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某大型地下室结构上浮拱起工程事故分析与处理

文档作者：贾益纲１，费　逸２，吴光宇１，王惠宾１，欧阳斌３，袁志军１（文档来源：１南昌大学设计研究院２同济大学土木工程学院３江西五方建筑设计有限公司，		点击数：	更新时间： 2025年09月25日
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４８
施　工　技　术
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１６ 年８ 月下
第４５ 卷　第１６ 期
ＤＯＩ：１０􀆰 ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１６１６００４８
某大型地下室结构上浮拱起工程事故分析与处理∗
贾益纲１，费　逸２，吴光宇１，王惠宾１，欧阳斌３，袁志军１
（１． 南昌大学设计研究院， 江西南昌　３３００２９； ２􀆰 同济大学土木工程学院，上海　２０００９２；
３􀆰 江西五方建筑设计有限公司，江西赣州　３４１０００）
［摘要］ 根据上浮拱起数据对某地下室所遇最高水位进行了数值推算，并结合场地地质条件、施工情况和结构裂缝
性状等进行了地下室结构拱起和裂缝原因分析；研究讨论了两种抗浮处理方略，并通过空间结构弹塑性简化分析
确定了整体抗浮和结构加固处理方案。
［关键词］ 地下室；上浮拱起；裂缝；弹塑性分析；抗浮；加固
［中图分类号］ ＴＵ７４６􀆰 ３ ［文献标识码］ Ａ　　　　［文章编号］ １００２⁃８４９８（２０１６）１６⁃００４８⁃０５
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｎ Ｕｐ⁃ｆｌｏａｔｉｎｇ Ａｒｃｈ
Ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ ａ Ｂａｓｅｍｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｊｉａ Ｙｉｇａｎｇ１，Ｆｅｉ Ｙｉ２，Ｗｕ Ｇｕａｎｇｙｕ１，Ｗａｎｇ Ｈｕｉｂｉｎ１，Ｏｕｙａｎｇ Ｂｉｎ３，Ｙｕａｎ Ｚｈｉｊｕｎ１
（１． Ｉｎｓｉｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｎａｎｃｈａｎｇ， Ｊｉａｎｇｘｉ　３３００２９，Ｃｈｉｎａ；
２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ；
３． ＷｕＦａｎｇ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ（Ｊｉａｎｇｘｉ） Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ，Ｇａｎｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｘｉ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｒｃｈ ｄａｔａ， ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｅｘｔ ， ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ，
ｔｈｅ ａｒｃｈｉｎｇ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｒａｃｋ ｒｅａｓｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ａｎｔｉ⁃ｆｌｏａｔｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ， ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ ｅｌａｓｔｉｃ⁃ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ
ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ａｎｔｉ⁃ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｓｅｍｅｎｔ；ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｒｃｈ；ｃｒａｃｋｓ；ｅｌａｓｔｉｃ⁃ｐｌａｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ；ａｎｔｉ⁃ｆｌｏａｔｉｎｇ； ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
∗ 国家自然科学基金资助项目（５１２６８０４４） ［作者简介］ 贾益纲，院长，教授，国家一级注册结构师，Ｅ⁃ｍａｉｌ：
ｊｉａｙｉｇａｎｇ９９９＠ ｓｉｎａ． ｃｏｍ ［通讯作者］ 吴光宇，工程结构研究所所长，教授级高级工程师，Ｅ⁃
ｍａｉｌ：４２９７８５０＠ ｑｑ． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１５⁃０４⁃２２； ［修订日期］ ２０１６⁃０６⁃１０
　　地下水作用及地下室抗浮已是建筑工程界常
遇的技术问题。如果地质勘察建议的地下室抗浮
水位取值不合理、设计不周、施工不当或使用不善，
都可能发生地下室上浮拱起及结构开裂损伤情况，
甚至导致房屋倾斜等工程事故［１⁃３］ 。
目前，针对地下室抗浮问题相关学者做了大量
研究工作［４⁃８］ 。但采用空间结构弹塑性有限元分析
方法，对地下室上浮反演，推算地下室所遇最高水
位并进而对上浮拱起裂损事故进行原因及机理分
析，从而形成整体抗浮和结构加固处理方案的方法
和思路，则未见相关文献论述。关于地下室的上浮
反演分析研究还仅限于线弹性分析阶段［４⁃８］ 。
本文针对某大型地下室结构上浮事故，在空间
结构弹塑性有限元分析的基础上，进行原因分析、
受损构件鉴析与加固处理，探讨地下室抗浮事故分
析处理方法，试图为类似工程问题解决及相关理论
研究提供参考。１　工程概况
赣南地区某工程为地下１ 层车库、地上３ 栋１６
～１８ 层宿舍楼的大型建筑工程，其地下室平面与形
体如图１ 所示。３ 栋高层宿舍楼（Ｃ，Ｄ，Ｅ 栋）略呈
品字形布局，１ 层地下室满布全场， 地下室建筑面
积约１０ ７００ｍ２。
该工程位于丘陵山冈，地势高差较大。其地层
主要为第四系全新统粉质黏土及白垩系泥质粉砂
岩，场地稳定，无构造断裂通过。场地各土层自上
而下依次为：粉质黏土、强风化泥质粉砂岩、中风化
泥质粉砂岩。场地地下水主要为孔隙潜水及基岩
裂隙水，水量一般，由大气降水及地表水渗透补给
为主。工程勘察建议该工程抗浮设计水位１３２􀆰 ００ｍ
２０１６ Ｎｏ． １６ 贾益纲等：某大型地下室结构上浮拱起工程事故分析与处理 　４９
图１　地下室平面布置及整体模型
Ｆｉｇ． １　Ｔｈｅ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｐｌａｎ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ
ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｍｏｄｅｌ
（相对室内地面－２􀆰 ７３０ｍ）。
该工程采用现浇钢筋混凝土结构，其中宿舍楼
为剪力墙结构，纯地下室部位为框架结构，楼（屋）
盖及地下室底（顶）板均为普通肋梁楼盖形式。该
工程除Ｅ 栋宿舍楼局部采用人工挖孔混凝土灌注
桩外，其余均为钢筋混凝土柱（墙）下独立基础，基
础（桩端）持力层为中风化泥质粉砂岩。纯地下室
部位层高４􀆰 １ｍ，柱网尺寸多为８􀆰 ４ｍ × ８􀆰 ０ｍ，柱截
