某工程地下室上浮處理工程實例

楊小龍，沈　靖，王　凱

(浙江建筑特種技術(shù)工程公司，浙江 杭州 310012)

?

某工程地下室上浮處理工程實例

楊小龍，沈靖，王凱

(浙江建筑特種技術(shù)工程公司，浙江 杭州 310012)

摘要：某工程地下室在主體工程施工完成后，由于未及時覆土并加上連續(xù)的暴雨天氣，排水不及時，以致于地下水位過高，水浮力超出了上部結(jié)構(gòu)自重最終引起地下室局部上浮，最大上浮量達到410 mm，導(dǎo)致地下室部分梁、板、柱結(jié)構(gòu)損傷。通過對受損結(jié)構(gòu)進行檢測，分析上浮原因及結(jié)構(gòu)破壞機理，對地下室結(jié)構(gòu)進行抗浮處理以及結(jié)構(gòu)加固補強措施，從而解決了此次工程上浮事故的問題。

關(guān)鍵詞：上??；損傷；裂縫；加固設(shè)計

1工程概況

某工程總建筑面積為30 830.8 m2，平面呈倒“L”形，由南向北依次由主樓(12層)及1層廣場地下停車庫組成。廣場地下停車庫面積為9 628.09 m2，地下車庫層高為5.08 m，見圖1。

圖1　建筑平面布置示意圖

本工程地下室基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)加防水底板形式，基礎(chǔ)底板厚500 mm，純地下室部分主要通過設(shè)置4根φ150mm抗拔巖石錨桿以及上部約1.2m覆土措施來滿足結(jié)構(gòu)整體抗浮要求。本工程地下室主體工程施工完成后，由于未及時覆土加上連續(xù)的暴雨天氣，導(dǎo)致地下水位過高，于2015年5月16日發(fā)現(xiàn)地下停車庫結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部上浮，上浮面積約為7 000m2，造成部分地下停車庫的結(jié)構(gòu)(梁、板、柱)出現(xiàn)裂縫。

該工程建設(shè)場地土層自上而下依次為：①-1層雜填土，透水性強，層厚0.3～1.7m；①-2層耕土，層厚0.3～0.6m；②層粉質(zhì)黏土，透水性一般，層厚2.6m；③層卵石，透水性好，層厚3.0～6.6m；④-1層強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，層厚1.2～2.0m；④-2層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，層厚2.5～8.0m。地下水的穩(wěn)定水位-0.8～-1.6m，水位變化幅度約1.5m。

經(jīng)現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)純地下室中部位置產(chǎn)生裂縫的柱子較多，裂縫形式均為水平裂縫及斜裂縫；梁上裂縫多為U形裂縫、斜裂縫；局部地下室頂板角部出現(xiàn)放射性裂縫。裂縫位置大體相似，均位于梁柱節(jié)點區(qū)域附近；裂縫寬度以0.5～1.5mm的居多，部分柱子出現(xiàn)柱腳與柱頂混凝土局部壓碎現(xiàn)象。

現(xiàn)場結(jié)構(gòu)受損情況見圖2～7。

圖2　柱底裂縫

圖3　柱底混凝土壓碎

圖4　柱底混凝土角部壓碎

圖5　柱頂角部混凝土壓碎

圖6　頂板放射裂縫

圖7　梁底受扭裂縫

2地下室抗浮驗算

地下室底板及頂板結(jié)構(gòu)平面圖見圖8、圖9。地下室剖面示意圖見圖10。

本工程±0.000m相當(dāng)于黃海高程69.60m。

地下室頂板面標(biāo)高：-1.670m；地下室底板面標(biāo)高：-6.750m。

結(jié)構(gòu)層高：5.08m，室外地坪為-0.450m。覆土實際厚度為1.12m。

地下室頂板厚250mm，地下室底板厚500mm。

地下室抗浮設(shè)計水位(根據(jù)地勘單位提供)：室外地坪以下0.5m，對應(yīng)黃海高程為68.65m，相對標(biāo)高為-0.950m。

圖8　地下室底板結(jié)構(gòu)平面圖

圖9　地下室頂板結(jié)構(gòu)平面圖

圖10　地下室剖面示意圖

2.1水浮力計算

H=5.08+0.5+0.72=6.3m

f=6.3m×10kN/m3=63kN/m2

L=8.4m；B=7.0m

單柱受荷面積A=8.4×7.0=58.8m2

水浮力總值F=fA=63×58.8=3 704kN

2.2錨桿抗拔承載力復(fù)核

錨桿抗拔承載力計算包括錨桿周邊抗拔摩擦力、錨桿抗拉強度、錨桿與承臺混凝土連接的錨固長度。

2.2.1錨桿抗拔摩擦力特征值

根據(jù)地勘報告可知，巖石抗拔系數(shù)λ=0.8，巖石與錨固體的粘結(jié)強度特征值中風(fēng)化粉砂巖frd=180kPa，錨桿有效長度為6.0m，抗浮錨桿的抗拔承載力特征值根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007—2011)》[1]8.6.3公式：Rt≤∑0.8πd1×l×frd得單根錨桿抗拔摩擦力特征值為406 kN，則4根錨桿總抗拔摩擦力特征值為1 624 kN。

