×10-5～2×10-5cm/s。少量的上層滯水一般賦存在①層填土、②層粉質(zhì)黏土中，下部泥質(zhì)粉砂巖遇水易軟化，裂隙封閉，含水量微弱，區(qū)域水文地質(zhì)上屬于隔水層，地下水補給來源主要為大氣降水和人工排水。

① 河南省信陽工程地質(zhì)勘察院.信陽恒大名都2#、3#、4#、5#地下車庫巖土工程勘察報告[R].2010.

② 河南省信陽工程地質(zhì)勘察院.信陽柏林國際廣場巖土工程勘察報告[R]. 2014.

3 地表水入滲引起工程抗浮問題案例分析

3.1 信陽恒大名都2#、3#、4#、5#地下車庫項目

該項目依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[3]、《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》[4]，于2010年8月—2012年9月進行勘察，一層地下室，高6.5 m，采用獨立基礎+抗水板，未采取抗浮措施①。2014年2#、3#、4#地下車庫建成，未出現(xiàn)抗浮問題，2015年5#地下車庫建成，與2#、3#、4#地下車庫整體連接并投入使用后，2016年出現(xiàn)地下車庫頂?shù)装迤鸢?，最大變形約20 cm，車庫獨立柱與承臺出現(xiàn)長20 cm細小裂紋。

(1)原因分析

2#、3#、4#、5#地下車庫位于崗丘與沖溝結(jié)合部位，地下車庫基礎位于粉質(zhì)黏土層，基槽開挖后未見

地下水位。2#、3#、4#地下車庫建成后，場地四周有排水通道，故未出現(xiàn)抗浮問題，與5#地下車庫連接且場地整平后，場地排水通道堵塞，基槽肥槽回填質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，工期緊，回填物以填土和建筑垃圾為主，雨季地表水通過填土滲入地下車庫，導致車庫四周地下水位上升，最終引起車庫變形。為查明基槽內(nèi)地下水水位，河南省信陽工程地質(zhì)勘察院有限公司在2#、3#、4#、5#地下車庫周邊施工8個水文觀測孔，查明地下車庫基槽內(nèi)地下水水位為場地整平標高下1.5～1.7 m，暴雨后地下水位上漲約0.3 m。

(2)處理措施

地下車庫全部拆除重建，底板鋪設砂礫墊層、底板四周設置排水溝和降水井，費用2400多萬元。

3.2 信陽柏林國際廣場項目

該項目依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[3]、《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》[4]，于2014年8月進行勘察，兩層地下室，場地整平標高95.1 m，地下車庫基礎位于③層硬塑粉質(zhì)黏土(見圖2)；采用獨立基礎+抗水板，基槽開挖后未見地下水，地勘報告抗浮水位標高建議值93.0 m②。2016年整體地下車庫建成約1年后，至2017年8月雨季，地下車庫整體上浮傾斜，局部出現(xiàn)倒鍋底狀隆起，最大變形約40 cm，抗水板與獨立柱連接處多處開裂滲水。

圖2 柏林國際廣場工程地質(zhì)剖面圖

(1)原因分析

地下車庫基礎位于③層硬塑粉質(zhì)黏土層中，基槽開挖后地下水較少，建設方未采取抗浮措施，基槽肥槽回填質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，回填物以填土和建筑垃圾為主，車庫建成基槽未回填時，沒有出現(xiàn)抗浮問題，基槽回填并澆帶封閉后排水通道堵塞，連續(xù)較大降雨后，地表水通過填土滲入地下車庫基礎底面下，致車庫四周地下水位逐步上升，最終引起車庫變形。

(2)處理措施

先在變形較大處施工鉆孔減壓，地下車庫主體結(jié)構(gòu)經(jīng)檢測未受較大破壞，底板設置降水井，地下水排出后沿開裂處注水泥漿堵漏，重新進行基槽回填，肥槽回填嚴格按設計要求進行。

③ 河南省信陽工程地質(zhì)勘察院，信陽申景花園巖土工程勘察報告[R].2010.

3.3 申景花園項目

該項目依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[3]、《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》[4]，于2010年10月進行勘察，一層地下室，高約6.5 m，地下車庫基礎位于②層可塑粉質(zhì)黏土，采用獨立基礎+抗水板，抗浮水位為場地整平標高下1.5 m，2013年地下車庫建成③。2014年9月雨季，地下車庫頂?shù)装寮蔼毩⒅霈F(xiàn)裂紋，局部出現(xiàn)變形，最大變形約20 cm，在地下車庫內(nèi)施工鉆孔減壓，水柱高約4.0 m。

(1)原因分析

地下車庫基礎位于粉質(zhì)黏土層和泥質(zhì)粉砂巖中，基槽開挖后地下水位較少，采取抗浮措施為車庫頂板覆蓋1.5 m厚土層，底板進行加厚等增加荷載的措施，設計滿足要求。但施工單位在施工期間未按要求及時加載，基槽肥槽回填不滿足規(guī)范要求，回填物以雜填土為主，最終地表水進入地下車庫基礎底面以下，導致地下車庫變形等抗浮問題。

