某地下室上浮事故的分析与处理

GXF360 2017-05-21

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某地下室上浮事故的分析与处理

李方玉,周　波

(浙江之江工程项目管理有限公司,浙江杭州 310015)

摘　要：某商业建筑地下室受到地下水浮力作用产生不均匀上浮,造成结构损伤。通过上浮事故原因分析和结构损伤机理的分析,提出了合理的加固处理方案,可供类似项目借鉴。

关键词：地下室上浮;抗浮;加固处理

1　工程概况

某商业建筑,总建筑面积9万m2,地下室1层,地上由A、B两幢L形的12层主楼组成。地下室平面为矩形,尺寸为218.35 m×85.82 m,基础采用钻孔灌注桩,桩径600～800 mm,混凝土强度等级为C30,以⑧-3中风化岩层为持力层,桩长27～30 m,桩承台均为1 100 mm厚单桩承台,底板厚350 mm,底板面标高为-5.600 m,顶板面标高为-1.25 m和-2.00 m(⑧～轴/～轴区域为-2.00 m)。由于地下室本身荷重较轻,因此设计采取了相应的抗浮设计。至2007年6月,工程施工进入装饰阶段,地下室后浇带已封闭完毕,但尚未加填地下室顶板上的土方。由于6月份连降大雨,地下水位骤升,导致主楼外的部分地下室上浮变形,最大上浮值超过了300 mm。

2　事故分析

2.1　事故概述

本工程地下室基础为桩+底板,设计采用结构自重、地下室顶面覆土和抗拔桩来抵抗地下水浮力。在多日连降大雨后,地下水位骤升至顶板以上300 mm,地下室顶板上的土方尚未加填,在地下室抗浮措施未完全到位的情况下,地下室水浮力超过结构实际自重和抗拔桩的抗拔承载力,部分地下室上浮,最大上浮值超过了300 mm,地下室结构上浮受损、开裂。

根据现场踏勘,破坏区域处于⑧～轴/～轴。沿主楼出来两跨及轴的柱子下桩为7#桩(设计承载力：Ra=2 850 kN,Ra′=1 100 kN),所在的底板曾上浮10～84 mm不等,估计此部分桩上端有所破坏,上浮值超过40 mm的桩初步估计有8～10支。处于纯上浮区域(⑧～轴/～轴)的桩为8#桩(设计承载力：Ra=3 500 kN,Ra′=300 kN),该部分桩的绝大多数可能上部已破坏。

抗拔桩的抗拔承载力基本上取决于竖向配筋量,在上浮变形中,桩体通常不会发生整体上拔破坏,而发生桩配筋或桩与承台锚筋屈服或断裂,包括引起桩上端局部混凝土开裂破坏。由于地下室上浮和迫降变形过程中变形量的不一致,柱顶、柱根均受到了较为严重的受拉、斜剪破坏,产生了较多的横向和斜向裂缝,其中高低跨较跨中处框架柱受损破坏严重；框架梁则在地下室的上浮和迫降变形过程中产生了受弯和剪切破坏裂缝,其中东边梁较跨中梁处破坏严重；地下室顶板、底板及东边墙结构目前均存在一定的渗漏现象,产生了部分结构性破坏裂缝；根据某省建科院进行的探地雷达无损检测,地下室范围基础抗拔桩身与桩顶承台存在脱开现象,估计桩身主筋已出现屈服拉断破坏,其中地下室跨中范围抗拔桩破坏相对较为严重。

2.2　抗浮验算

抗浮验算分两种情况,首先按设计考虑情况验算,即考虑结构自重、顶板上覆土和抗拔桩抗拔承载力,地下水位按顶板面平,经验算0.9 R>Ff,地下水浮力小于地下室整体抗浮力,抗浮设计满足要求。

第二种情况,按现场实际情况验算,即不考虑顶板上覆土,地下水位按实际水位考虑。

抗浮验算采用公式：

0.9R≥Ff[1]

式中：R为抗浮力,指结构自重和抗拔桩抗拔承载力;

Ff为地下水浮力。

抗浮验算时,抗浮力仅计入结构自重且采用标准值,可变荷载和侧壁摩阻力不应计入。

地下水浮力采用公式：

Ff=rw(hw-ZO)[2]

式中：rw为水的重度；

hw为抗浮水位标高；

ZO为建筑基底标高。

本次事故中水位已超设计考虑标高,因此hw取地下室底板底至实际水位标高。

地下室抗浮力：

R=R1+R2+R3+R4

式中：R1为顶板自重；

R2为柱、剪力墙自重；

R3为底板、地梁加承台自重；

R4为桩的抗拔承载力。

经验算：0.9R≤Ff,地下水浮力大于地下室整体抗浮力,抗浮不满足要求,因此发生上浮事故。

3　处理方案

事故发生后,业主与监理方紧急召集设计和施工方商讨处理对策,随即按照设计要求,连续采取了在基坑东侧挖深井抽水,在底板上凿孔泄水和顶板上分批缓慢覆土加压措施,同时建立了沉降监测系统。完成降水和土方回填后,基本实现了地下室的迫降纠偏,最大迫降值达200 mm左右,取得了一定的纠偏效果。但是相应的地下室结构也明显受损,尤其是发现柱梁开裂较多,地下室底板的渗漏点增加，等等。

