上浮建筑的處理

□文/田偉 劉杰

上浮建筑的處理

□文/田偉 劉杰

文章以實(shí)際工程為例，從上浮建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、上浮原因入手進(jìn)行詳細(xì)分析并介紹了處理方案。

上??；建筑；處理

1　工程概況

工程位于天津市中心城區(qū)，地上3層、地下2層，建筑面積約為5.2萬m2，基礎(chǔ)埋深9.3 m，樁筏基礎(chǔ)，閥板厚600mm、長(zhǎng)約300m、寬約50m?？拱螛哆x用PCA400預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁長(zhǎng)12.0 m、直徑400 mm、壁厚80 mm，單樁抗拔承載力極限值560kN。

2　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

工程基礎(chǔ)埋深9.3 m；地下部分為一個(gè)整體，有139 500 m3的巨大體積，相當(dāng)于一個(gè)航空母艦，水位上升浮力非常大。

3　事故現(xiàn)象

工程主體完成后停止降水，發(fā)現(xiàn)部分填充墻體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的開裂與損傷，根據(jù)沉降觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該建筑部分觀測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)上浮。

為更加準(zhǔn)確地判斷，委托國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)鑒定。

4　檢測(cè)結(jié)果

1）地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果表明，上浮最大區(qū)域內(nèi)與上浮較小區(qū)域內(nèi)法蘭盤距閥板上表面的高度存在明顯差異。

2）上浮最大區(qū)域內(nèi)樁位處芯樣整體呈青色，底部粘有一層灰色水泥漿，表明芯樣底部存在不同層的混凝土交接面。沿打開的孔洞底部檢查,結(jié)果顯示孔洞底面為堅(jiān)硬混凝土層，該層距閥板基礎(chǔ)上表面約為560 mm。鐵鉤彎折的頭部能伸入孔洞底部周邊，表明孔洞底部一周均存在空隙。空隙上表面始于距閥板上表面530mm處（與芯樣長(zhǎng)度吻合），下止于560mm處。此處樁頭與基礎(chǔ)連接在交接面層處存在空隙,空隙高約30 mm。

3）通過雷達(dá)掃描與鉆孔檢查相結(jié)合的方法對(duì)樁頭與基礎(chǔ)閥板的連接情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，該工程上浮較大區(qū)域的樁頭與基礎(chǔ)閥板存在空隙，已經(jīng)脫開。

5　原因分析

1）選擇預(yù)制管樁做抗拔樁有設(shè)計(jì)缺欠。

2）樁與基礎(chǔ)底板連接有問題，見圖1。

圖1　抗拔樁與基礎(chǔ)連接

單樁抗拔力設(shè)計(jì)值280 kN、極限值560 kN，與預(yù)制管樁點(diǎn)焊連接。經(jīng)過驗(yàn)算和施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，單樁抗拔力和單根連接鋼筋抗拔力均滿足設(shè)計(jì)要求。但是，經(jīng)過計(jì)算和調(diào)查，設(shè)計(jì)的這種連接方式只可以抵抗280 kN的抗拔力，當(dāng)超過設(shè)計(jì)值時(shí)，這種連接就會(huì)破壞。

3）降水方面。天津地區(qū)地下水位較高，主體結(jié)構(gòu)施工完成就停止降水，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，靜止水位為-0.5m，水浮力相當(dāng)于8.8m。按此計(jì)算，在主體結(jié)構(gòu)完成時(shí)單樁的抗拔力達(dá)447 kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值單樁和單根鋼筋抗拔力設(shè)計(jì)值，在沒有超過單樁抗拔力極限值時(shí)就超過了連接鋼筋抗拔力，因此造成連接鋼筋脫開破壞。

6　處理方案

6.1有組織排水方案

此方案是在地下2層的墻上打孔，控制水位，減小浮力，使建筑物不上浮。這種方法要長(zhǎng)期降水，后期費(fèi)用大，而且存在安全隱患。

6.2鉆孔灌注裝方案

地勘報(bào)告中所給出的地質(zhì)數(shù)據(jù)，只到達(dá)地下室底板下12m左右。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，φ500mm的鉆孔灌注樁的單樁承載力與同條件的φ400 mm預(yù)制管樁單樁承載力相近，取為特征值280kN。經(jīng)計(jì)算得樁2二層人防范圍內(nèi)面層做法，此部分需要增加樁數(shù)71根。則地下室需要增加的總樁數(shù)為1065根。

此方案需要在混凝土底板開孔，對(duì)地板造成很大破壞，而且在4 m高的地下室內(nèi)施工，施工難度巨大，工程成本很高，包括開洞、鉆孔灌注樁總費(fèi)用要達(dá)到1000萬元。

6.3錨桿方案

正常情況下，一般采用土錨桿。土錨桿是先處理基礎(chǔ)以下的土體，再將錨桿錨入土體，達(dá)到獲取抗拔力的效果。但是本工程主體已經(jīng)施工完成，土體處理難度更大。受巖土錨桿的啟發(fā)，本工程有1114根長(zhǎng)12.0m，直徑400mm的預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔管樁可以利用。因此采用將錨桿錨入原來抗拔樁的方案。