信陽錦江城和雙匯歐洲故事項目均位于羊山新區(qū)，距申景花園項目較近，處理措施與申景花園項目相似；地下車庫基礎位于粉質(zhì)黏土層和泥質(zhì)粉砂巖中，天然地基獨立基礎，基槽開挖后未見地下水，未采取抗浮措施，車庫建成基槽未回填時，沒有出現(xiàn)抗浮問題，基槽肥槽回填不滿足規(guī)范要求，回填物以雜填土和建筑垃圾為主，基槽回填后約1年，地表水通過填土滲入地下車庫，致車庫四周地下水位逐步上升，最終引起地下車庫獨立柱、頂?shù)装宄霈F(xiàn)貫通性裂縫等變形現(xiàn)象。

(2)處理措施

地下車庫基礎底面設置砂礫墊層，地下車庫底板四周及中間設置排水溝和集水坑，地下水聚集在集水坑里經(jīng)水泵抽出。

4 地表水入滲引起工程抗浮問題總結(jié)

通過以上典型案例分析，信陽壟崗地貌地下建筑水文地質(zhì)、工程工程地質(zhì)條件均較簡單，場地地下水主要為賦存于填土中的上層滯水和微量基巖裂隙水，補給來源為大氣降水和人工排水，以大氣降水入滲為主，基坑開挖后上部上層滯水已全部清除，下部基巖裂隙水含水層屬于白堊系半成巖泥質(zhì)砂巖，遇水易軟化，裂隙封閉，含水量微弱，區(qū)域水文地質(zhì)屬于隔水層。根據(jù)基坑開挖情況，地下室基底和側(cè)壁均為透水性差的粉質(zhì)黏土和泥質(zhì)砂巖，地下水側(cè)向補給可忽略不計。由于基槽肥槽回填時場地黏性土較少，采用基槽開挖的土方進行回填，土方中含有較多的填土及少量建筑垃圾，信陽降雨較多，雨季暴雨集中時匯集大量的地表水滲入基槽甚至地下結(jié)構(gòu)基礎底板以下，基槽內(nèi)地下水排泄不暢，基槽內(nèi)形成大量的積水，整個地下建筑工程處于一個充滿水的水盆中，本地工程界稱為“水盆效應”，地下車庫四周地下水位上升，地下車庫底板浮力增加，最終引起地下車庫變形破壞[5]，造成較大的財產(chǎn)損失。

5 抗浮水位取值及工程抗浮對策

針對信陽壟崗地貌工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件，綜合考慮肥槽回填處理不好及施工期間因地表水匯入對結(jié)構(gòu)的影響，抗浮設防水位為場地整平標高下1～1.5 m較為合理[6]。大部分地下工程需做抗浮設計，施工抗浮錨桿、抗撥樁、結(jié)構(gòu)配重[7]，無疑增大了建筑成本。隨著對地下工程抗浮問題的重視，工程界針對地表水入滲引起地下工程的破壞，采取切實可行的截(疏)和排相結(jié)合的措施，避免了采取抗浮錨桿或抗撥樁等工程措施[8]，既節(jié)約了工程造價又做到了安全可靠。具體對策如下：

(1)雨季施工期間，加強雨水及地表水疏排，防止基坑充水；

(2)基礎周邊與肥槽之間空隙打墊層時全部澆滿，防止雨水及地表水通過肥槽滲入地下室基礎底面；

(3)地下室施工結(jié)束后及時采用符合施工規(guī)范要求的黏土分層回填夯實，每米設置一層防滲土工隔膜，并做好土工膜的搭接，底部采用3∶7灰土，厚度1 m，并按要求采取檢驗試樣測試，每邊每層不少于3組，壓實系數(shù)不得低于0.95；

(4)地下室結(jié)構(gòu)及頂面壓重未全部完成前不得填補后澆帶；

(5)地下室地基持力層超挖部分應采用細石混凝土澆注至設計標高，防止基底充水；

(6)在地下室周邊設置排水溝及集水井等設施，一旦地表水進入基礎底板以下，可及時通過排水系統(tǒng)排出。

信陽皇城嘉苑二期位于信陽市羊山新區(qū)新十八大街，場地為壟崗地貌，整體地下車庫2層，地下車庫基礎位于第④層強風化泥質(zhì)粉砂巖，經(jīng)專家專項論證，采用上述措施后，未采用抗浮錨桿、抗拔樁等工程措施，節(jié)約了大量工程造價，該項目2017年5月完工后至今運行良好。

6 結(jié)論

(1)信陽壟崗地貌水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件均較簡單，5—8月份雨季暴雨較為集中，綜合考慮肥槽回填處理不好及施工期間因地表水匯入對地下建筑結(jié)構(gòu)的不利影響，抗浮設防水位為場地整平標高下1～1.5 m。

(2)為防止出現(xiàn)“水盆效應”，采取截(疏)和排相結(jié)合的工程措施，肥槽回填滿足規(guī)范要求，可不考慮場地抗浮水位。

(3)采取相關措施后，避免采用抗浮錨桿、抗撥樁、結(jié)構(gòu)配重等工程措施，既節(jié)約了工程造價，又做到了安全可靠。