建筑物裙房抗浮不足的處理措施

楊玉梅

1 概述

某大型建筑群體，共四棟主樓，主樓層數(shù)26～30層，下部為商業(yè)用房，上部為辦公用房，主樓之間通過(guò)純地下二層的裙房相連，主樓和裙房之間不設(shè)縫。主樓基礎(chǔ)形式為箱形基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)體系為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)[1]。地下二層裙房基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板，結(jié)構(gòu)形式為純框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸為8.4 m×7.1 m，裙房地下一層和地下二層層高均為3.6 m，頂板覆土厚度為2 m。該工程室內(nèi)地坪標(biāo)高為±0.000，±0.000相對(duì)的絕對(duì)高程為1 900.00 m，室內(nèi)外高差為300 mm。地下裙房平時(shí)為車庫(kù)和通道，戰(zhàn)時(shí)為人防用。主體結(jié)構(gòu)和填充墻完工后，遇到當(dāng)?shù)仄战荡笥?，地下水位暴漲，裙房地下室部分上浮約95 mm，底板出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，填充墻墻體出現(xiàn)開(kāi)裂情況。

2 成因分析

經(jīng)過(guò)走訪與調(diào)查，發(fā)現(xiàn)施工單位在后澆帶澆筑完畢后沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行地下室頂板覆土回填的工作，而且現(xiàn)場(chǎng)停止了人工降水。再加上突降大雨，地下水位急劇上升，裙房部分的自重不足以抵抗地下水的浮力，故引起裙房地下室部分結(jié)構(gòu)上浮。后經(jīng)地質(zhì)勘探單位勘測(cè)，當(dāng)時(shí)的地下水位高程為1 899.10 m，而兩年前地質(zhì)勘查報(bào)告上提供的抗浮設(shè)計(jì)水位為1 896.70 m，二者相差2.4 m。由此可見(jiàn)引起裙房地下室部分上浮的主要原因有三：一是地下室頂板覆土沒(méi)有及時(shí)回填；二是施工現(xiàn)場(chǎng)為節(jié)約施工成本，停止了人工降水；三是實(shí)際水位比地質(zhì)勘探單位提供的抗浮驗(yàn)算水位提高了2.4 m。所以引起了裙房地下室上浮，進(jìn)而導(dǎo)致地下室底板滲水，填充墻墻體開(kāi)裂。必須采取及時(shí)有效的措施，防止結(jié)構(gòu)進(jìn)一步開(kāi)裂。

3 永久性抗浮方案的比選

3.1 重新進(jìn)行抗浮驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，地質(zhì)勘查單位重新提出了抗浮驗(yàn)算設(shè)計(jì)水位1 899.30 m，裙房底板底標(biāo)高為1 889.90 m，抗浮驗(yàn)算水深為9.4 m。按照新的水位進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 抗浮驗(yàn)算表Tab.1 Anti fl oating checking calculation table

由上表得知，不平衡水浮力為：98.7-74.99=23.71 kN/m2,需要采取方案，使不平衡水浮力小于等于0。

3.2 抗浮處理方案比選

3.2.1 方案一：抗拔錨索+基礎(chǔ)底板加固

抗浮錨桿是用一組鋼拉桿，采用高壓注漿工藝，通過(guò)鉆孔，將漿液灌注到巖土層一定深度，當(dāng)錨桿體固結(jié)后的水泥結(jié)石體與錨桿、巖土緊密握裹，形成抗拔力。錨桿所受的拉力通過(guò)其握裹力傳遞到錨桿體，錨固段土層摩阻力傳遞到穩(wěn)定土層，形成抗拔力[2]。根據(jù)計(jì)算，每個(gè)柱網(wǎng)內(nèi)需要設(shè)置10根錨索，錨索長(zhǎng)度為6 m。該方法具有造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn),但需要對(duì)地下室底板進(jìn)行改造加固，對(duì)破壞的底板建筑防水層進(jìn)行封閉處理。錨索局部平面布置圖見(jiàn)圖1，錨索與基礎(chǔ)底板連接大樣見(jiàn)圖2。

3.2.2 方案二：增加配重

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，采用增加配重法是抵抗地下水浮力的有力措施。但是如果增加配重在結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行，必然帶來(lái)結(jié)構(gòu)承載力不夠，需要加固的情況。

