中山某住宅小區(qū)地下室上浮受損情況調(diào)查及分析

余曉飛

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 廣州 510500）

0 引言

自21 世紀(jì)以來(lái)，隨著城市建設(shè)步伐的加快，城市建設(shè)用地日益緊張，地下室作為人防臨時(shí)掩體及車(chē)庫(kù)功能得到越來(lái)越大的推廣和應(yīng)用。近年由于設(shè)計(jì)單位、施工單位輕視地下室上浮的潛在問(wèn)題，部分地下室在施工過(guò)程或投入使用過(guò)程中出現(xiàn)不同程度的上浮破壞。

由于土體的空隙及巖體的裂隙賦存大量的地下水，地下水對(duì)埋置于巖土體之中或之上的地下結(jié)構(gòu)或洼式結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生浮力，若結(jié)構(gòu)的自重小于浮力時(shí)將發(fā)生上拱或上浮失穩(wěn)破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常使用甚至整體安全性［1］。地下室上浮破壞的形式主要有局部抗浮失效、局部整體抗浮失效、整體抗浮失效［2］。每逢雨季，地下室的抗浮問(wèn)題日益突出。

本文針對(duì)中山某住宅小區(qū)地下室上浮事故進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、檢測(cè)鑒定，并結(jié)合地下室整體抗浮與局部抗浮計(jì)算復(fù)核，對(duì)上浮損傷事故的原因進(jìn)行定性分析，提出相應(yīng)的處理建議，為類(lèi)似工程的檢測(cè)與鑒定提供參考案例。

1 工程概況

中山某住宅小區(qū)地下室尚未投入使用，地下室頂板尚未覆土，頂板采用正交主次梁板結(jié)構(gòu)，底板為筏板結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，未設(shè)置抗拔樁，結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)圖紙一致，平面布置如圖1 所示。地下室底板按后澆帶分區(qū)澆筑，區(qū)域劃分如圖1所示，其中柱腳涌水的負(fù)一層位于6號(hào)區(qū)域。

圖1 地下室平面布置（按后澆帶澆筑時(shí)間分為16區(qū)）Fig.1 Floor Plan of the Basement

該工程南側(cè)緊鄰私人水塘，西側(cè)相隔10 m處為另一私人水塘，北側(cè)為市政道路，地形鳥(niǎo)瞰圖如圖2所示。

圖2 住宅小區(qū)地形鳥(niǎo)瞰圖Fig.2 Aerial View of the Residential Area

2 事故調(diào)查

2.1 事故經(jīng)過(guò)

自2019 年7 月開(kāi)始，受長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)降雨影響，至2019 年8 月2 日，發(fā)現(xiàn)中山某住宅小區(qū)地下室個(gè)別底板與柱腳交接處有裂縫，框架柱根部大量涌水，柱腳涌水框架柱位于“6號(hào)區(qū)域”（見(jiàn)圖1）；且部分構(gòu)件存在不同程度的受損。

2.2 地下水位調(diào)查

根據(jù)委托方提供的工程資料，該工程地下室原抗浮設(shè)計(jì)水位為絕對(duì)標(biāo)高2.500 m（相對(duì)標(biāo)高-2.250 m）；委托方發(fā)現(xiàn)地下室損傷當(dāng)日（2019年7月～8月強(qiáng)降雨期間）周邊共有10 臺(tái)降水井，其中僅4 臺(tái)降水井正常工作，井內(nèi)實(shí)際水位為絕對(duì)標(biāo)高2.850 m（相對(duì)標(biāo)高-1.900 m）；經(jīng)周邊環(huán)境調(diào)查，該項(xiàng)目南側(cè)及西側(cè)均毗鄰水塘，參考《建筑工程抗浮設(shè)計(jì)規(guī)程：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-125—2017》第4.2.2 條，本次復(fù)核驗(yàn)算擬投入使用后的計(jì)算水位取室外地坪標(biāo)高，即絕對(duì)標(biāo)高3.150 m（相對(duì)標(biāo)高-1.600 m）。

3 結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)［3］

3.1 底板厚度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼卷尺結(jié)合鉆芯法檢測(cè)地下室底板厚度。檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢的大部分底板厚度不符合設(shè)計(jì)要求（300 mm），底板厚度實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏差為（-6）～（-50）mm。

