地下工程上浮

2024-12-02

地下工程上浮（精选4篇）

地下工程上浮篇1

1 工程概况

某工程总建筑面积18989m2, 平面上呈“L”形, 从北至南依次由附楼 (5层) 及主楼 (15层) 组成, 有一层地下停车库, 建筑面积3996m2, 主楼南面部位为纯地下室, 建筑面积1264.9m2, 地下室一层高4.0m, 详见图1。

本工程地下室主楼部分采用梁板式筏板基础, 基础板底厚700mm, 纯地下室部分为独立基础加抗水板, 基础板厚300mm, 未设计抗浮桩, 采用底板及顶板覆土及结构砼自重抗浮。本工程于2010年3月9日开工, 2011年5月10日主体封顶, 2012年10月28日后浇带浇筑完毕后, 准备回填土时, 由于地下室排水不及时, 外加下雨, 地表水的入侵, 地下水位升高, 产生浮力, 浮力大于砼自重, 纯地下室部分局部上浮, 部分梁、柱及现浇板产生裂缝。

该工程建设场地土层自上而下依次为: (1) 层杂填土, 透水性强、层厚1.3~1.7m; (2) 层粉质粘土, 透水性一般, 层厚2.6m; (3) 层含泥卵石, 透水性好, 层厚4.7m; (4) 层粉质粘土, 地下水的稳定水位1.8~3.1m, 水位变化幅度约1.3m。

经现场检查发现, 纯地下室中部拱起后有裂缝的柱数量较多, 所有柱裂缝形式基本相同, 有2根柱角柱头混凝土局部压碎, 均为基础梁与柱交叉部位上方150mm左右, 水平裂透, 裂缝宽度0.50~1.10mm之间, 现场检测共发现8根柱有裂缝, 典型柱裂缝示意图见图2。基础梁出现裂缝也是中间部位, 竖向裂透, 裂缝宽度0.82~2.20mm之间, 典型梁裂缝示意图见图3。南面剪力墙中间跨多处开裂, 并存在渗水现象。裂缝宽度0.15~0.55mm, 长度880~2300mm之间, 东面剪力墙中部基础板底出现渗水现象, 剪力墙裂缝示意图见图4。地下室顶板多处开裂, 也是集中在中部, 并存在渗水现象。裂缝宽度0.03~0.12mm, 长度560~3150mm。

2 地下室上浮及裂缝成因分析

2.1 原工程抗浮设计

本工程原设计采用“配重抗浮”的方法进行抗浮设计, 即采用结构自重及基础部位和顶板上部的覆土来抵抗地下水浮力, 没有考虑锚杆抗浮或抗拔桩进行抗浮设计。

2.2 地下室上浮的主要原因

在地下室施工时有基坑支护、井点降水等措施, 基坑内基本无水。主体结构封顶, 砖墙砌筑完成后进行后浇带的浇筑, 地下室有两条后浇带, 第一条后浇带分布在主楼和附楼交界处, 第二条后浇带设在主楼和纯地下室交界处, 两条后浇带两侧均设有降水井, 后浇带浇筑完后继续降水。事故发生时, 由于连日的大雨, 地面排水系统不畅, 正处于冬季, 正常应该为干燥少雨季节, 现场抽水也不是很到位, 使地下水位急剧上升。且事故发生时地下室底板未回填和顶板未覆土, 主楼北面地下室由于结构砼自重大, 处稳定状态, 南面纯地下室部分设计为覆土抗浮, 致使纯地下室部分的水浮力超过结构实际自重, 产生向上浮力, 使混凝土构件受损出现不同程度裂缝。设计时对地下水位高度控制未提出对纯地下室部位的施工控制要求, 也是本工程地下室施工阶段上浮的主要原因。

2.3 裂缝产生原因分析

纯地下室部分地下停车库中间向上的浮力, 使基础梁中部表面受弯、梁底受压产生相对较大的剪应力, 相邻基础梁端部也产生跨递减的剪应力。当应力超过混凝土的抗拉强度时, 就会产生剪切裂缝。由于中间柱产生弯剪变形, 使顶板中部与梁交接部位应力相对集中, 使中部顶板产生裂缝。顶板设计厚度为180mm, 梁高800~1000mm, 基础高1000mm, 柱截面尺寸为550mm×550mm, 梁刚度明显大于柱刚度, 纯地下室部分地下停车库中间的上浮作用会对柱底部和顶端产生水平推力, 在柱底部和梁端产生剪切裂缝。由于地下室周边回填土对剪力墙和周边主楼, 附楼对地下室起到了约束作用, 导致地下室上浮状态中间大, 四周小。

