某住宅小區(qū)地下車庫上浮案例分析

趙宇

【摘 要】沿海地區(qū)地下水及地表水都非常豐富，由地下水水浮力所造成的建（構(gòu)）筑物發(fā)生傾斜、倒塌的事故屢屢出現(xiàn)。杭州某小區(qū)，在大底盤地下室施工完畢后，地下室四周進(jìn)行回填土。地下室底板局部出現(xiàn)上浮，造成部分梁柱節(jié)點(diǎn)破壞。從設(shè)計(jì)、施工角度分析可能導(dǎo)致該地下車庫上浮的原因，對(duì)今后各設(shè)計(jì)院地下室抗浮設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及施工過程中的注意事項(xiàng)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】地下室抗浮破壞；預(yù)應(yīng)力管樁；抗拔樁

1工程概況

該小區(qū)位于杭州市江干區(qū)。該工程總占地面積33961m2，由6棟18層高層建筑組成。地上總建筑面積約84900m2，地下室一層（面積約15000m2），地上十八層，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下車庫采用框架結(jié)構(gòu)。該工程地下室共分為A區(qū)、B區(qū)，受到上浮破壞的區(qū)域位于A區(qū)東部，詳見圖1。

其中A區(qū)地下室寬約65米，長約165米；兩區(qū)地下室結(jié)構(gòu)均連通不設(shè)縫。層高均為3.8米，頂板埋深1.65米（黃海高程4.7米），柱網(wǎng)尺寸（5.4/6.6/7.3米X8.1米）。頂板厚300mm，底板厚450mm；框架柱截面尺寸為500mmX600mm。

該工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，抗拔樁采用預(yù)應(yīng)力管樁，其型號(hào)為PHC-A600（110），直徑為：600mm；壁厚為：110mm；預(yù)應(yīng)力管樁端板厚度為20mm，內(nèi)配預(yù)應(yīng)力鋼筋14Φ9。樁基礎(chǔ)持力層為中砂層（4-3層）。主樓采用采用先張法預(yù)應(yīng)力管樁，以（5-2）層圓礫為樁端持力層，地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1：

該地下水水位受季節(jié)影響明顯，水位動(dòng)態(tài)變化較大，豐水期水位接近地表，枯水期水位埋深約3.5m左右。深部圓礫層賦存孔隙承壓水，水頭高在地面下12.0m左右，水量較豐富，地下水抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高約5.60m。該工程單體建筑正負(fù)0.000對(duì)應(yīng)絕對(duì)標(biāo)高為6.350m，地下車庫入口坡道頂標(biāo)高為6.210m。該工程土質(zhì)為粉土，根據(jù)開挖深度、場地地質(zhì)條件、周圍環(huán)境情況，按照“安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便”的原則，結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，本工程采用放坡土釘墻素噴處理?？觾?nèi)外采用深井降水，坑外深井間距約15～20m，坑內(nèi)深井間距約25m，電梯井處均設(shè)置深井保證電梯井深坑的降水。

2破壞情況調(diào)查

本工程主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)結(jié)頂，但由于現(xiàn)場用地情況較為緊張。施工單位將地下室頂板作為鋼筋加工場地使用，并未進(jìn)行頂板覆土，地下室四周則已經(jīng)回填完畢。

2009年11月8日開始連續(xù)降雨天氣，11月13日早晨檢查中發(fā)現(xiàn)，A區(qū)地下車庫中部分混凝土構(gòu)件及墻體發(fā)生拉裂或被擠壞現(xiàn)象。底板及頂板產(chǎn)生明顯隆起，通過沉降觀測(cè)得到最大上浮量達(dá)到54cm。從觀測(cè)數(shù)據(jù)和直接觀察顯示，變形和裂縫的開展比較規(guī)律，縱橫向中間為上浮最高點(diǎn)，并向四周逐漸減小，柱頭及柱腳裂縫沿A區(qū)地下車庫中心線（東西向）對(duì)稱分布，梁裂縫僅在地下室與主樓交接跨處產(chǎn)生。梁、板、柱的混凝土破壞導(dǎo)致頂板多處滲水。B區(qū)域地下室沒有發(fā)生任何上浮情況。

本工程由于地下室底板局部發(fā)生上浮，造成框架梁柱板混凝土被拉裂，并且集中在受力最大的框架節(jié)點(diǎn)處。雖然裂縫寬度較小，沒有造成結(jié)構(gòu)毀滅性的破壞，但大量的裂縫，特別是集中在框架節(jié)點(diǎn)處的裂縫，造成框架梁柱在裂縫位置的抗剪能力被嚴(yán)重削弱，框架節(jié)點(diǎn)處的剛度被削弱，使混凝土框架節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重偏離剛性假設(shè)，結(jié)構(gòu)實(shí)際的抗震模型與設(shè)計(jì)計(jì)算的假設(shè)偏差較大。地下室頂板、柱、梁及梁柱節(jié)點(diǎn)均出現(xiàn)了明顯裂縫，并出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象。而明顯出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的地方主要位于7-4軸與7-V軸交接處，也正是初步判斷為地下室局部上浮的部位。具體圖片如下：