3.2 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鉆芯法檢測(cè)地下室的承臺(tái)、底板混凝土強(qiáng)度。檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢的承臺(tái)混凝土抗壓強(qiáng)度值介于28.3～63.0 MPa 之間；抽檢的底板混凝土抗壓強(qiáng)度值介于30.0～69.0 MPa之間。

3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋配置及鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用局部鑿除保護(hù)層和鋼筋探測(cè)儀相結(jié)合的方法，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋規(guī)格、數(shù)量、間距、保護(hù)層厚度等進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢的底板板面鋼筋直徑符合設(shè)計(jì)要求，其中大部分板面鋼筋間距的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏差超出規(guī)定允許偏差范圍，不符合設(shè)計(jì)要求。抽檢的大部分底板板面鋼筋保護(hù)層厚度不符合設(shè)計(jì)及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50204—2015》要求。

3.4 底板混凝土抗?jié)B等級(jí)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鉆芯法對(duì)地下室底板的混凝土抗?jié)B等級(jí)進(jìn)行抽樣檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢的底板混凝土均符合P6抗?jié)B等級(jí)的設(shè)計(jì)要求。

3.5 構(gòu)件變形檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用經(jīng)緯儀對(duì)該工程具備觀測(cè)條件的柱構(gòu)件的變形進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)結(jié)果表明，該建筑抽檢的負(fù)一層柱柱頂側(cè)向位移（含結(jié)構(gòu)本身施工偏差）范圍為2～40 mm（H/1850～H/93），僅1 個(gè)柱側(cè)向位移過(guò)大；柱頂側(cè)向位移無(wú)規(guī)律性，各方向均有構(gòu)件存在較大側(cè)向位移，且位移較大的框架柱位置分布無(wú)規(guī)律性。

4 結(jié)構(gòu)損傷檢查

4.1 承臺(tái)的受損及連接情況檢查

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)鑿與涌水柱腳交接的承臺(tái)（7×H、8×H），檢查承臺(tái)的裂縫、破碎情況和底板與承臺(tái)的連接是否符合設(shè)計(jì)要求。

柱腳涌水部位周邊損傷缺陷檢測(cè)結(jié)果表明，7×H、8×H、柱腳處存在蜂窩、疏松及涌水現(xiàn)象，與承臺(tái)面交界處存在環(huán)向裂縫，裂縫寬度22.00～39.00 mm。開(kāi)鑿承臺(tái)表面混凝土后發(fā)現(xiàn)柱腳與承臺(tái)面交界處至板底存在貫穿斜向裂縫，最大裂縫寬度介于10.00～17.00 mm之間，裂縫自板底延伸至柱腳與承臺(tái)面交界處，裂縫寬度逐漸變小。裂縫大樣如圖3所示。承臺(tái)裂縫損傷如圖4所示。

圖3 承臺(tái)裂縫大樣Fig.3 General of the Foundation Crack

圖4 承臺(tái)損傷Fig.4 The Damage of the Foundation

承臺(tái)與底板連接情況檢查結(jié)果表明，承臺(tái)與底板同一標(biāo)高，承臺(tái)鋼筋直徑符合設(shè)計(jì)要求；底板與承臺(tái)交接處僅布置單層鋼筋與承臺(tái)連結(jié)，未發(fā)現(xiàn)雙層鋼筋，不符合板面筋拉通、板底筋在承臺(tái)邊錨固的設(shè)計(jì)要求。鋼筋布置詳見(jiàn)圖5。

圖5 承臺(tái)鋼筋布置（未設(shè)置板面筋貫通承臺(tái)）Fig.5 Steel Placement of the Foundation

4.2 承臺(tái)混凝土澆筑情況檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用局部抽芯檢查地下室承臺(tái)混凝土澆筑是否存在分層現(xiàn)象。檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢部分承臺(tái)混凝土澆筑存在分層現(xiàn)象，其中與涌水柱腳交接的承臺(tái)混凝土澆筑均存在分層現(xiàn)象。芯樣分層如圖6所示。

圖6 承臺(tái)芯樣分層Fig.6 The Core Layering Placement

4.3 柱、圍護(hù)砌體墻構(gòu)件損傷缺陷檢查

依據(jù)《房屋裂縫檢測(cè)與處理技術(shù)規(guī)程：CECS 293∶2011》［4］，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)委托區(qū)域的構(gòu)件進(jìn)行損傷普查，部分裂縫損傷照片詳見(jiàn)圖7。通過(guò)對(duì)本次裂縫及損傷檢查結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，按照不同裂縫及損傷所處的位置及分布特征，對(duì)地下室中不同位置存在的裂縫及損傷進(jìn)行歸類(lèi)，主要有如下幾種類(lèi)型：