由于地下室在上浮和迫降变形过程中引发了一系列的工程结构损坏问题,故而必须对结构进行综合处理,消除工程质量隐患,确保地下室的结构安全和正常使用。见图1。

根据原设计图纸及现场踏勘裂缝记录和无损检测报告,以及相关规范、技术规程,确定加固处理方案如下：

3.1　基底注浆加固方案

由于部分桩体顶部与承台之间存在脱开、拉断破坏,底板迫降稳定后仍存在残余上浮值,造成基底与土体和桩体之间存在一定空隙,故采用基底低压力注浆,以消除基底迫降后残余的空隙并恢复断桩的抗压承载力。Ф40注浆孔布置范围(～)×(～),按照间距4 200布置,共8×20=160孔,每孔对应埋设Ф36注浆管一只(共160只),注浆孔穿过底板垫层,孔深1.2～1.5 m。注浆采用微膨胀水泥浆液,32.5级复合硅酸盐水泥,掺加10%UEA,水灰比0.5～0.6。

3.2　基础补桩加固处理

3.2.1　锚杆静压桩法

锚杆静压桩法是现阶段较为常用的地基基础加固的处理方法,但在本工程中,该方法存在施工可行性问题：1)地基土层中存在深厚的④-2粉质黏土混砂砾和④-3砾砂混粉质黏土层,另底板厚度只有350 mm,采用锚杆静压桩法较难穿透。2)锚杆静压桩采用焊接接桩无法满足桩基抗拔加固要求。

3.2.2　钻孔压浆桩法

钻孔压浆桩是对树根桩改进后的新桩型,其钻机采用地质钻机改装而成,适合地下室类狭小空间施工,施工操作方便,施工质量能得到保证,故适合在地下结构中进行基础加固处理(包括抗压、抗拔加固处理)。

对8#桩加固,采用A型(图2)Ф300扩底式、C20钻孔压浆桩,扩底段Ф450,长2.0 m,桩以⑦-3砾砂混黏土层为持力层,有效桩长15.0 m,取单桩竖向抗拔承载力特征值Ra′=250 kN,抗压承载力特征值Ra=350 kN,配筋4Ф22、Ф6@150～250。

图1　地下室加固处理平面示意图

图2　A型钻孔压浆桩桩身详图　　图3　B型钻孔压浆桩桩身详图

对应各承台边对角补入2支A型桩,具体范围为：⑨～/～,计40个承台,预计补入A型桩80支。

对7#桩加固,采用B型(图3)Ф400、C20钻孔压浆桩,桩仍以⑦-3砾砂混黏土层为持力层,有效桩长20.0 m,取单桩竖向抗拔承载力特征值Ra′=450 kN,抗压承载力特征值Ra=650 kN,配筋5Ф25、Ф6@100～200。布桩方式同A型桩,具体范围为：A栋⑧/～、/～计8个承台；B栋⑧/～、×～计6个承台,预计补入B型桩28支。

3.3　梁、柱加固方案

3.3.1　部分框架柱凿除重浇处理

对部分裂缝发展严重、混凝土破坏严重的柱体,进行凿除重浇处理(共10个柱,其中整体重浇3支，柱顶部重浇7支)。在柱体凿除前应安全可靠地进行柱梁托换支撑施工。

3.3.2　梁柱碳纤维布加固处理

对部分裂缝发展相对较好的梁柱体采用粘贴200 g/m2规格碳纤维布进行加固处理,在贴布施工前应进行裂缝注胶和混凝土基面处理。贴布完成后,应按相应规范要求做好表面防护和外观处理,并满足规范的防火要求。

4　结　语

1)设计抗浮力取值只考虑正常气候条件,按常规取值计算,未考虑特殊气候条件的水位起伏,设计偏于经济。在设计说明里有一句话提到基础回填土完成前不得停止降水,但在设计交底和后期施工中再未提及,因此未能引起各方足够重视。

2)施工单位抗浮防范意识不强,后浇带在顶板覆土前完成封闭施工,降水设施投入不足(少雨时尚能满足),对突发状况反应不及时,未在第一时间采取有效措施,导致地下室水浮力超过结构实际自重和抗拔桩的抗拔承载力,从而导致地下室结构上浮受损、开裂。等到发现上浮,已有一定上浮量,梁柱裂缝的后果已经产生了,即使马上底板凿洞泄水也起不到作用了。

3)本工程经加固处理后,结构尺寸无变化,对使用功能无任何影响,经过8年的跟踪随访,地下室无新增裂缝和渗漏水出现,达到了预期的处理效果。

参考文献：

[1]　兰岚.某地下室上浮事故分析处理和检测加固[J].住宅科技,2016(2)：47-50．

[2]　温静,石伟国,潘文浩.综合抗浮技术在深圳某医院工程中的应用[J].建筑技术,2015,46(6)：553-555．