3上浮原因分析

3.1 設(shè)計(jì)過程中可能存在的原因造成地下室上浮

3.1.1. 地下室最高抗浮水位的選取

本工程設(shè)計(jì)過程中選取的抗浮設(shè)防水位為5.6m（黃海高程），而室外地坪標(biāo)高為6.20m（黃海高程），在計(jì)算時(shí)，考慮了地下室頂板上層覆1.5m土。而現(xiàn)場實(shí)際情況發(fā)生變化，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)現(xiàn)場情況估計(jì)不足，選取的抗浮設(shè)防水位沒有按照最不利的考慮。

按照相關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)地下室或地下構(gòu)筑物，其設(shè)防水位可按歷年最高地下水位設(shè)計(jì)，而本工程設(shè)計(jì)過程中按照地質(zhì)勘測(cè)單位提供的地下抗浮設(shè)防水位進(jìn)行的計(jì)算，地質(zhì)勘測(cè)單位只是根據(jù)勘測(cè)數(shù)據(jù)確定的設(shè)防水位，并未按照要求，對(duì)該處地下水位的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、論證，而恰恰該處地處錢塘江邊，地下水位變化明顯。

而本工程事故發(fā)生時(shí)，主樓已經(jīng)結(jié)頂，A區(qū)地下室頂板未按要求及時(shí)覆土。由于地下室周邊抽水不及時(shí)，造成雨水積聚。實(shí)際水位遠(yuǎn)超過本該按照地下室頂板計(jì)算的地下水位，故地下水位應(yīng)取值出現(xiàn)偏差。造成地下水所產(chǎn)生的浮力實(shí)際值比設(shè)計(jì)值提高了123%。

地質(zhì)勘測(cè)過程中對(duì)地下水位的考慮失誤，設(shè)計(jì)過程中沒有對(duì)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行論證，直接采用，造成計(jì)算時(shí)抗浮情況與現(xiàn)場實(shí)際情況發(fā)生了偏差。這也可能是造成抗浮失敗因素之一。

3.1.2.地下室預(yù)應(yīng)力管樁的端頭板強(qiáng)度不足

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中的相關(guān)公式計(jì)算，得到20mm厚端頭板所承受的強(qiáng)度為629kN。而設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)沒有計(jì)算此項(xiàng)，而此項(xiàng)經(jīng)計(jì)算為此項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力管樁的控制因素，此結(jié)果為最不利因素。

設(shè)計(jì)單位經(jīng)計(jì)算，將抗拔樁的抗浮承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定為700kN，而實(shí)際情況經(jīng)計(jì)算，不滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.3. 預(yù)應(yīng)力管樁樁頂與承臺(tái)連接控制的樁抗拔承載力不足

本工程預(yù)應(yīng)力管樁，大部分采用截樁工藝，小部分采用在端頭板上焊接鋼筋，錨入承臺(tái)。錨入承臺(tái)的鋼筋，設(shè)計(jì)聯(lián)系單上明確采用7Φ20，錨固長度按照相關(guān)圖集。錨入承臺(tái)的鋼筋經(jīng)過計(jì)算，能夠承受的拉力設(shè)計(jì)值為：659kN，小于設(shè)計(jì)單位確定的抗浮承載力標(biāo)準(zhǔn)值700kN。

3.2 施工過程中存在的原因造成地下室上浮

3.2.1.地下室頂板未覆土，壓重情況與設(shè)計(jì)計(jì)算存在偏差

本工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)師的整體思路是地下室頂板及側(cè)墻邊回填土完全完成后，由頂板覆土自重加上結(jié)構(gòu)自重，平衡一部分水浮力。所缺部分荷載，采用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行抗浮。

然而施工時(shí)，由于現(xiàn)場場地狹小，將地下室頂板作為了鋼筋加工場地，為了施工方便提前將地下室四周進(jìn)行回填土，且回填土質(zhì)量不好。這樣就形成了一個(gè)周邊高，中間低的現(xiàn)實(shí)情況，由于已經(jīng)完成了溫度后澆帶的澆筑，在雨季來臨的時(shí)候，造成地下水、地表水向此處匯集，而排水措施相對(duì)不利，短時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)小池塘。

