某地下室上浮事故的典型損傷評估與分析

陳哲銘

(廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣州 510500)

0 引言

隨著國內(nèi)大型高層商業(yè)建筑的普及，大體積地下室的使用已是普遍現(xiàn)象。在地下室上浮事故逐漸增多的當今，對事故中受損構(gòu)件進行標準化的應(yīng)急評估，可提高評估效率，使得加固、修復(fù)工作能及時開展，從而提高地下室上浮事故處理的時效性與安全性。

1 工程概況

廣東某建筑工程，上部結(jié)構(gòu)為多塔高層商業(yè)辦公樓及商業(yè)裙樓，采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。該建筑物的地下室共5層，主要采用柱板或梁柱框架結(jié)構(gòu)。純地下室、裙房及多層結(jié)構(gòu)采用天然地基上片筏基礎(chǔ)(柱位局部加厚)，基礎(chǔ)設(shè)正交布置的抗浮錨桿，設(shè)計要求錨桿入中微風化巖4m，單根錨桿的抗拔力特征值為500kN。該建筑物地下室平面布置如圖1所示。

該建筑物毗鄰地鐵施工項目，地鐵隧道部分位于該建筑物地下室下方，隧道頂距離建筑物底板底部最近約為7m。至上浮發(fā)生時，該建筑物主體塔樓結(jié)構(gòu)已基本完成。

圖1 地下室平面布置

2019年10月，施工單位現(xiàn)場的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)地下室局部區(qū)域存在異常情況，組織檢查后確認地下室存在局部上浮的現(xiàn)象，部分混凝土柱、柱帽、側(cè)墻及板構(gòu)件開裂，且裂縫及損傷存在發(fā)展跡象。部分混凝土構(gòu)件損傷如圖2所示。

圖2 部分混凝土構(gòu)件受損外觀

2 檢測內(nèi)容與結(jié)果

(1)對該建筑物地下室上浮情況進行初步調(diào)查，并對受損構(gòu)件進行現(xiàn)場確認，大致確認該建筑物地下室主要受損區(qū)域與嚴重受損區(qū)域。地下室受損范圍如圖3所示。

圖3 地下室受損范圍

(2)對該建筑物地下室檢查范圍內(nèi)的柱、柱帽、梁、側(cè)墻、底板、樓板及填充墻體的裂縫、損傷、滲水情況進行全面檢查和檢測。檢查結(jié)果表明，該建筑物地下室部分底板和樓板構(gòu)件存在嚴重的變形、開裂、鋼筋屈曲等現(xiàn)象；部分柱構(gòu)件存在沿構(gòu)件斜截面裂縫，且存在混凝土破碎現(xiàn)象；部分柱構(gòu)件柱帽存在水平、斜向或豎向裂縫；部分側(cè)墻存在多條“倒八字”斜向裂縫或多條近似平行的豎向裂縫；多個填充墻構(gòu)件存在斜向裂縫，裂縫下端靠近地下室上浮區(qū)域；部分樓板、填充墻構(gòu)件存在輕微裂縫。典型的裂縫、損傷如圖4～圖7所示。

圖4 負五層柱帽水平開裂圖5 負四層側(cè)墻存在方向一致的斜向裂縫圖6 負四層板面混凝土開裂、變形、鋼筋屈曲圖7 負四層柱的頂板板底混凝土沿柱帽邊緣開裂、變形,鋼筋屈曲

(3)對該建筑物地下室受損區(qū)域具備觀測條件的側(cè)墻、柱、底板及樓板構(gòu)件的變形進行檢測。檢測結(jié)果表明，檢測范圍內(nèi)側(cè)墻構(gòu)件的平面外位移量介于0 mm～38mm之間，柱構(gòu)件的柱頂水平位移量介于2 mm～23 mm之間；底板相對高差值介于-48mm～+137mm之間，負四層～負二層樓板相對高差值介于-26mm～+130mm之間。

