某地下室局部上浮事故調(diào)查及原因分析

王 海，錢 彬

WANG Hai1，QIAN Bin2

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310012;2.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司，浙江 杭州310012)

近年來(lái)，中庭廣場(chǎng)花園模式的住宅小區(qū)類型受到了廣大群眾的歡迎，中庭下設(shè)計(jì)成地下停車庫(kù)，在提高小區(qū)公共綠地面積的同時(shí)，有效利用了地下空間又提高了住宅小區(qū)的環(huán)境品質(zhì)。在地下室的施工過(guò)程中，由于上部荷載未完全施加或地下水位標(biāo)高不符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)遇到強(qiáng)降水時(shí)易發(fā)生上浮、變形等事故。

今通過(guò)某地下室局部上浮事故中受損結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，深入分析研究上浮原因及結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，尋找解決此類問(wèn)題的有效措施，以保證地下室主體結(jié)構(gòu)的安全性。

1 工程概況

某住宅小區(qū)為地下1 層，地上東西兩側(cè)為兩棟獨(dú)立21 層住宅建筑，單層地下室總面積為31800 m2，該建筑采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室層高為4.0 m，住宅小區(qū)平面布局見(jiàn)圖1。

圖1 住宅小區(qū)平面布局示意圖

該地下室采用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立承臺(tái)，天然地基;基礎(chǔ)底板厚350 mm，地下室頂板厚150 mm，主要柱網(wǎng)尺寸為5. 25 m × 6. 35 m，柱截面為500 mm×500 mm，承臺(tái)截面尺寸為2500 mm ×2500 mm × 800 mm，地梁截面尺寸為300 mm×350 mm和300 mm×700 mm，柱網(wǎng)平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 上浮區(qū)域柱網(wǎng)平面布置圖

2015年2月20 日至28日連續(xù)降雨，該地下室出現(xiàn)不均勻上浮現(xiàn)象，上浮最高點(diǎn)達(dá)到600 mm，呈中間高、四周逐漸降低分布，甚至有部分構(gòu)件出現(xiàn)了較嚴(yán)重的開(kāi)裂和局部混凝土破碎現(xiàn)象。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受損情況主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 柱構(gòu)件

由于地下室變形，上浮區(qū)域內(nèi)大部分框架柱上下節(jié)點(diǎn)因受拉、壓作用，出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂和局部混凝土破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致受力鋼筋外露(圖3、圖4)。

圖3 柱上部角筋變形

圖4 柱上部混凝土破壞

2.2 梁構(gòu)件

由于地下室變形，部分梁構(gòu)件受拉、壓作用，造成在靠近節(jié)點(diǎn)附近混凝土開(kāi)裂［1］;由于柱構(gòu)件變形導(dǎo)致部分梁構(gòu)件在柱節(jié)點(diǎn)部位梁底局部混凝土破壞、開(kāi)裂(圖5)。

圖5 梁構(gòu)件底部混凝土局部破壞形式

2.3 板構(gòu)件

由于地下室變形，梁柱節(jié)點(diǎn)位置扭曲變形引起部分地下室頂板與底板在梁柱節(jié)點(diǎn)部位有放射形裂縫，導(dǎo)致嚴(yán)重滲漏水。

2.4 墻體

由于地下室局部上浮區(qū)域位于地下室整體的中間區(qū)域，故周邊剪力墻未受損，但上浮區(qū)域內(nèi)的后砌隔墻受到梁柱構(gòu)件變形的影響全部開(kāi)裂嚴(yán)重。

3 事故原因分析

3.1 抗浮設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用抗浮錨桿，規(guī)格分別為MG1 和MG2，進(jìn)入中風(fēng)化巖長(zhǎng)度不小于3 m，分別配置232 和228鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為ft=360 MPa，總截面積分別為1608 mm2和1232 mm2;MG1 錨桿固體直徑150 mm，錨桿抗拔力特征值250 kN，抗拔力極限值500 kN;MG2 錨桿固體直徑130 mm，錨桿抗拔力特征值200 kN，抗拔力極限值400 kN;根據(jù)地勘報(bào)告顯示③-2 中等風(fēng)化巖，與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值(fa)=220 kPa;錨桿布置見(jiàn)圖6。

圖6 錨桿布置示意圖

地下室抗浮設(shè)計(jì)水位63. 70 m，設(shè)計(jì)水頭為4.15 m;井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)要求，地下室頂板澆筑后至地下室頂板覆土完成前，地下水位不得高于61.000 m標(biāo)高(絕對(duì)標(biāo)高);地下室頂板覆土厚度0.7～1.0 m;地下室頂板覆土全部完成后才可以停止降水。