面尺寸６００ｍｍ × ６００ｍｍ， 底、顶板厚度分别为
３００ｍｍ 和２５０ｍｍ，地梁和框架梁截面多为４００ｍｍ ×
１ ２００ｍｍ。该工程未设置结构变形缝（沉降缝或温度
缝），属地下室与塔楼连为一体的超长结构。
２０１３ 年４ 月，该工程主体结构已全面竣工，所
留后浇带已浇筑，基坑土方回填也基本到位，仅剩
地下室顶板覆土尚待施工。彼时，当地连日暴雨
后，该工程地下室部分出现结构整体上浮拱起、并
伴有地下室的梁、柱、剪力墙开裂现象（除与地下室
相连处混凝土墙、柱出现裂缝外，主楼主体结构及
其地下室的其他构件未发现明显受损特征：如起
拱、倾斜、裂缝等）。据观测，地下室顶板拱起最大
值达２９２ｍｍ，其具体位置参照图１ 的Ａ 点。地下室
底板钻孔泄水时现１ｍ 多高水柱，后经２０ｄ 连续观
测，拱起最高值回落至１２２ｍｍ，之后此拱起值基本
残留，结构处于变形未能恢复状态。现场可观察到
明显的结构裂缝。框架柱裂缝主要出现在柱顶、柱
底部位（见图２ａ、图２ｂ），为横向（水平）包角裂缝，
一般未贯通，且于裂缝相对角部位，少数柱顶、柱底
处出现混凝土压碎、脱落情况，具有明显双向弯曲
型裂缝特征；柱顶、柱底受损特征呈反向对称特性。
框架柱（纯地下室部位）开裂程度基本与其至“拱起
最高点”位置有关，距离较远者其裂缝较严重。框
架梁裂缝基本出现在纯地下室与塔楼相连的梁端
（见图２ｄ），即在靠近塔楼的梁端部位出现自下而上
垂直裂缝（为弯曲型裂缝：即在梁底面与其侧面形
成“半包围”型裂缝）或（和）约呈４５°斜裂缝。主楼
剪力墙裂缝主要出现在框架梁与其连接的部位（见
图２ｃ），靠近梁端部位墙体呈现斜裂缝或腹板墙肢
上竖向裂缝。上述裂缝宽度一般大于０􀆰 ２ｍｍ，以
０􀆰 ７ｍｍ 左右居多，少数达到１􀆰 ０ｍｍ 以上，个别超过
２􀆰 ０ｍｍ，也有个别构件因多条裂缝密集呈构件局部
破损状态。
图２　结构裂缝情况
Ｆｉｇ． ２　Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｒａｃｋｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
地下室结构拱起及构件裂缝情况现场明晰，但
对于隐蔽构件，如地下室底板下的地梁是否开裂、
柱下基础状况如何等问题难以直观判断。要妥善
全面处理好这一工程事故，就必须查明原因，研判
因果，排除隐患，安全处理。
２　结构拱起及裂缝原因分析
２􀆰 １　结构上浮拱起原因分析
该工程场地主要为粉质黏土及泥质粉砂岩层，
无构造断裂通过，场地土层透水性较弱。工程位于
丘陵山冈，场地地下水由大气降水及地表水渗透补
给为主。据参建各方反映，地下室施工（含基坑开
挖）期间遇水量很小且水位很低。该工程地下室遭
遇高地下水位侵扰，其主要原因是：①基坑回填土
土质庞杂（含块石和建筑垃圾），且夯实不够，易于
雨水渗透；②虽然场地西南角地势较低（基坑较浅）
利于积水外排，但彼时地面尚未硬化，地面雨水尚
不能直接排出；③连日强暴雨天气下，场地宽阔雨
水量大，极易从回填部位渗入基坑，形成所谓“脚盆
效应”。
本文根据过往大型、复杂结构非线性分析体
会、经验［９⁃１０］ ，综合考虑空间弹塑性分析的精度、计
算工作量及ＰＫＰＭ 系列软件与工程分析结合的紧密
性，故采用ＰＫＰＭ 建模、ＳＡＴＷＥ 分析、塑性铰简化处
理进行结构弹塑性迭代计算，以此推算地下室所遇
最高水位。
　５０ 施工技术 第４５ 卷
１）空间结构分析模型考虑以下因素　地下室
顶、底板按弹性楼盖假定，剪力墙按弹性构件考虑，
地下室地梁、框架梁和框架柱按弹塑性构件考虑；
因塔楼荷重其基础未受地下水影响故而其基础仍
按嵌固端考虑，纯地下室柱下独基因水浮力作用可
能随底板拱起而上抬故而忽略其原有的嵌固作用，
模型剖面如图３ 所示。
图３　空间模型剖面（反推水位）
Ｆｉｇ． ３　Ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｍｏｄｅｌ（ｒｅｖｅｒｓｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ）