(4)采用斜測法對與直接受損構(gòu)件相鄰的柱構(gòu)件上端及下端部采用超聲法檢測混凝土缺陷，對12個柱構(gòu)件共21個區(qū)域進行了混凝土超聲波缺陷檢測。檢測結(jié)果表明，該區(qū)域內(nèi)有一個負二層柱下部區(qū)域(南面)存在2個異常測點，其它11個構(gòu)件共20個區(qū)域在檢測區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常測點。

3 結(jié)構(gòu)受損評估

3.1 評估原則

本次對檢測區(qū)域內(nèi)構(gòu)件外觀存在嚴重開裂、損傷或變形的構(gòu)件定義為嚴重受損，對存在一般開裂或損傷的構(gòu)件定義為中等受損，對存在局部缺陷或損傷的構(gòu)件定義為輕度受損。

(1)對于重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如豎向承載構(gòu)件(柱構(gòu)件的柱身及柱帽或塔樓剪力墻構(gòu)件等)，當出現(xiàn)影響構(gòu)件承載能力的損傷時，應(yīng)評為嚴重受損構(gòu)件，并立即進行加固或替換處理。

(2)對于一般的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如樓板、地下室側(cè)壁等，當出現(xiàn)受地下室局部上浮直接影響的損傷時，應(yīng)評為嚴重受損或中等受損構(gòu)件，并立即進行加固處理。出現(xiàn)其余損傷且損傷情況較輕時，可評估為輕度受損構(gòu)件，并進行修復(fù)處理。

(3)對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如填充墻等，當出現(xiàn)受地下室局部上浮直接影響的損傷時，應(yīng)評為中等受損構(gòu)件。出現(xiàn)其余損傷且損傷情況較輕時，可評估為輕度受損構(gòu)件，并進行修復(fù)處理。

3.2 評估結(jié)論

(1)2個底板及11個樓板存在嚴重變形、開裂、鋼筋屈曲等現(xiàn)象，評估為嚴重受損構(gòu)件；9個柱構(gòu)件存在沿構(gòu)件斜截面裂縫、混凝土破碎或柱帽水平、斜向、豎向裂縫，裂縫寬度介于0.2～5.0mm之間，評估為嚴重受損構(gòu)件。

(2)6段側(cè)墻存在多條“倒八字”斜向裂縫或多條近似平行的豎向裂縫，評估為中等受損構(gòu)件；27個填充墻構(gòu)件存在斜向裂縫，裂縫下端靠近地下室上浮區(qū)域，裂縫寬度介于0.10～10.0mm之間，評估為中等受損構(gòu)件。

(3)27個樓板構(gòu)件板底存在輕微裂縫，裂縫寬度介于0.10～0.55mm之間，評估為輕度受損構(gòu)件；1段側(cè)墻存在輕微豎向裂縫，裂縫寬度介于0.15～0.40mm之間，評估為輕度受損構(gòu)件；11個填充墻構(gòu)件在洞口處存在豎向或水平裂縫，裂縫寬度介于0.3～4.0mm之間，評估為輕度受損構(gòu)件。

4 典型受損構(gòu)件分析

4.1 柱構(gòu)件

嚴重受損區(qū)域內(nèi)部分柱構(gòu)件存在混凝土破碎、箍筋張開等現(xiàn)象，裂縫與損傷位于較為薄弱的柱頭，且主要發(fā)生在柱身一側(cè)。經(jīng)分析，該損傷主要是由于該批柱構(gòu)件受到地下室上浮的直接影響，柱構(gòu)件下端直接受到向上的浮力作用，但上端仍受到地下室整體結(jié)構(gòu)的約束，從而發(fā)生軸心受壓破壞或小偏心受壓破壞。存在該損傷的柱構(gòu)件因混凝土破碎導(dǎo)致有效截面積減小，箍筋張開導(dǎo)致對縱向鋼筋的約束失效，受壓承載能力受到嚴重削弱，且柱構(gòu)件極易發(fā)生失穩(wěn)。