2.2.2錨桿鋼筋抗拉力設(shè)計值

2.2.3錨桿鋼筋錨固長度

2.3短柱抗拉承載力驗算

短柱抗拉承載力計算包括柱鋼筋抗拉強度特征值,柱鋼筋與承臺混凝土連接的錨固長度。

2.3.1柱鋼筋抗拉特征值計算

2.3.2柱鋼筋錨固長度

2.4基礎(chǔ)承臺承載力復(fù)核

根據(jù)本工程地下室的結(jié)構(gòu)特點，基礎(chǔ)承臺為抗浮的中間傳力構(gòu)件，設(shè)計中應(yīng)考慮承臺本身的抗彎能力、抗沖切能力、在柱拉力作用下承臺抗剪切能力以及短柱在承臺中的抗拔承載力。

2.4.1承臺抗彎承載力

2.4.2承臺抗沖切承載力

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94—2008)》[3]，承臺抗沖切承載力F1=βhp×β0×um×h0×ft，其中βhp=1，β0=1.09>1取1，根據(jù)計算可知承臺抗沖切承載力為2 051 kN。

2.4.3承臺抗剪承載力

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94—2008)》[3]5.9.10，承臺抗剪承載力V=βhs×α×b0×h0×ft，其中βhs=1.0，α=1.11，根據(jù)計算可知承臺抗剪承載力為1 924 kN。

2.4.4短柱抗拔承載力

采用基樁抗拔承載力計算方式，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94—2008)》[3]5.4.5，柱抗拔承載力Nk=Tuk/2+Gp，Tuk=∑λi×qsik×ui×li；此處Gp=0，抗拔系數(shù)λi取1.0，qsik取承臺混凝土的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.2 MPa。當(dāng)承臺厚度為590 mm時，柱的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1 298 kN。

2.5地下室結(jié)構(gòu)自重及抗浮計算

在施工工況下(頂板無覆土)結(jié)構(gòu)自重G1=1 447 kN；在正常使用工況下結(jié)構(gòu)自重G2=2 903 kN，短柱抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值小于錨桿抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值，起主控作用，則G總=2 903+1 298=4 201 kN，G總/F=4 201/3 704=1.13>1.05，故地下室抗浮設(shè)計滿足要求。但在正常使用的工況下，即地下室底板建筑做法及頂板覆土完成后，當(dāng)室外地下水位達到抗浮水位設(shè)計值時，短柱受到拉力為3 704-2 903=801 kN，大于柱鋼筋的抗拉承載力特征值652 kN,地下室短柱裂縫寬度將大于0.2 mm，混凝土耐久性將不能滿足規(guī)范要求。

2.6施工工況下單柱受合力情況分析

根據(jù)以上各計算結(jié)果可知地下室施工階段(頂板無覆土)時結(jié)構(gòu)自重G1為1 447kN。在不同地下水位(施工過程中實際水位最高可達到地下室頂板標(biāo)高)情況下單柱受拉力，以標(biāo)準(zhǔn)開間7.0m×8.4m為例，單柱受荷面積為58.8m2。具體計算結(jié)果見表1。

表1　地下室混凝土結(jié)構(gòu)完成后在不同水位時單柱受合力情況

注：1)表中負(fù)號表示柱承受壓力，正號表示柱承受拉力；2)表中的地下水位為黃海高程。

從表1中可以看到，在施工階段，地下車庫頂板沒有覆土的情況下，當(dāng)?shù)叵滤簧仙?5.92m高程即水頭為3.57m以上時(地下水位位于地下車庫頂板面以下2.01m)，柱受到的拉力將大于鋼筋抗拉的特征值，柱子的裂縫寬度將不滿足0.2mm的規(guī)范要求。當(dāng)?shù)叵滤簧仙?7.02m高程即水頭為4.67m以上時(地下水位位于地下車庫頂板板面以下0.91m)，柱受到的拉力將大于柱本身的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值，從而導(dǎo)致柱與基礎(chǔ)承臺交界面混凝土發(fā)生拔出破壞。因4根抗浮錨桿抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值為4×738=2 952kN，大于短柱抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值1 298kN，故承臺破壞后，錨桿雖未破壞但與地下室結(jié)構(gòu)脫離，從而失去抗浮作用。

3上浮原因及分析

根據(jù)以上驗算結(jié)果可知，造成本工程地下室局部上浮的主要原因為：施工階段地下水位因連續(xù)暴雨未能及時控制在安全范圍內(nèi)，水浮力超過地下室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與底板連接短柱的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值，致使短柱與基礎(chǔ)交界面混凝土破壞，從而導(dǎo)致抗浮措施失效。當(dāng)?shù)叵率夷骋恢垢∽饔檬Ш?，?dǎo)致周邊柱的連鎖失效進而引發(fā)了此次地下室局部上浮工程事故。

