某地下車庫上浮原因與結(jié)構(gòu)損傷及其加固處理

田術(shù)余，徐曉暉

（濰坊市高新區(qū)建設(shè)工程監(jiān)督管理中心，山東 濰坊 262500）

0 引言

抗浮設(shè)計(jì)水位對地下室結(jié)構(gòu)的費(fèi)用影響較大，但抗浮設(shè)計(jì)水位的確定，規(guī)范沒有統(tǒng)一規(guī)定，各勘察單位根據(jù)各自理解和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，因而差別較大［1］；當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目場地處于斜坡地帶周邊時(shí)（如山前坡洪積扇裙地貌單元），由于局部地質(zhì)條件存在高差、地下水賦存條件復(fù)雜且變化幅度大、排泄條件改變，抗浮水位不能按勘察階段（尤其是枯水期時(shí)）建設(shè)場地的地下水位考慮。尤其是處于雨季或汛期施工階段的工程，應(yīng)調(diào)查歷史最高水位標(biāo)高及豐水期水位、地下徑流情況等，對抗浮水位進(jìn)行專門論證，必要時(shí)進(jìn)行施工階段補(bǔ)充勘察［2］。

本文結(jié)合某小區(qū)地下車庫抗浮失效事故工程實(shí)例，通過現(xiàn)場檢測與分析，對其上浮原因進(jìn)行探討并提出處理建議，以期為其他工程提供參考。

1 工程概況

某小區(qū)地下車庫為地下 2 層框架結(jié)構(gòu)，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板，樓屋蓋采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，車庫頂板已施工約 1.3 m 的回填土（見圖 1、圖 2）。

圖1 檢測現(xiàn)狀一

圖2 檢測現(xiàn)狀二

該工程結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑抗震設(shè)防類別為乙類，建筑設(shè)計(jì)合理使用年限為 50 年，抗震設(shè)防烈度為 6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.05g（按 7 度 0.10g進(jìn)行抗震計(jì)算并采取抗震措施），設(shè)計(jì)地震分組為第三組，建筑場地類別為 Ⅱ 類，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，框架抗震等級為三級，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級。基礎(chǔ)防水板車庫墻柱梁板混凝土強(qiáng)度等級均為 C 30。

為明確車庫上浮原因、調(diào)查基礎(chǔ)、防水板及主體結(jié)構(gòu)損傷程度，并提供處理方案，對該工程進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查分析。

2 巖土工程勘察

委托方提供的《某小區(qū)巖土工程勘察報(bào)告》顯示，本工程地下車庫±0.000 對應(yīng)絕對高程為 53.200 m，在勘察深度范圍內(nèi)未見地下水，經(jīng)調(diào)查擬建場區(qū)為基巖裂隙水，基巖裂隙水埋深＞50 m，不考慮地下水對建筑物的影響。人防工程頂板以上覆土厚度為 1.5 m。經(jīng)介紹，該工程地基驗(yàn)槽時(shí)已發(fā)現(xiàn)有裂隙水，但未采取處理措施，該勘察報(bào)告與場地的水文地質(zhì)條件不符。

為進(jìn)一步查明場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，為后續(xù)車庫結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)提供必要巖土參數(shù)，山東建科特種建筑工程技術(shù)中心有限公司 2020 年 11 月 10 日對該項(xiàng)目建筑場地進(jìn)行了巖土工程補(bǔ)充勘察工作，并出具補(bǔ)充勘察階段的巖土工程勘察報(bào)告。根據(jù)鉆探揭露，場地地層自上而下依次由近代人工填土、第四系全新統(tǒng)坡洪積（Q4dl+pl）黃土狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土及下伏奧陶系石灰?guī)r等構(gòu)成。根據(jù)巖土的時(shí)代成因、地層巖性和工程性能可劃分為 4 個工程地質(zhì)層，各巖土層特征及埋藏條件如下。

①雜填土（Q4ml）?；尹S色，稍密，稍濕，主要成份為黏性土，局部夾灰?guī)r塊石及建筑垃圾，回填時(shí)間＜1 年。全場地分布，厚度 0.50～3.50 m，平均厚度為1.88 m；層底高程 49.22～50.51 m，平均標(biāo)高 49.95 m。