3.2 結(jié)構(gòu)抗浮計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)工況對(duì)各基礎(chǔ)底板受力面積上的錨桿抗拔力、浮力、自重荷載進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)實(shí)際工況下抗浮力進(jìn)行比較，地下室底板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖7 地下室底板結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)?shù)叵滤粸樵O(shè)計(jì)值時(shí)，對(duì)各地下室基礎(chǔ)抗浮錨桿的抗拔力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明:抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值為377.18～870.4 kN。

根據(jù)柱網(wǎng)平面布置圖(圖2)所示軸線尺寸，對(duì)地下室各基礎(chǔ)底板浮力進(jìn)行分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果是:浮力設(shè)計(jì)值為1249.08～2379.07 kN。

對(duì)各基礎(chǔ)底板受力面積上的地下室結(jié)構(gòu)自重荷載(包括頂板覆土，覆土厚度區(qū)1.0 m)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明:荷載合計(jì)為1260.20～2305.61 kN;其中覆土荷載為377.18～1019.35 kN。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果對(duì)地下室在實(shí)際工況下的抗浮能力進(jìn)行比較［1］，計(jì)算結(jié)果是:實(shí)際工況下(不含覆土荷載)各基礎(chǔ)底板受力面積上的抗浮力差值為76.60～-500.74 kN。

計(jì)算結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)抗浮水位下，按設(shè)計(jì)工況，該地下室能滿足抗浮要求;在不考慮頂板覆土荷載的情況下，地下室結(jié)構(gòu)自重與抗浮錨桿的抗拔力合計(jì)，部分錨桿仍不能滿足抗浮要求。

3.3 抗浮失效分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況為:地下室后澆帶施工完畢，地下室頂板上部覆土尚未施工，地下室局部上浮期間連日降雨。通過(guò)對(duì)地下室局部上浮現(xiàn)狀勘查及計(jì)算，綜合分析有以下3 個(gè)主要原因。

(1)由于地下室頂板上部覆土尚未施工，地下室總荷載較小;計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)?shù)叵率业装迳喜繜o(wú)覆土荷載時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)自重與抗浮錨桿的抗拔力合計(jì)仍不能滿足抗浮要求。

(2)由于連日降雨，地表水對(duì)地下室水層補(bǔ)給［2］，使得地下水位升高，井點(diǎn)降水作業(yè)未達(dá)預(yù)期的效果，當(dāng)?shù)叵滤粯?biāo)高超過(guò)設(shè)計(jì)限值時(shí)，地下水的浮力超過(guò)部分錨桿的抗拔力;當(dāng)局部錨桿的抗浮失效后，產(chǎn)生周邊錨桿抗浮失效的連鎖反應(yīng)［3］。

(3)后澆帶封閉過(guò)早，使得地下水形成封閉的箱體，當(dāng)?shù)叵滤豢焖偕邥r(shí)，無(wú)法形成透水減壓，為地下室上浮形成有利條件。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)本次地下室上浮事故的調(diào)查分析，對(duì)其他地下室工程在施工過(guò)程中的抗浮措施提出幾點(diǎn)建議:

(1)當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)已完成封閉施工，在結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以采取在地下室頂板及底板上增加臨時(shí)荷載，以提高自重荷載的抗浮力。在增加臨時(shí)荷載時(shí)，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)允許荷載限值。

(2)當(dāng)遭遇連續(xù)大雨或其他因素導(dǎo)致地下水位急速上升時(shí)，應(yīng)立即加強(qiáng)降排水措施，以減小浮力［4］。如無(wú)法有效降排水時(shí)，可以在地下室底板上均勻開(kāi)設(shè)泄水孔，將地下水引入地下室內(nèi)，使地下室內(nèi)外水位趨于平衡，以保持浮力的穩(wěn)定性。

［1]王海，俞勇，應(yīng)曉霖.地下室局部上浮事故中受損構(gòu)件的加固處理方案［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2015，45(增刊1):922 -925.

［2]宗鐘凌，呂鳳偉. 地下室上浮事故原因分析與加固處理方法［J］.建筑技術(shù)，2013，44(11):992 -995.

［3]夏仁寶，李剛，江克勤.淺述地下建(構(gòu))筑物的抗浮問(wèn)題［J］.浙江建筑，2012，29(12):23 -29.

［4]陸漢時(shí)，黃輝.地下室上浮原因分析及其處理和預(yù)防［J］.建筑施工，2013，35(8):723 -725.