經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目在地下室底板增加300 mm厚鋼筋混凝土疊合層、在地下一層底板增設(shè)150 mm厚鐵屑混凝土，在地下室頂板增加300 mm厚鐵屑混凝土層即可。鐵屑混凝土的容重是普通混凝土的2倍，抵消不平衡浮力的效果明顯。將所增加的荷載加到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型上后，發(fā)現(xiàn)裙房的結(jié)構(gòu)厚繭，包括基礎(chǔ)、地下室外墻、梁柱和板的承載力均不夠，地下室所有構(gòu)件都需要加固。該方案結(jié)論：地下室上浮的根本原因是結(jié)構(gòu)自重小于地下水的浮力。在不用抗拔樁的情況下，采用加大結(jié)構(gòu)自重與水浮力平衡是比較有效和經(jīng)濟(jì)的方法。但該方法的自重是在結(jié)構(gòu)完成以后增加的，原始的結(jié)構(gòu)計(jì)算沒(méi)有考慮到這部分荷載，所以結(jié)構(gòu)需要加固，結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用不菲，而且工期也長(zhǎng)，所以不是最佳方案。配重方案見(jiàn)圖3。

圖1 錨索局部平面布置圖Fig.1 Local cable layout plan

圖2 錨索與底板連接大樣Fig.2 Connection details of anchor and fl oor

3.2.3 方案三：設(shè)置盲溝+少量配重

上面兩個(gè)方案被否決后，找到一個(gè)既方便施工又不留安全隱患的解決方法迫在眉睫，項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)多次討論，提出了增加配重和降低地下水位相結(jié)合的解決方法。該地下室基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板，該方案僅在地下室底板上新增300 mm厚的鋼筋混凝土疊合層，經(jīng)核算基礎(chǔ)大小能滿足要求。只靠新增混凝土的厚度不足以抵消不平衡水浮力，還需要采取在地下室四周增加盲溝[3]的辦法來(lái)有效降低地下水的標(biāo)高，這樣通過(guò)一加一減（增加配重，減少地下水浮力），結(jié)構(gòu)自重和地下水浮力達(dá)到了平衡。該方法需要綜合管網(wǎng)標(biāo)高的設(shè)計(jì)必須精準(zhǔn)無(wú)誤，以保證能將地下水及時(shí)導(dǎo)入附近的河流之中。盲溝的做法有相應(yīng)的圖集，經(jīng)計(jì)算排水管直徑為400 mm，排水管設(shè)置大于1%的坡度，將地下水降至1 897.10 m。該方案關(guān)鍵步驟有以下幾點(diǎn)：一是在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)綜合管網(wǎng)的標(biāo)高計(jì)算做到精準(zhǔn)無(wú)誤，

圖3 增加配重方案Fig.3 Scheme of add counterweight

3.2.4 三個(gè)方案的可操作性和經(jīng)濟(jì)性比較

對(duì)以上三個(gè)方案的成本進(jìn)行初步估算，并對(duì)可操作性進(jìn)行評(píng)估，得出以下結(jié)論，見(jiàn)表2。該項(xiàng)目最后采用方案三進(jìn)行改造，效果良好。

表2 多方案比較表Tab.2 Multi scheme comparison table

4 結(jié)語(yǔ)

純地下室結(jié)構(gòu)抗浮計(jì)算應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1）抗浮驗(yàn)算水位要精準(zhǔn)：抗浮驗(yàn)算水位由地質(zhì)勘探單位提出。設(shè)計(jì)者在拿到地勘資料時(shí)，最好能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)核算一下。如果對(duì)地質(zhì)勘探單位提供的水位存在疑議，必要時(shí)可以要求甲方或地勘單位召集相關(guān)專家盲溝的設(shè)計(jì)和施工嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范。二是在使用期間對(duì)盲溝的排水管道進(jìn)行定期的維護(hù)和檢修，嚴(yán)格禁止管道被異物堵塞。三是在雨季要嚴(yán)密監(jiān)測(cè)地下水位的情況，保證水位在安全設(shè)計(jì)水位之下。設(shè)置盲溝+少量配重方案見(jiàn)圖4。進(jìn)行論證。

圖4 設(shè)置盲溝+少量配重方案Fig.4 Scheme of putting up blind ditch and add small counterweight

2）抗浮措施多方案比較：抗浮措施有多種，主要有增加結(jié)構(gòu)自重、設(shè)置抗浮錨桿、設(shè)置抗拔樁等，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，找到施工方便、造價(jià)低以及在本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)成熟的方法。

3）設(shè)計(jì)思路不能一成不變：該改造方案給設(shè)計(jì)師提供了嶄新的設(shè)計(jì)思路，在堅(jiān)持設(shè)計(jì)原則[4]的基礎(chǔ)上，采用增和減的方法來(lái)找到作用和效應(yīng)的平衡點(diǎn)，往往會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

[1] JGJ3—2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010.

[2] CECS22:2005 巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2005.

[3] GB 50108—2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社, 2009.

[4] 楊書(shū)靈, 張全洲.基坑支護(hù)在實(shí)踐中的應(yīng)用[J].林產(chǎn)工業(yè), 2016,43(4):55-56,61.