２）结构荷载按实际情况考虑，主要包括构件自
重和水浮力作用，顶板覆土尚未施工故而不计覆土
荷重。
３）计算步骤　将地质勘察建议抗浮水位作为
底板水浮力初值取值依据，板底水浮力逐级加载，
直至底板拱起最高值为２９２ｍｍ 时终止。
４）塑性铰处理　以弹性结构在水浮力初值荷
载作用下构件内力为初始数据，根据各梁、柱构件
截面参数和实配钢筋，利用ＭｏｒＧａｉｎ 软件分别计算
出各梁端、柱端极限抗弯承载力（柱抗弯承载力与
其所受轴力有关），当构件内力（弯矩值）达到该截
面抗弯承载力时，可认为该截面出现塑性铰，结构
分析时用理想铰和与其抗弯承载力相等、作用方向
相同的集中力矩将该截面作塑性铰简化处理。
５）迭代计算　将各梁、柱端截面设为监控截
面，因柱抗弯承载力与其所受轴力有关，根据前次
计算柱轴力值调整其抗弯承载力，并对监控截面适
时进行塑性铰简化处理，如不符合收敛条件进入下
轮计算。
６）计算结果　按照上述方法和步骤，推算出该
地下室所遭遇最高地下水位为１３２􀆰 ４７ｍ。该空间结
构模型弹塑性简化分析结果如图４ 所示。
本文亦按上述模型和实际荷载采用ＳＡＴＷＥ 进
行了弹性结构分析（未考虑弹塑性性能），推算出最
大拱起值２９２ｍｍ 时的地下水位为１３３􀆰 ４３ｍ，该值高
于弹塑性推算结果。实际水位理应处于上述２ 个分
析结果之间，但考虑到钢筋混凝土结构的实际材料
性和工程现场结构裂缝及变形情况，本文拟将弹塑
性质分析结果作为该工程问题分析处理的主要
图４　１３２􀆰 ４７０ｍ 水位顶板上浮值及变形示意
Ｆｉｇ． ４　Ｔｈｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ １３２􀆰 ４７０ｍ ｒｏｏｆ
参考。
本文根据现行规范有关条款［１１］ 和该地下室工
程现状条件，按照地勘建议的抗浮设计水位１３２ｍ
和推算水位值１３２􀆰 ４７ｍ 进行了整体抗浮验算，由于
地下室顶板覆土尚未施工，纯地下室部位整体抗浮
能力不足。
１）按原设计抗浮水位进行抗浮验算　即取原
设计抗浮水位１３２ｍ，地下室底板标高１２９􀆰 ２７ｍ，地
下室顶板未覆土情况下，取具有代表性的地下室柱
网８􀆰 ４ｍ ×８􀆰 ０ｍ 方格进行抗浮验算：抗浮力＝ 底板、
顶板、柱及基础自重＝９２４ｋＮ；原设计水浮力＝ 水头
高度×１０ × ８􀆰 ４ × ８􀆰 ０ ＝ １ ８３４ｋＮ；抗浮力／ 原设计水
浮力＝ ９２４／１ ８３４ ＝ ０􀆰 ５０４ ＜ １。可知未覆土情况下
纯地下室部位整体抗浮不满足要求。
２）按推算水位值进行抗浮验算　即取推算水
位值１３２􀆰 ４７ｍ 作为上浮水位，在地下室顶板未覆土
情况下，仍取具有代表性的地下室柱网８􀆰 ４ｍ ×
８􀆰 ０ｍ 方格进行抗浮验算：地下室抗浮力＝ ９２４ｋＮ；
发生事故时水浮力＝ ２ １５０ｋＮ；抗浮力／ 发生事故时
水浮力＝９２４／２ １５０ ＝０􀆰 ４２９ ＜１。可知发生事故时
纯地下室部位整体抗浮不满足要求。
该地下室结构因水浮力作用而拱起后，虽经过
底板钻孔泄水和排水作业，但拱起位移并未完全恢
复，最大拱起残余值仍有１２２ｍｍ 左右。该地下室上
浮拱起不能完全回落的主要原因：①当地面雨水渗
入基坑致基坑水位上升导致地下室结构被抬起时，
必伴有泥砂流入原柱基基坑和地梁板肋之下，此淤
积物会阻碍结构拱起的回落；②地下室结构在拱起
过程中经历了较大的弹塑性变形，尤其裂缝开展和
塑性铰转动，积蓄了较大不可恢复的“残余变形
值”。
２􀆰 ２　构件开裂原因分析
该工程是由位于场地中部的１ 层地下室和设于
场地外围的３ 栋地下１ 层、上部高层的宿舍楼构成，
是结构连为一体但荷重悬殊的超长房屋建筑工程，
２０１６ Ｎｏ． １６ 贾益纲等：某大型地下室结构上浮拱起工程事故分析与处理 　５１
地下水浮力作用下，各部位的抗浮能力差异极大。
如前文所述，该工程在地下水作用下将产生如图４
所示的结构变形。外围３ 栋塔楼及其基础将成为纯