②層黃土狀粉質(zhì)黏土（Q4dl+pl）。黃褐色、棕褐色，可塑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中等，含少量鐵錳氧化物，見白色鈣質(zhì)條紋，針狀孔隙發(fā)育。該層場區(qū)內(nèi)均有分布，厚度 1.80～4.00 m，平均厚度 2.98 m，層底埋深 3.90～5.80 m，層底高程 45.64～48.01 m，平均標(biāo)高46.97 m。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測擊數(shù)平均值為 7.2 擊，標(biāo)準(zhǔn)值為 6.4 擊。該層土屬中壓縮性土。

③碎石（Q4dl+pl）。青灰色，中密，飽和，碎石成份為灰?guī)r，呈棱角狀，直徑 20～100 mm，充填約 30 %～40 % 的黏性土。除 ZK4 號鉆孔外均有分布。厚度 1.20～3.80 m，平均厚度 2.10 m，層底埋深6.50～7.80 m，層底高程 43.05～46.28 m，平均標(biāo)高 44.98 m。重型動力觸探試驗(yàn)修正擊數(shù)平均值為 9.1 擊，標(biāo)準(zhǔn)值為 8.4 擊。該層土屬中低壓縮性土。

③-1 層粉質(zhì)黏土（Q4dl+pl）。褐黃色，可塑～硬塑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中等，切面稍有光澤，含少量灰?guī)r碎石。僅在第 ZK1 和 ZK4 號孔揭露，厚度 1.50～2.00 m，平均厚度 1.75m，層底埋深 5.70～9.00 m，層底高程44.28～44.9 m，平均標(biāo)高 44.59 m。該層土屬中壓縮性土。

④中風(fēng)化石灰?guī)r層（O）。青灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，巖質(zhì)較硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈短柱狀、少量柱狀，節(jié)長 5～20 cm，巖芯采取率 85 %～90 %，RQD=40 %，巖體較破碎，屬較硬巖石，巖體基本質(zhì)量等級為 Ⅳ 級。全場地分布，鉆孔揭露厚度 5.10～5.60 m。巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為 40.72 MPa，本次勘察未揭穿此層。

補(bǔ)充勘察報(bào)告對于建筑場地及地下水的勘察報(bào)告結(jié)論如下。

1）該項(xiàng)目場地屬山前坡洪積扇裙地貌單元，地勢東高西低，未發(fā)現(xiàn)其他全新活動斷裂構(gòu)造，場區(qū)及附近無大的活動斷裂通過。結(jié)合 CJJ57-2012《城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范》第 8 章及附錄 C、附錄 D 有關(guān)規(guī)定及場地穩(wěn)定性劃分要求，該場地屬基本穩(wěn)定場地，場地適宜性屬較適宜。

2）場地地下水屬第四系孔隙潛水，主要排泄途徑為人工開采及地面蒸發(fā)，主要補(bǔ)給源為大氣降水及地下徑流。補(bǔ)充勘察期間，鉆孔內(nèi)測得水位標(biāo)高為45.76～47.49 m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，近 3～5 年來正常水位變化幅度約 2.00 m。場地歷史最高水位標(biāo)高及豐水期水位標(biāo)高可按 49.50 m 考慮，并可作為抗浮設(shè)計(jì)水位參考值。

3 現(xiàn)場調(diào)查

現(xiàn)場檢測時(shí)水位已回落，但實(shí)際水位仍保持在較危險(xiǎn)的程度，對地下車庫產(chǎn)生持續(xù)加載作用。依據(jù)國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)有的檢測技術(shù)水平，對地下 2 層L～Q/1～6 軸間主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場隨機(jī)抽查檢測。主要項(xiàng)目包括：混凝土強(qiáng)度、受損情況、框架柱傾斜情況及框架梁頂標(biāo)高現(xiàn)狀以及現(xiàn)場可能發(fā)現(xiàn)的其他工程質(zhì)量問題等。