這樣就造成了設(shè)計(jì)人員的抗浮設(shè)計(jì)結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際情況存在了不小的偏差。

3.2.2.施工時(shí)預(yù)應(yīng)力管樁作為抗拔樁，可能存在的問題

預(yù)應(yīng)力管樁作為抗拔樁，有著一定的優(yōu)勢(shì)，這種樁基成本低廉、施工速度快，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

但其缺點(diǎn)也非常明顯，而本工程采用的預(yù)應(yīng)力管樁作為抗浮樁可能存在著的一些問題。

（1）.預(yù)應(yīng)力管樁接頭處焊接質(zhì)量可能存在的問題

預(yù)應(yīng)力管樁的接頭處，是將兩節(jié)管樁的端板進(jìn)行焊接的過程。焊接的過程中焊縫的質(zhì)量要求較高，現(xiàn)場的情況較為復(fù)雜。制約焊縫質(zhì)量的因素很多。如預(yù)應(yīng)力管樁垂直度不夠，在調(diào)整垂直度時(shí)造成端板間縫隙過大，焊縫的飽滿程度不夠；焊縫焊接完成后，自然冷卻時(shí)間不夠直接進(jìn)行壓樁，造成焊縫驟然遇冷產(chǎn)生脆裂；預(yù)應(yīng)力管樁端板處焊接后，基本無防腐措施，造成接頭處耐久性差等情況。

（2）.預(yù)應(yīng)力管樁與承臺(tái)連接處，可能存在的問題

預(yù)應(yīng)力管樁與承臺(tái)連接處，存在兩種情況：一種情況為預(yù)應(yīng)力管樁截樁后，采用灌芯處理。一種情況是不采取截樁措施，在預(yù)應(yīng)力管樁端板上焊接鋼筋錨入承臺(tái)中。本工程抗浮樁兩種形式都有涉及到，第一種情況偏多，在施工過程中，鋼筋的焊接、混凝土灌芯的質(zhì)量保證都很容易出現(xiàn)問題，導(dǎo)致抗浮樁與承臺(tái)脫開，造成抗浮失敗。

3.地下室周邊回填土的填料質(zhì)量與壓實(shí)質(zhì)量存在缺陷

本工程在地下室頂板混凝土澆筑完成后，施工單位對(duì)地下室四周進(jìn)行了回填土，沒有對(duì)回填土的本身質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

在回填時(shí)，采用了部分建筑垃圾和淤泥質(zhì)粘土，回填土的本身材質(zhì)不符合要求，其含水率和透水性較強(qiáng)。同時(shí)也沒有進(jìn)行分層夯實(shí)，為地表水提供了滲入地下室的通道，地表水滲入量較大，加劇了地下室上浮。

地下室的側(cè)壁采用了JS防水涂料，本意是防止地下水滲入地下室，但在地下室上浮的過程中，降低了地下室外墻與填土之間的摩擦阻力，對(duì)地下室的抗浮也是很不利的。

4結(jié)論

根據(jù)上述案例分析，絕大多數(shù)地下室上浮的原因都可歸結(jié)于設(shè)計(jì)階段的考慮不周和施工環(huán)節(jié)的疏漏造成。在此總結(jié)，對(duì)今后各設(shè)計(jì)院地下室抗浮設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及施工過程中的注意事項(xiàng)有一定的現(xiàn)實(shí)意義：

1、 設(shè)計(jì)階段抗浮水位的選取，需要格外慎重，應(yīng)以項(xiàng)目當(dāng)?shù)睾樗粯?biāo)高或者小區(qū)內(nèi)汽車坡道入口處標(biāo)高作為抗浮水位的計(jì)算值。

2、 預(yù)應(yīng)力管樁的端頭板焊接強(qiáng)度計(jì)算、預(yù)應(yīng)力管樁與承臺(tái)連接處的強(qiáng)度計(jì)算，往往被設(shè)計(jì)院忽略。

3、 設(shè)計(jì)院抗浮計(jì)算都是基于項(xiàng)目整體完成后的工況，而地下室上浮往往是在施工過程中發(fā)生。是因?yàn)槭┕み^程中的受力工況與設(shè)計(jì)階段考慮的工況不同。這點(diǎn)需要設(shè)計(jì)院更多考慮到施工方面的因素，而施工階段也要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求來施工。

4、 地下室四周回填土的質(zhì)量及施工流程也至關(guān)重要，施工單位往往因?yàn)槌杀尽⒐て诘囊蛩?，采用回填建筑垃圾或淤泥等不符合要求的回填材料。同時(shí)，也很難按照要求分層回填，保證回填后的壓實(shí)系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院. 10G49. 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁. 北京. 中國計(jì)劃出版社，2010