某地下室上浮事故的分析與處理

李方玉,周　波

(浙江之江工程項目管理有限公司,浙江 杭州 310015)

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某地下室上浮事故的分析與處理

李方玉,周波

(浙江之江工程項目管理有限公司,浙江 杭州 310015)

某商業(yè)建筑地下室受到地下水浮力作用產(chǎn)生不均勻上浮,造成結(jié)構(gòu)損傷。通過上浮事故原因分析和結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理的分析,提出了合理的加固處理方案,可供類似項目借鑒。

地下室上浮;抗浮;加固處理

1　工程概況

某商業(yè)建筑,總建筑面積9萬m2,地下室1層,地上由A、B兩幢L形的12層主樓組成。地下室平面為矩形,尺寸為218.35 m×85.82 m,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,樁徑600～800 mm,混凝土強度等級為C30,以⑧-3中風(fēng)化巖層為持力層,樁長27～30 m,樁承臺均為1 100 mm厚單樁承臺,底板厚350 mm,底板面標(biāo)高為-5.600 m,頂板面標(biāo)高為-1.25 m和-2.00 m(⑧～軸/～軸區(qū)域為-2.00 m)。由于地下室本身荷重較輕,因此設(shè)計采取了相應(yīng)的抗浮設(shè)計。至2007年6月,工程施工進(jìn)入裝飾階段,地下室后澆帶已封閉完畢,但尚未加填地下室頂板上的土方。由于6月份連降大雨,地下水位驟升,導(dǎo)致主樓外的部分地下室上浮變形,最大上浮值超過了300 mm。

2　事故分析

2.1事故概述

本工程地下室基礎(chǔ)為樁+底板,設(shè)計采用結(jié)構(gòu)自重、地下室頂面覆土和抗拔樁來抵抗地下水浮力。在多日連降大雨后,地下水位驟升至頂板以上300 mm,地下室頂板上的土方尚未加填,在地下室抗浮措施未完全到位的情況下,地下室水浮力超過結(jié)構(gòu)實際自重和抗拔樁的抗拔承載力,部分地下室上浮,最大上浮值超過了300 mm,地下室結(jié)構(gòu)上浮受損、開裂。

抗拔樁的抗拔承載力基本上取決于豎向配筋量,在上浮變形中,樁體通常不會發(fā)生整體上拔破壞,而發(fā)生樁配筋或樁與承臺錨筋屈服或斷裂,包括引起樁上端局部混凝土開裂破壞。由于地下室上浮和迫降變形過程中變形量的不一致,柱頂、柱根均受到了較為嚴(yán)重的受拉、斜剪破壞,產(chǎn)生了較多的橫向和斜向裂縫,其中高低跨較跨中處框架柱受損破壞嚴(yán)重；框架梁則在地下室的上浮和迫降變形過程中產(chǎn)生了受彎和剪切破壞裂縫,其中東邊梁較跨中梁處破壞嚴(yán)重；地下室頂板、底板及東邊墻結(jié)構(gòu)目前均存在一定的滲漏現(xiàn)象,產(chǎn)生了部分結(jié)構(gòu)性破壞裂縫；根據(jù)某省建科院進(jìn)行的探地雷達(dá)無損檢測,地下室范圍基礎(chǔ)抗拔樁身與樁頂承臺存在脫開現(xiàn)象,估計樁身主筋已出現(xiàn)屈服拉斷破壞,其中地下室跨中范圍抗拔樁破壞相對較為嚴(yán)重。

2.2抗浮驗算

抗浮驗算分兩種情況,首先按設(shè)計考慮情況驗算,即考慮結(jié)構(gòu)自重、頂板上覆土和抗拔樁抗拔承載力,地下水位按頂板面平,經(jīng)驗算0.9R>Ff,地下水浮力小于地下室整體抗浮力,抗浮設(shè)計滿足要求。