從現(xiàn)場對上浮區(qū)域部分承臺的開挖檢查結(jié)果可知，承臺在錨桿附近部分沒有上浮，而是柱在承臺中整體拔出，屬承臺混凝土在柱鋼筋周邊產(chǎn)生的拔出破壞，與實際計算相符，根據(jù)上述結(jié)論對本地下室上浮采取相應(yīng)加固措施。

4加固設(shè)計

4.1短柱裂縫控制驗算

當(dāng)滿足抗浮系數(shù)1.05時，短柱實際承擔(dān)的拉力

F1=3 704×1.05-2 851=1 038.2kN

則短柱在此荷載作用下，裂縫寬度大于0.2mm，已不滿足規(guī)范要求。

本工程地下室上浮加固采用增設(shè)巖石錨桿的方法來加強地下室本身的抗浮能力。

4.2巖石錨桿抗拔承載力特征值計算

錨桿直徑：100mm(下端擴大頭130mm)。

有效長度：3.0m。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007—2011)》[1]8.6.3公式：

Rt≤∑0.8πd1×l×f=0.8×3.14×(0.10×2.6+0.13×0.4)×180=141.1 kN

單根巖石錨桿抗拔承載力特征值141.1kN，取120kN。

4.3巖石錨桿正截面受拉承載力計算

N1≤fyAs=360×804=289.4 kN

141.1kN≤289.4kN滿足要求。

4.4巖石錨桿正截面受拉裂縫驗算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010—2010)》[2]7.1.2-1～7.1.2-4公式：

ωmax=2.2×1.027×

錨桿裂縫寬度滿足要求。

4.5地下室上浮區(qū)域范圍內(nèi)加固設(shè)計

1)抗浮錨桿失效后，F(xiàn)1=1 038 kN全部由新增巖石錨桿來承擔(dān)。采用φ100 mm抗拔承載力特征值120 kN，有效長度為3.0 m的巖石錨桿對地下室上浮區(qū)域進行加固，單個柱下的有效受荷面積7.8 m×8.4 m區(qū)間范圍內(nèi)布置20根可滿足抗浮要求，錨桿布置示意見圖11。

2)考慮柱下承臺破壞，采取在地下室底板上設(shè)置注漿孔，對柱下獨立基礎(chǔ)范圍內(nèi)進行填充式注漿，注漿完成后按要求進行檢測，以確?；A(chǔ)承臺的抗壓承載力。

4.6地下室上浮區(qū)域連接處加固設(shè)計

抗浮錨桿有效的情況下，此區(qū)域抗浮由短柱及新增巖石錨桿共同承擔(dān)，則內(nèi)力差值為1 038-652=386kN。通過基礎(chǔ)梁邊增設(shè)4根抗浮巖石錨桿來平衡，則可滿足短柱裂縫計算要求，錨桿布置示意見圖12。

圖11　地下室上浮區(qū)域錨桿布置圖

圖12　地下室上浮區(qū)域連接處錨桿布置圖

4.7地下室結(jié)構(gòu)損傷及裂縫處理加固設(shè)計[4]

1)對地下室上浮造成結(jié)構(gòu)損傷的構(gòu)件，按裂縫寬度采用如下方法進行加固處理：

①裂縫寬度小于0.2mm時，采用表面封閉法，

水泥砂漿抹面處理。

②0.2mm≤裂縫寬度≤1.5mm時，采用注射法，用環(huán)氧樹脂膠灌注處理。

③裂縫寬度大于1.5mm時，采用壓力注漿法灌注環(huán)氧樹脂膠處理。

2)對裂縫修復(fù)完成后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，粘貼2層碳纖維織布進行補強，并做好相關(guān)防護措施。

5結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑的功能以及實用性也越來越強，近年來，國內(nèi)高層建筑的數(shù)量不斷增多，而地下室作為高層建筑重要的組成部分，極大地豐富了高層建筑的功能性及實用性。高層地下室施工的技術(shù)要求也隨著功能要求而提高，但由于施工過程中未及時覆土加上連續(xù)的暴雨天氣，排水不及時等因素以致于地下水位過高，導(dǎo)致地下室出現(xiàn)安全事故的概率越來越高。地下室上浮是其中常見的一類工程安全事故，出現(xiàn)此類事故的原因主要是施工單位在施工過程中對地下水位的控制、排水措施及外部回填土等施工技術(shù)上存在不足，使得地下室經(jīng)歷強降雨后比較容易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。本文主要介紹了針對地下室上浮加固設(shè)計的思路及技術(shù)措施，通過這些技術(shù)措施可以有效降低地下室上浮對建筑整體質(zhì)量的影響。

參 考 文 獻

[1]中國建筑科學(xué)研究院.GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[3]中國建筑科學(xué)研究院.JGJ94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4]四川省建筑科學(xué)研究院.GB50367—2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013.

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：楊小龍(1988—)，男，浙江衢州人，助理工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

中圖分類號：TU94+3.1

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)04-0020-06

Projects of the Treatment to the Basement Floating in an Engineering

YANG Xiaolong, SHEN Jing, WANG Kai