3.1 混凝土強(qiáng)度

現(xiàn)場隨機(jī)選取 2～3/M～N 軸間及 2～3/N～P 軸間防水板，采用鉆芯法對其混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測，所檢 2～3/N～P 軸間防水板無法鉆取防水板全截面厚度的芯樣，所檢部位的混凝土強(qiáng)度推定值分別為 49.1 MPa及 37.1 MPa，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級 C30 的要求。具體檢測數(shù)據(jù)如表 1 所示。

表1 車庫防水板混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果

根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場實(shí)際情況，將該工程地下 2 層 L～Q/1～6 軸間柱及頂梁板混凝土構(gòu)件分別歸為一個檢測批，采用回彈法對其混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，按批推定混凝土強(qiáng)度。檢測結(jié)果如表 2 所示。

表2 地下 2 層 L～Q/1～6 軸間混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果

3.2 基礎(chǔ)、防水板受損情況

經(jīng)檢查檢測，該工程地下 2 層 L～Q/1～6 軸間部分柱下獨(dú)立基礎(chǔ)存在開裂現(xiàn)象，基礎(chǔ)臺階呈現(xiàn)沖切破壞狀態(tài)，部分臺階底部混凝土脫開面處粗糙，如圖 3 所示。

圖3 典型部位柱下獨(dú)立基礎(chǔ)損傷現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場檢查，該工程部分位置防水板與基礎(chǔ)臺階連接處鋼筋錨固不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，典型部位防水板及基礎(chǔ)臺階處損傷現(xiàn)狀如圖 4 所示。

圖4 獨(dú)立基礎(chǔ)與防水板連接處損傷現(xiàn)狀

該工程地下 2 層 2～4/M～Q 軸間防水板存在鼓脹現(xiàn)象，防水板與地基存在脫開現(xiàn)象，所檢部位防水板厚度在 210～230 mm，不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范允許偏差要求，地下 2 層防水板相對變形示意圖如圖 5 所示。檢測過程中部分位置地下水沿泄水孔流出；取芯結(jié)果顯示，無法鉆取防水板全截面厚度的芯樣，芯樣在防水板中部斷裂，該工程部分防水板存在澆筑分層現(xiàn)象，如圖 6 所示。

圖5 地下 2 層防水板相對變形示意圖（單位：mm）

圖6 典型部位防水板損傷現(xiàn)狀

3.3 主體結(jié)構(gòu)變形情況

現(xiàn)場采用全站儀對車庫框架柱的傾斜情況進(jìn)行檢測，除部分框架柱因存在漲模造成傾斜值偏大外，框架柱的傾斜未超過規(guī)范限值要求，具體檢測結(jié)果如圖 7 所示。

圖7 框架柱傾斜情況（單位：mm）

現(xiàn)場采用全站儀對地下 2 層 L～Q/1～6 軸間框架梁頂標(biāo)高進(jìn)行檢測以確定主體結(jié)構(gòu)的沉降情況，經(jīng)現(xiàn)場檢查檢測，該工程所檢框架梁標(biāo)高無明顯沉降變形及損傷。

4 復(fù)核驗(yàn)算

對該工程基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性及地下 2 層防水板承載力進(jìn)行驗(yàn)算分析。

4.1 荷載取值

恒荷載按設(shè)計(jì)圖紙對應(yīng) GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的規(guī)定取值，車庫頂覆土按 1.5 m，室內(nèi)外回填土重度按 18 kN/m3；活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：消防車道按35 kN/m2，樓梯按 3.5 kN/m2，前室、走廊按 2.5 kN/m2，儲藏室、車庫、地下室頂板施工堆載按 5.0 kN/m2，配電間、通風(fēng)機(jī)房、電梯機(jī)房按 7.0 kN/m2。