第二種情況,按現(xiàn)場實際情況驗算,即不考慮頂板上覆土,地下水位按實際水位考慮。

抗浮驗算采用公式：

0.9R≥Ff[1]

式中：R為抗浮力,指結(jié)構(gòu)自重和抗拔樁抗拔承載力;

Ff為地下水浮力。

抗浮驗算時,抗浮力僅計入結(jié)構(gòu)自重且采用標(biāo)準(zhǔn)值,可變荷載和側(cè)壁摩阻力不應(yīng)計入。

地下水浮力采用公式：

Ff=rw(hw-ZO)[2]

式中：rw為水的重度；

hw為抗浮水位標(biāo)高；

ZO為建筑基底標(biāo)高。

本次事故中水位已超設(shè)計考慮標(biāo)高,因此hw取地下室底板底至實際水位標(biāo)高。

地下室抗浮力：

R=R1+R2+R3+R4

式中：R1為頂板自重；

R2為柱、剪力墻自重；

R3為底板、地梁加承臺自重；

R4為樁的抗拔承載力。

經(jīng)驗算：0.9R≤Ff,地下水浮力大于地下室整體抗浮力,抗浮不滿足要求,因此發(fā)生上浮事故。

3　處理方案

事故發(fā)生后,業(yè)主與監(jiān)理方緊急召集設(shè)計和施工方商討處理對策,隨即按照設(shè)計要求,連續(xù)采取了在基坑?xùn)|側(cè)挖深井抽水,在底板上鑿孔泄水和頂板上分批緩慢覆土加壓措施,同時建立了沉降監(jiān)測系統(tǒng)。完成降水和土方回填后,基本實現(xiàn)了地下室的迫降糾偏,最大迫降值達(dá)200 mm左右,取得了一定的糾偏效果。但是相應(yīng)的地下室結(jié)構(gòu)也明顯受損,尤其是發(fā)現(xiàn)柱梁開裂較多,地下室底板的滲漏點增加，等等。

由于地下室在上浮和迫降變形過程中引發(fā)了一系列的工程結(jié)構(gòu)損壞問題,故而必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合處理,消除工程質(zhì)量隱患,確保地下室的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。見圖1。

根據(jù)原設(shè)計圖紙及現(xiàn)場踏勘裂縫記錄和無損檢測報告,以及相關(guān)規(guī)范、技術(shù)規(guī)程,確定加固處理方案如下：

3.1基底注漿加固方案

由于部分樁體頂部與承臺之間存在脫開、拉斷破壞,底板迫降穩(wěn)定后仍存在殘余上浮值,造成基底與土體和樁體之間存在一定空隙,故采用基底低壓力注漿,以消除基底迫降后殘余的空隙并恢復(fù)斷樁的抗壓承載力。Ф40注漿孔布置范圍(～)×(～),按照間距4 200布置,共8×20=160孔,每孔對應(yīng)埋設(shè)Ф36注漿管一只(共160只),注漿孔穿過底板墊層,孔深1.2～1.5 m。注漿采用微膨脹水泥漿液,32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥,摻加10%UEA,水灰比0.5～0.6。

3.2基礎(chǔ)補樁加固處理

3.2.1錨桿靜壓樁法

錨桿靜壓樁法是現(xiàn)階段較為常用的地基基礎(chǔ)加固的處理方法,但在本工程中,該方法存在施工可行性問題：1)地基土層中存在深厚的④-2粉質(zhì)黏土混砂礫和④-3礫砂混粉質(zhì)黏土層,另底板厚度只有350 mm,采用錨桿靜壓樁法較難穿透。2)錨桿靜壓樁采用焊接接樁無法滿足樁基抗拔加固要求。

3.2.2鉆孔壓漿樁法

鉆孔壓漿樁是對樹根樁改進(jìn)后的新樁型,其鉆機(jī)采用地質(zhì)鉆機(jī)改裝而成,適合地下室類狹小空間施工,施工操作方便,施工質(zhì)量能得到保證,故適合在地下結(jié)構(gòu)中進(jìn)行基礎(chǔ)加固處理(包括抗壓、抗拔加固處理)。