7　補(bǔ)樁計(jì)算

1）目前的狀態(tài)下，各層地面的面層做法還未施工，建筑物自重為基礎(chǔ)底板以上模型倒算恒載43.0 kN/m2，地下室底板自重15.0kN/m2，抗浮水位水浮力88kN/m2。

抗拔樁及壓重須補(bǔ)足的抗浮力為88-0.9×（43+15）=35.8（kN/m2）。

2）若考慮在地下室2層底板上結(jié)合面層做法壓重0.4m厚的鋼筋混凝土，地下1層至0層每層0.1 m厚的混凝土面層，地上2～3層每層0.05 m厚的混凝土面層做法，壓重合計(jì)17.5kN/m2。

抗拔樁須補(bǔ)足的抗浮力為35.8-0.9×17.5=19.25（kN/m2）。

建筑物底板總面積為13 140 m2，則抗拔樁總抗力為252945kN。

3）根據(jù)原設(shè)計(jì)樁位圖，抗拔樁共有1 195根?？鄢挥谥潞图袅ο聼o法進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)的樁位，共有1114根抗拔樁可用?？傮w上說每根抗拔樁只要承受227kN拉力即可。但是考慮到上部荷載分布的不均勻以及抗拔樁布置的不均勻，不能保證各抗拔樁的受力完全均衡，為避免抗拔樁連接被各個(gè)擊破，錨桿連接設(shè)計(jì)應(yīng)以原設(shè)計(jì)的單樁承載力特征值280kN為好。

4）錨桿連接設(shè)計(jì)。選用6mφ51mm×8mm鋼質(zhì)錨桿。

8　中空注漿錨桿施工

8.1施工工藝

1）中空注漿錨桿及注漿參數(shù)。按照原設(shè)計(jì)每樁內(nèi)設(shè)1根錨桿，插入預(yù)應(yīng)力管樁樁心內(nèi)錨固4 m。桿身抗拉強(qiáng)度極限值不低于640kN。

2）水泥漿液采用灰砂比1∶0.5～1∶1的水泥砂漿或水灰比0.45～0.55的純水泥漿，具體配比試驗(yàn)確定。為增加磨阻力水泥采用膨脹水泥，水泥漿中氯化物含量不得大于水泥重量的0.1%。注漿體的抗壓強(qiáng)度值不低于30MPa。

3）工藝流程。中空注漿錨桿施工工藝流程見圖2。

圖2　中空注漿錨桿施工工藝

8.2施工方法

采用水鉆鉆孔，孔徑100 mm，要穿透底板和灌芯混凝土并用高壓水清孔和預(yù)制樁內(nèi)壁。將安裝好錨頭的中空錨桿和排氣管同時(shí)插入孔內(nèi)。人工安裝止?jié){塞、墊板和螺母。利用快速接頭將錨桿和注漿機(jī)連接。開啟注漿機(jī)器，按照設(shè)計(jì)的注漿壓力進(jìn)行壓力注漿。待砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以上時(shí)，再度擰緊螺母，施加預(yù)應(yīng)力。

本項(xiàng)目中空注漿錨桿與傳統(tǒng)的工藝有所不同，將先加預(yù)應(yīng)力改為后加預(yù)應(yīng)力。先安裝錨桿再注漿，注漿時(shí)壓力可達(dá)2.0 MPa，不但可以充填錨孔，而且在有裂隙的部位，漿液在注漿壓力作用下滲透進(jìn)裂隙，達(dá)到改善的目的。要注意在壓力作用下錨桿的位置變化，注漿結(jié)束要將錨桿復(fù)位。待砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以上時(shí)，再度擰緊螺母，施加預(yù)應(yīng)力。

由于在4m高的地下室內(nèi)施工，因此，6 m長(zhǎng)的錨桿需要分兩節(jié)，中間要加工套筒進(jìn)行連接。

9　體會(huì)

1）大體量地下工程設(shè)計(jì)必須重視水浮力。

2）用預(yù)制樁做抗拔樁必須慎重，而且要特別重視樁與基礎(chǔ)的連接。

3）要根據(jù)竣工圖準(zhǔn)確確定樁位，錨桿要錨入樁芯，內(nèi)側(cè)壁必須清理干凈，錨固用水泥要采用膨脹水泥，增加錨固力。

4）本項(xiàng)目巧妙地將錨桿錨入原預(yù)制樁內(nèi)，節(jié)約大量處理費(fèi)用，為類似工程處理提供很好的方案。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.012

□劉杰/天津三建建筑工程有限公司。

□TU473.1+3

□C

□1008-3197（2015）02-30-02

□2015-01-13

□田偉/男，1968年出生，高級(jí)工程師，天房集團(tuán)，從事工程技術(shù)管理工作。