4.2 驗(yàn)算條件

該工程場地歷史最高水位標(biāo)高及豐水期水位標(biāo)高可按 49.50 m 考慮，距離防水板底部 5.95 m。驗(yàn)算時(shí)抗震設(shè)防烈度為 7 度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第三組，建筑場地類別為 Ⅲ 類，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，框架及剪力墻抗震等級為三級，基礎(chǔ)抗浮工程設(shè)計(jì)等級采用乙類，穩(wěn)定性系數(shù)采用 1.05。地下 2 層L～Q/1～6 軸間材料強(qiáng)度按實(shí)測強(qiáng)度取值（其余部位按設(shè)計(jì)取值），防水板厚度及基礎(chǔ)臺階尺寸按實(shí)測值（其余部位按設(shè)計(jì)值），鋼筋強(qiáng)度均按設(shè)計(jì)取值，結(jié)構(gòu)布置按原設(shè)計(jì)及現(xiàn)場實(shí)際情況，采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對該工程進(jìn)行驗(yàn)算。

4.3 復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果

經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，設(shè)計(jì)工況下，該工程整體抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)＞1.05，滿足規(guī)范要求；多處柱下獨(dú)立基礎(chǔ)及條形基礎(chǔ)處局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)＜1.05，基礎(chǔ)抗沖切承載力＜1.0，不滿足規(guī)范要求；防水板計(jì)算配筋大于工程實(shí)際配筋，承載力不滿足規(guī)范要求。

5 鑒定分析

1）該工程防水板及主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度推定值均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級要求，根據(jù)框架柱傾斜情況、框架梁頂標(biāo)高相對位置的檢測結(jié)果，該工程目前框架柱及頂梁板工作正常。

2）該工程地下 2 層 L～Q/1～6 軸間部分框架柱基礎(chǔ)及防水板存在不同程度的受損、損壞、鼓脹現(xiàn)象；該工程部分位置防水板與基礎(chǔ)臺階連接處鋼筋錨固不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；部分位置防水板存在澆筑分層現(xiàn)象；所檢部位防水板厚度在 210～230 mm，不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范允許偏差要求。

3）綜合巖土工程補(bǔ)充勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙，并對基礎(chǔ)及防水板抗浮穩(wěn)定性及承載力進(jìn)行驗(yàn)算分析。經(jīng)驗(yàn)算，該工程設(shè)計(jì)工況下，整體抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)＞1.05，滿足規(guī)范要求；地下 2 層多處柱下獨(dú)立基礎(chǔ)及條形基礎(chǔ)處局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)＜1.05，基礎(chǔ)抗沖切承載力＜1.0，不滿足規(guī)范要求；防水板計(jì)算配筋大于工程實(shí)際配筋，承載力不滿足規(guī)范要求。

4）應(yīng)對上述存在損傷的部位、局部抗浮穩(wěn)定系數(shù)不足的部位、抗沖切承載力不滿足規(guī)范要求的地下 2 層基礎(chǔ)及防水板進(jìn)行加固處理，加固施工完成后并達(dá)到設(shè)計(jì)要求停止降水條件后，方可停止降水。

6 處理措施

常規(guī)的以“抗”為主的采用抗拔樁（錨桿）抗浮方法往往導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本的大幅增加。對于該工程，提出以“抗”為主、以“截排”為主和“抗排結(jié)合”的處理辦法。

1） 對于柱墩破壞處，將柱墩剔鑿至防水板頂鋼筋處，對于防水板與柱墩鋼筋存在拉斷和明顯彎曲的鋼筋，保留原防水板鋼筋，通過在框架柱墩上原防水板鋼筋附近植筋（規(guī)格型號同原設(shè)計(jì)防水板鋼筋）與原防水板鋼筋未彎曲處焊接連接（焊接長度單面焊 13 d），然后將新舊混凝土交界處鑿毛，涂刷改性環(huán)氧類界面膠，最后澆筑 C35P6 抗?jié)B混凝土修復(fù)至原防水板標(biāo)高，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

2）對于上浮防水板全面檢查，存在因上浮損壞的防水板處，將損壞、疏松混凝土全部剔除，保留原防水板鋼筋，防水板鋼筋存在彎曲處附加鋼筋（規(guī)格型號同原設(shè)計(jì)防水板鋼筋）與原防水板鋼筋未彎曲處焊接連接（焊接長度單面焊 13 d），然后將新舊混凝土交界處鑿毛，涂刷改性環(huán)氧類界面膠，最后澆筑 C35P6 抗?jié)B混凝土修復(fù)至原防水板標(biāo)高，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