對8#樁加固,采用A型(圖2)Ф300擴(kuò)底式、C20鉆孔壓漿樁,擴(kuò)底段Ф450,長2.0 m,樁以⑦-3礫砂混黏土層為持力層,有效樁長15.0 m,取單樁豎向抗拔承載力特征值Ra′=250 kN,抗壓承載力特征值Ra=350 kN,配筋4Ф22、Ф6@150～250。

圖1　地下室加固處理平面示意圖

圖2　A型鉆孔壓漿樁樁身詳圖　　圖3　B型鉆孔壓漿樁樁身詳圖

對7#樁加固,采用B型(圖3)Ф400、C20鉆孔壓漿樁,樁仍以⑦-3礫砂混黏土層為持力層,有效樁長20.0 m,取單樁豎向抗拔承載力特征值Ra′=450 kN,抗壓承載力特征值Ra=650 kN,配筋5Ф25、Ф6@100～200。布樁方式同A型樁,具體范圍為：A棟⑧/～、/～計8個承臺；B棟⑧/～、×～計6個承臺,預(yù)計補入B型樁28支。

3.3梁、柱加固方案

3.3.1部分框架柱鑿除重澆處理

對部分裂縫發(fā)展嚴(yán)重、混凝土破壞嚴(yán)重的柱體,進(jìn)行鑿除重澆處理(共10個柱,其中整體重澆3支，柱頂部重澆7支)。在柱體鑿除前應(yīng)安全可靠地進(jìn)行柱梁托換支撐施工。

3.3.2梁柱碳纖維布加固處理

對部分裂縫發(fā)展相對較好的梁柱體采用粘貼200 g/m2規(guī)格碳纖維布進(jìn)行加固處理,在貼布施工前應(yīng)進(jìn)行裂縫注膠和混凝土基面處理。貼布完成后,應(yīng)按相應(yīng)規(guī)范要求做好表面防護(hù)和外觀處理,并滿足規(guī)范的防火要求。

4　結(jié)　語

1)設(shè)計抗浮力取值只考慮正常氣候條件,按常規(guī)取值計算,未考慮特殊氣候條件的水位起伏,設(shè)計偏于經(jīng)濟(jì)。在設(shè)計說明里有一句話提到基礎(chǔ)回填土完成前不得停止降水,但在設(shè)計交底和后期施工中再未提及,因此未能引起各方足夠重視。

2)施工單位抗浮防范意識不強,后澆帶在頂板覆土前完成封閉施工,降水設(shè)施投入不足(少雨時尚能滿足),對突發(fā)狀況反應(yīng)不及時,未在第一時間采取有效措施,導(dǎo)致地下室水浮力超過結(jié)構(gòu)實際自重和抗拔樁的抗拔承載力,從而導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)上浮受損、開裂。等到發(fā)現(xiàn)上浮,已有一定上浮量,梁柱裂縫的后果已經(jīng)產(chǎn)生了,即使馬上底板鑿洞泄水也起不到作用了。

3)本工程經(jīng)加固處理后,結(jié)構(gòu)尺寸無變化,對使用功能無任何影響,經(jīng)過8年的跟蹤隨訪,地下室無新增裂縫和滲漏水出現(xiàn),達(dá)到了預(yù)期的處理效果。

[1]蘭嵐.某地下室上浮事故分析處理和檢測加固[J].住宅科技,2016(2)：47-50．

[2]溫靜,石偉國,潘文浩.綜合抗浮技術(shù)在深圳某醫(yī)院工程中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù),2015,46(6)：553-555．

Analysis and Treatment of the Floating Accident for a Basement

LIFangyu,ZHOUBo

2016-06-17

李方玉(1974—),女,浙江杭州人,工程師,從事建筑工程監(jiān)理工作。

TU746.3

B

1008-3707(2016)10-0022-04