地下室结构的竖向及侧向嵌固，纯地下室部位在水
浮力作用下发生整体拱起，形成由底板和顶板肋梁
双层曲面和竖向框架柱组成的空间结构变形体。
在此空间结构弯曲变形体中，框架柱随空间结构体
弯曲由竖直作“斜歪”变形，以致其柱顶、柱底两端
产生相对水平位移，因而柱内产生剪力和弯矩；地
下室“拱起”最高点是空间结构体弯曲变形的“极值
点”，该点附近的框架柱上下柱端相对水平位移较
小，故其剪力和弯矩亦小，而离“极值点”较远的框
架柱上下柱端相对水平位移较大，故其剪力和弯矩
也大。此为该地下室框架柱柱顶、柱底部位出现弯
曲型裂缝且不同柱位开裂程度有所差异的原因。
框架柱端出现弯矩后，因节点平衡，与之相连的框
架梁（或地梁）亦相应有弯矩和剪力出现。根据“弯
曲”变形规律，空间结构体中顶板属于“受拉面”，位
于顶板部位的框架梁尚有轴向拉力作用，此为与之
相连剪力墙出现局部斜拉裂缝或腹板竖向裂缝的
主要原因。塔楼作为纯地下室“空间结构体”的边
界约束，如同连续梁边支座，约束越强（如固定端）
则梁端负弯矩（剪力） 越大，塔楼为剪力墙结构体
系，空间刚度大，对纯地下室“空间结构体”因水浮
力作用而发生整体弯曲变形形成较强的边界约束，
与边界（剪力墙）相连的框架梁和地梁都将产生较
大的梁端弯矩（正弯矩）和剪力，此为与塔楼相连框
架梁在靠近塔楼部位普遍出现自下而上垂直裂缝
或（和）斜裂缝的原因。据此，也可大胆推测，位于
地下室底板之下、与上述框架梁位置上下对应的地
梁也理应出现此类裂缝（结构分析计算结果亦与此
推测一致）。
本文参照混凝土规范［１２］ 关于裂缝宽度计算的
有关条款，分析了该地下室工程框架梁、柱截面刚
进入塑性铰状态时的裂缝宽度（亦即钢筋应力达到
屈服应力时构件裂缝宽度）。计算分析可得，该地
下室大多数框架梁受拉纵筋屈服时梁裂缝宽度为
ωｍａｘ ＝０􀆰 ４７７ｍｍ，大多数框架柱受拉纵筋屈服时柱
裂缝宽度为ωｍａｘ ＝０􀆰 ６６２ｍｍ。同理，按照规范关于
钢筋最小延伸率条件，近似推算出梁、柱纵筋拉断
时的裂缝宽度值， 分别为ωｍａｘ ＝ １８􀆰 ９２ｍｍ 和
３５􀆰 ３５ｍｍ。这些分析结果可作为该地下室工程现场
直观评判框架梁、柱所处受力阶段的参考依据。据
此，可根据该工程裂缝检测数据推测，该地下室部
分框架梁、柱曾在水浮力作用下进入了塑性铰状
态，但未出现构件纵筋拉断情况。
３　整体抗浮与结构加固处理方案
考虑到“泥砂沉底”和“塑性变形”已致地下室
拱起不能完全回落，而该地下室底板梁肋和柱下独
基底面标高各不相同，现状基坑高低不平，要清除
沉底泥砂难度很大且成本很高，因此，对该地下室
处理宜以现状抗浮加固、不作变形矫正处理为妥。
分析表明，由于残余变形（拱起最大值１２２ｍｍ）绝对
量不大，其对结构受力的影响仍在原设计承载力的
控制范围内。
另需说明的是：①现场通过对上浮部位处地下
室底板的凿孔检查，发现由于“泥砂沉底”，底板与
地基密合较好；②地下室顶板覆土完成后，经后期
标高测量，在该覆土自重作用下，地下室顶板的最
大上浮变形值仍保持在１２２ｍｍ。综上所述，地下室
底板与地基之间仍有较好的密合度，二者基本未脱
开；地下室处理采取以现状抗浮加固、不作变形矫
正的处理方法具有较强的技术可行性。
基于上述考虑，本文比较了２ 个处理方案。
“基坑换填＋ 锚杆”方案（方案１）：即对地下室四周
基坑回填土开挖清理，重新夯填黏性土，形成弱透
水土层以防止地面雨水再度大量渗入基坑，再在地
下室底板设置若干锚杆以减少拱起残余变形值并
辅以结构整体抗浮。考虑到该工程基坑回填已基
本完成，重新土方换填工程量大，且局部已埋管线
施工有难度，故又考虑了“锚杆＋ 雨水疏导”方案
（方案２）：①地面有组织排水，防止大量雨水再渗入
基坑；②通过地下室底板设置锚杆进行结构整体抗
浮；③抗浮设计水位可按地质勘察建议值和本文弹
塑性推算值之大者。
方案１ 以治本为主，技术难度低，锚杆用量少，
但土方换填量大面广费工时；方案２ 以治标为主，技
术要求高，锚杆用量多，总处理成本较高。综合各
方意见，该地下室抗浮处理按方案２ 进行。