圖7 結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損（部分）Fig.7 The Damage of the Structural Member

⑴地下室框架柱9×P、9×N、10×N、11×N、12×N柱頂存在水平裂縫，裂縫寬度介于0.15～0.40 mm 之間，且柱10×N、11×N、12×N 柱頂角部存在混凝土破碎現(xiàn)象，柱9×P 柱頂角部混凝土表面存在疏松現(xiàn)象；框架柱10×N 柱腳存在露筋銹蝕現(xiàn)象，并引起開(kāi)裂，裂縫寬度為0.05 mm。

⑵ 框架柱14×M 柱頂存在水平環(huán)狀裂縫，裂縫寬度為0.05 mm，柱頂角部混凝土表面存在剝落現(xiàn)象；框架柱8×N柱腳混凝土表面存在剝落現(xiàn)象。

⑶部分圍護(hù)砌體墻存在貫穿斜向裂縫，裂縫寬度介于1.0～4.0 mm之間。

5 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算復(fù)核

本次驗(yàn)算復(fù)核分為設(shè)計(jì)條件、當(dāng)日實(shí)際條件和擬投入使用條件3個(gè)工況，各工況參數(shù)如表1～表3所示。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007—2011》［5］，每個(gè)工況分別驗(yàn)算其整體抗浮及底板抗沖切性能。因該地下室底板尚未發(fā)現(xiàn)裂縫損傷，本次不對(duì)局部抗浮進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果如表4、表5所示。

表1 設(shè)計(jì)條件下結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)取值一覽Tab.1 Structural Calculation Parameter Value List（Design Condition）

表2 當(dāng)日實(shí)際條件下結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)取值一覽Tab.2 Structural Calculation Parameter Value List（Actual condition）

表3 擬投入使用后結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)取值一覽Tab.3 Structural Calculation Parameter Value List after Completion

表4 各工況整體抗浮對(duì)比結(jié)果一覽Tab.4 Comparison Results of Each Operating Condition（Integral Anti-floating）

表5 各工況抗沖切驗(yàn)算對(duì)比結(jié)果一覽Tab.5 Comparison Results of Each Operating Condition（Anti-punching Sheer Calculation）

6 結(jié)構(gòu)受損原因分析

6.1 柱腳涌水分析

該地下室涌水柱腳與承臺(tái)交接處存在寬度大于20 mm 的環(huán)狀裂縫，說(shuō)明承臺(tái)內(nèi)部已開(kāi)裂，并延伸至柱腳四周與承臺(tái)交接處。開(kāi)鑿承臺(tái)后發(fā)現(xiàn)承臺(tái)側(cè)面存在貫穿斜向裂縫，從地下室底板延伸至柱腳與承臺(tái)交接處，裂縫寬度隨延伸方向變小。開(kāi)鑿的承臺(tái)中，一個(gè)承臺(tái)與柱腳之間的產(chǎn)生的斜向裂縫發(fā)展角度小于45°，且開(kāi)裂范圍大于h0；另一個(gè)承臺(tái)裂縫發(fā)展平緩，從底板板底延伸至柱腳與承臺(tái)交接處角度突然變陡，如圖3所示，均不符合柱對(duì)承臺(tái)的沖切破壞機(jī)理［6］，故判斷該裂縫并非由結(jié)構(gòu)承載力不足而引起。

通過(guò)鉆芯法可發(fā)現(xiàn)與涌水柱腳交接的承臺(tái)混凝土澆筑均存在分層現(xiàn)象，混凝土澆筑間歇期過(guò)長(zhǎng)降低了結(jié)合面的層間粘結(jié)強(qiáng)度［7］。因此可判斷承臺(tái)混凝土存在分層現(xiàn)象導(dǎo)致地下水通過(guò)縫隙進(jìn)入承臺(tái)內(nèi)部。根據(jù)《地下室周邊各降水井水位及抽水泵工作情況統(tǒng)計(jì)表》，8 月2 日當(dāng)天降水井未能完全工作導(dǎo)致地下底板存在較大的承壓水頭；通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)底板鋼筋僅有一層鋼筋貫通承臺(tái)，未能有效限制承臺(tái)的開(kāi)裂；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)普查發(fā)現(xiàn)涌水柱腳混凝土外表質(zhì)量較差，存在疏松、蜂窩的現(xiàn)象，致使柱腳空隙較大。因此，水流導(dǎo)致縫隙寬度變大，一直開(kāi)裂至柱腳與承臺(tái)交接處，通過(guò)柱腳產(chǎn)生涌水。