以“抗”為主的處理建議：原有防水板作為墊層，墊層上新增筏板。新增筏板與原有防水板間鋪設(shè) SBS 防水卷材層兩道 6 mm 厚+50 mm 厚墊層，采用平板式筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為 450 mm，柱下板帶配筋為雙層雙向16@170，跨中板帶配筋為雙層雙向14@170。新增錨桿間距 2.0 m×2.0 m，錨孔直徑D=180 mm。錨筋的連接應(yīng)采用機(jī)械方式，接頭等級為一級，且同一連接區(qū)段內(nèi)錨筋的連接根數(shù)不得多于兩根。錨桿體所在巖層第 4-1 層中風(fēng)化石灰?guī)r（破碎）；錨桿長度應(yīng)為非錨固巖層厚度 +4.0 m?，F(xiàn)場開挖后應(yīng)及時(shí)通知勘察、設(shè)計(jì)，以確認(rèn)錨桿所在區(qū)域巖層并選用相應(yīng)長度的錨桿。錨筋采用 325，承載力設(shè)計(jì)值 367 kN，錨桿與墻沖突位置，根據(jù)施工條件調(diào)整至可施工的最近位置，調(diào)整最大距離不宜超過 0.5 m。以“抗”為主的處理方案可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本的大幅增加。

以“截排”為主的處理建議：該方法核心是通過排水降低設(shè)計(jì)水位減小作用在結(jié)構(gòu)底板上水荷載。設(shè)計(jì)水位的降低可由多種手段實(shí)現(xiàn)，如結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置疏水層、排水盲溝、減壓井，或地下結(jié)構(gòu)四周設(shè)置排水廊道。上述措施取決實(shí)際工程條件，可以單獨(dú)或組合應(yīng)用［3］。

對于地下水位僅在雨季或汛期較高的工程，采用“抗排結(jié)合”的處理辦法（采用防水板并在結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置疏水層、排水廊道等），經(jīng)綜合分析，實(shí)際抽水的費(fèi)用可以平衡大范圍加固底板的費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3）對于車庫防水板下部懸空區(qū)域，采用壓力注漿方法進(jìn)行加固處理（以“抗”為主的處理，以“截排”方式處理的方案可考慮設(shè)置疏水層或排水盲溝），注漿采用 M30 水泥砂漿，水泥砂漿強(qiáng)度應(yīng)＞32.5 MPa，漿體配置的灰砂比宜為 0.8～1.5，水灰比宜為 0.38～0.5，施工應(yīng)保證注漿飽滿、密實(shí)。

4）基礎(chǔ)施工時(shí)，應(yīng)人工降水至基槽施工操作面以下 500 mm，加固施工完成后并達(dá)到設(shè)計(jì)要求停止降水條件后，方可停止降水。對于施工過程中發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件存在表面輕微銹蝕現(xiàn)象的鋼筋，應(yīng)進(jìn)行除銹處理，銹蝕嚴(yán)重的鋼筋應(yīng)進(jìn)行剔鑿至未銹蝕鋼筋＞13 d 后，附加鋼筋（規(guī)格型號同原設(shè)計(jì)）焊接補(bǔ)強(qiáng)處理。

7 結(jié)論

1）該工程建設(shè)場地處于斜坡地帶且高差較大、地下水賦存條件復(fù)雜且變化幅度大、排泄條件有較大改變，勘察階段的地下水位不能作為抗浮水位，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察并對抗浮水位進(jìn)行專門論證。

2）常規(guī)的以“抗”為主的采用抗拔樁（錨桿）抗浮方法往往導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本的大幅增加；以“截排”為主的主動排水減壓抗浮方法，通過排水降低設(shè)計(jì)水位減小作用在結(jié)構(gòu)底板上水荷載［4］；“抗排結(jié)合”的處理辦法對于地下水位僅在雨季或汛期較高的工程，實(shí)際抽水的費(fèi)用可以平衡大范圍加固底板的費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。Q