按方案２ 进行了结构整体抗浮计算。抗浮水位
取地质勘察建议值和本文弹塑性推算值之大者，即
１３２􀆰 ４７ｍ（相当于板底浮力３５ｋＮ／ ｍ２ ）。锚杆采用：
钢筋３２，孔径２００ｍｍ，锚固段长度３ ５００ｍｍ（中风
化泥质粉砂岩），自由段长度１ ０００ｍｍ（因底板下存
在回填土层），按规范［１１⁃１５］ 确定其抗拔承载力特征
值为２００ｋＮ（或按抗拔试验修正）。锚杆数量初定
每板块（柱网）４ 根，实配数量根据结构整体计算结
果调整。结构抗浮整体计算参照本文地下水位推
算方法，但此时考虑顶板覆土荷载。空间结构分析
模型中考虑锚杆参与受力，每根锚杆可视为固接于
底板和地基的弹性杆（钢筋），长度取锚杆自由段长
度。地下室地梁和框架梁、柱仍视其计算内力大小
　５２ 施工技术 第４５ 卷
作塑性铰简化处理，以考虑混凝土结构的弹塑性性
能。模型剖面如图５ａ 所示。部分锚杆计算内力如
图５ｂ 所示。锚杆计算内力（轴力）最大值为１８４ｋＮ，
小于其抗拔承载力特征值，表明锚杆设置满足整体
抗浮要求。
图５　空间分析模型剖面（抗浮计算）
及部分锚杆轴力
Ｆｉｇ． ５　Ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｓｐａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａｎｔｉ⁃
ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｒｔ ｏｆ ａｎｃｈｏｒ ａｘｉｓ ｆｏｒｃｅ
应指出，因该地下室在加固处理前不作变形
矫正，加固前余留的残余变形１２２ｍｍ（拱起最大
值）对结构受力过程（含后续加固施工各阶段）有
一定影响。整体抗浮加固后的纯地下室地梁和框
架梁、柱的最不利内力组合计算结果显示，其弯矩
值、剪力、柱轴力均小于其相应结构构件抗力，表
明地下室结构能满足抗浮所需承载力要求。因
此，该地下室结构加固可不需考虑对其承载力的
补强，而因构件裂缝较多则须从结构耐久性方面
进行加固处理。
该地下室工程需作结构耐久性补强的构件主
要包括：地梁、框架梁、框架柱和剪力墙及个别梁
柱节点。因地梁梁肋位于地下室底板之下，其裂
缝状况不能直观鉴别，但根据本文计算结果和该
地下室框架梁裂缝特征推断，与塔楼相连的地梁
在靠近塔楼（剪力墙）的梁端部位，出现自下而上
垂直裂缝和（或）斜裂缝的可能性极大。由于地梁
处于潮湿环境，开裂后其结构耐久性受到严重影
响，应作补强处理。因地梁属于隐蔽构件，处理措
施受限制。该工程采取了对可疑地梁裂缝部位的
周围土体及缝隙（约２􀆰 ０ｍ 范围）进行压力灌浆加
固处理，以形成密实高强的梁周复合体。对于开
裂框架梁、柱处理，采取在实施压力注胶修复裂缝
基础上再外粘碳纤维布的补强方法。对于开裂剪
力墙处理，因其为塔楼底部构件，且数量也少（仅３
处），采用了加大截面法进行补强处理。该工程按
本文方案处理后已交付使用一年，情况正常，反映
良好。
４　结语
本文基于空间结构弹塑性有限元分析，根据上
浮拱起数据对该地下室所遇最高水位进行了数值
推算，并结合场地地质条件、施工情况和结构裂缝
性状等进行了结构拱起和裂缝原因分析，获得地下
室发生上浮拱起事故时，裂缝或构件损坏所呈现出
的一般性（共性）破坏特征；研究讨论了２ 种抗浮处
理方案，并确定了不作变形矫正处理的整体抗浮和
结构加固处理方案。目前，该工程按本文方案处理
后已交付使用１ 年，情况正常，反映良好，取得了显
著经济效益。
本文虽然在分析方法和处理措施上进行尝试
与探讨，形成了部分可供参考的研究结果，但从学
术层面或工程应用的需要考虑，以下课题还可深入
研究：空间结构弹塑性简化计算其复杂性和精确
性；具有拱起残余变形（不矫正变形）地下室经锚杆
抗浮处理后，其各阶段结构受力分析；隐蔽地梁（位
于地下室底板之下的肋梁）裂缝检测与加固处理技
术等问题。
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