綜上，柱腳涌水的主要原因是基礎(chǔ)承臺(tái)混凝土分層澆筑時(shí)施工縫的接合面處理不當(dāng)。

6.2 柱裂縫損傷分析

該地下室部分柱柱頂或柱腳角部混凝土破碎，其中部分破碎處沿柱角對(duì)角線位置存在水平裂縫，符合大偏心受壓破壞的特征［8］；部分柱存在多處柱角破碎或水平環(huán)狀裂縫，系由該柱反復(fù)受到不同水位標(biāo)高的水浮力引起。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裂縫的檢查、委托方提供的資料及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果表明，8 月2 日當(dāng)天地下室頂板位置未覆土，地下水位產(chǎn)生的上浮力大于結(jié)構(gòu)自重，不滿足整體抗浮承載力要求，使柱頂破壞。因此以上裂縫主要由地下室整體上浮引起。

6.3 砌體墻裂縫分析

部分圍護(hù)砌體墻存在貫穿斜向裂縫，形狀呈倒八字形，裂縫寬度介于1.0～4.0 mm 之間；且墻體位于板跨中部，當(dāng)?shù)叵滤划a(chǎn)生的上浮力大于結(jié)構(gòu)自重時(shí)，跨中板帶上拱引起墻身開(kāi)裂。因此可判斷以上裂縫主要由地下室上浮引起。

7 處理建議

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)受損原因分析，建議對(duì)該地下室進(jìn)行以下幾個(gè)方面的處理：①立即采取有效降水措施［9］，并保證地下車(chē)庫(kù)頂板覆土回填前降水井的持續(xù)工作；②對(duì)承臺(tái)混凝土澆筑分層情況進(jìn)行普查，并對(duì)混凝土施工縫接合面處理不當(dāng)?shù)某信_(tái)進(jìn)行處理；③對(duì)開(kāi)裂受損的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)處理，對(duì)存在露筋銹蝕、蜂窩酥松的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)處理。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本案例及本人接觸的幾個(gè)地下室上浮事故可總結(jié)出，地下室上浮破壞主要有3類(lèi)：①地下室整體抗浮失效，主要體現(xiàn)在柱頂或柱腳混凝土破碎壓潰，且存在水平環(huán)狀裂縫；部分砌體墻出現(xiàn)“倒八字”斜向裂縫；②承臺(tái)混凝土層間間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生冷縫，導(dǎo)致地下水從板底流進(jìn)柱腳，使柱腳環(huán)狀開(kāi)裂并出現(xiàn)滲水涌水現(xiàn)象；③地下室局部抗浮失效或抗?jié)B等級(jí)不滿足設(shè)計(jì)要求，主要體現(xiàn)在底板開(kāi)裂［10］。其中①、②、③類(lèi)破壞均與抗浮水位有關(guān)，而對(duì)①類(lèi)的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)從基礎(chǔ)及自重優(yōu)化開(kāi)始考慮［11］，②、③類(lèi)的抗浮設(shè)計(jì)則與底板（承臺(tái)）有關(guān)。本案例主要發(fā)生①、②類(lèi)破壞，其誘因主要有：設(shè)計(jì)單位、巖土勘察單位對(duì)抗浮水位的誤判，一旦暴雨來(lái)臨，地面的地表水全流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)［12］；施工單位的施工質(zhì)量、排水控制不滿足設(shè)計(jì)要求，其中基礎(chǔ)承臺(tái)混凝土分層澆筑時(shí)施工縫的接合面處理不當(dāng)導(dǎo)致柱腳嚴(yán)重受損。

地下水位直接影響水浮力的大小，因此設(shè)計(jì)單位、勘察單位應(yīng)根據(jù)工地的場(chǎng)地環(huán)境、建筑使用空間謹(jǐn)慎選擇抗浮水位。施工單位也要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，特別是在暴雨或頂板尚未覆土期間，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與檢查，必要時(shí)采取強(qiáng)降水等措施。

地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞不盡相同，但以整體抗浮失效最為嚴(yán)重，因此對(duì)每個(gè)地下室項(xiàng)目，參建各方應(yīng)重視水浮力對(duì)地下室的影響，盡量避免上浮事故發(fā)生。