4.2 柱帽

嚴重受損區(qū)域內(nèi)部分柱帽存在水平、斜向或豎向裂縫。經(jīng)分析，該損傷主要是由于地下室局部上浮區(qū)域內(nèi)及區(qū)域周邊柱構(gòu)件復(fù)雜受力而導(dǎo)致。直接受到上浮作用的柱構(gòu)件，對柱帽產(chǎn)生沖切影響，柱帽帽身對應(yīng)產(chǎn)生沖切裂縫，或?qū)⒃摏_切作用傳至柱帽與樓板交接處，沿交接處產(chǎn)生裂縫。部分上浮區(qū)域周邊的柱構(gòu)件因一側(cè)受上浮作用，產(chǎn)生彎矩，因柱帽剛度較為薄弱，柱帽帽身亦會出現(xiàn)受彎裂縫?？紤]到柱帽的幾何形狀，沖切裂縫與受彎裂縫均可能表現(xiàn)為水平、斜向或豎向裂縫，宜通過三維繪圖方式對裂縫進行描述，對柱帽各面裂縫進行綜合分析。

4.3 側(cè)墻、填充墻

受損區(qū)域內(nèi)側(cè)墻、填充墻存在走向基本一致的多條斜向裂縫，其中部分側(cè)墻的斜向裂縫呈“倒八字”，填充墻構(gòu)件的斜向裂縫下端靠近地下室上浮區(qū)域。側(cè)墻與填充墻的斜向裂縫均為地下室上浮導(dǎo)致的典型裂縫，主要是由于底板與樓板受到地下室上浮影響，產(chǎn)生向上變形，而與變形的板構(gòu)件相接的墻構(gòu)件水平兩端均受到約束，導(dǎo)致剛度較大的墻身因變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生多條方向基本一致的斜向裂縫。其中因地下室側(cè)墻墻身較長且整澆為一體，導(dǎo)致中部向上變形時，產(chǎn)生“倒八字”斜向裂縫。該類斜向裂縫的特征為均貫穿墻身，地下室側(cè)壁構(gòu)件的斜向裂縫存在滲水現(xiàn)象。

4.4 板構(gòu)件

嚴重受損區(qū)域內(nèi)板面、板底存在較為明顯的裂縫或混凝土破碎、鋼筋屈曲現(xiàn)象。該類損傷可分為兩類：(1)板構(gòu)件受下部柱帽直接沖切影響，在柱帽周邊產(chǎn)生貫穿板厚的錯位裂縫，并伴隨有樓板鋼筋保護層脫落、破碎，樓板鋼筋屈曲等現(xiàn)象；(2)板構(gòu)件因地下室上浮導(dǎo)致向上變形，板底出現(xiàn)受彎裂縫，裂縫不貫穿板厚。對板構(gòu)件進行裂縫與損傷檢查時，應(yīng)檢查板面及板底裂縫是否對應(yīng)，根據(jù)裂縫是否貫穿進行分析。

5 結(jié)語

本文基于某建筑工程地下室上浮事故案例，對于地下室上浮事故的應(yīng)急評估提供了一個可供借鑒的方法與思路。評估的具體流程：

(1)現(xiàn)場勘察，了解事故情況。

(2)根據(jù)現(xiàn)場勘察，初步劃定嚴重受損區(qū)域與主要受損區(qū)域。

(3)對受損區(qū)域內(nèi)的構(gòu)件進行裂縫與損傷檢查，繪制裂縫損傷示意圖。

(4)對側(cè)墻、柱、底板及樓板構(gòu)件的變形進行檢測。

(5)對嚴重受損區(qū)域內(nèi)未有肉眼可見損傷的重要構(gòu)件進行超聲法檢測。

(6)構(gòu)件受損評估。

在構(gòu)件受損評估步驟中，本文定義了三個構(gòu)件受損評估等級：嚴重受損、中等受損與輕度受損，并提出受損評估原則，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的受損嚴重程度與對整體結(jié)構(gòu)安全的重要性進行綜合考慮，并根據(jù)實際情況以統(tǒng)一標準進行構(gòu)件受損評估。