3 施工抗浮降水卸压处理技术措施

⑴设置沉降观测点30个, 观测时间在抽 (降) 水期间日测2次, 结构回落近于稳定后每月二次。

⑵在室内地下室底板中部设2个直径φ53mm圆孔自溢 (泄) 水, 并在孔周砌蓄水池, 供抽水外排。

⑶在大楼建筑室外周边新增6个抽水井, 采用人工挖孔方式, 深度挖至地下室底板下500mm, 进行抽水降水。

经过上述措施的初步处理, 地下室底板和顶板中部弓起部位缓慢回落, 经过4天的处理后, 底板和顶板最大上浮量由原来的243mm降至为50mm左右, 结构上浮得到了初步较好的控制。同时构件随着结构的复位, 裂缝宽度变小甚至闭合。

4 对受损结构进行加固处理

鉴于施工现场各部位产生裂缝特征, 仔细记录裂缝宽度、长度及深度, 数据根据裂缝部位特征及破坏程度有针对性做出裂缝修复方案, 加固方案处理原则:

⑴梁:底板梁裂缝出现在中部, 结构受损支座没有影响, 可采用碳纤维布处理, 顶板梁根部出现裂缝, 安全度下降较大, 有斜裂缝, 采用粘钢加固。

⑵板:底板加固先用环氧树脂封闭后再增设一道柔性防水层以防裂缝复发。

⑶柱:微小裂缝采用环氧树脂封闭, 柱上、下端出现裂缝的采用外包钢, 单边非贯通缝可直接用环氧树脂封闭, 裂缝长且贯通应灌结构裂缝专用胶封闭后, 再贴碳纤维布。

具体加固措施施工要点如下:

⑴裂缝灌浆

基层处理→裂缝表面封闭、安设裂缝→灌浆→拆除底座、恢复基层厚状。

(1) 用钢丝刷或角磨机清除裂缝周围粉刷层, 直至露出砼基层表面。

(2) 沿裂缝走向每隔300mm设置一注浆底座, 用结构胶贴安设底座, 使其中心对准裂缝。

(3) 用环氧树脂将裂缝封严, 贯穿裂缝两面均要封闭。

(4) 环氧树脂固化后将注入器装上灌注胶, 并安装在底座上, 慢慢加压使裂缝内胶水充分饱满。

(5) 胶水在常温下养护72小时固化, 然后清除注胶底座。

⑵外包型钢———高强度无收缩灌浆料截面加大法加固施工工艺。

(1) 钢构套加固柱时, 应在柱四角外贴角钢, 角钢应与外围的扁钢缀板焊接。当遇楼板时, 角钢应穿过楼板, 梁、柱交接部位, 外加加强型角钢锚固。

(2) 角钢上、下两端应有可靠的连接或锚固。对柱的加固, 角钢下端应锚固于基础中;中间应穿过各楼板, 上端应伸至加固层的顶板底;若相邻两层柱的尺寸不同, 可将上下柱型钢交汇于楼面, 并利用其内外间隔嵌入厚度不小于10mm的钢板焊成水平钢框, 与上下柱角钢及上柱子钢箍相互焊接固定。

(3) 加固前应卸除或大部分卸除作用在梁上的活荷载。

(4) 原有的梁、柱表面应清洗干净, 采用环氧树脂压力灌浆封闭裂缝。

(5) 楼板凿洞时, 应避免损伤原有钢筋。

(6) 构架的角钢应采用夹具在两个方向夹紧, 缀板应分段焊接。

⑶碳纤维布加固施工技术要求

(1) 对被粘贴部位的混凝土构件表面进行处理, 用砂轮或角磨机打磨混凝土表面以除去表面疏松层及油污等杂质, 直至完全露出新的混凝土界面, 并用压缩空气将表面浮灰清除干净, 经清理打磨后的混凝土表面, 若局部有凹陷, 应先用修补砂浆填充找平。

(2) 碳纤维布转角粘贴时, 对梁棱角应打磨成圆弧角, 进行圆化处理, 圆弧角的半径梁应≥20mm、柱应≥25mm。

(3) 应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面, 且在表面指触干燥后尽快进行找平处理;找平层表面指触干燥后尽快进行粘贴碳纤维布。

(4) 将粘贴纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置, 采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压, 挤除气泡, 使浸渍树脂充分浸透纤维布, 滚压时不得损伤碳纤维布, 多层粘贴时应在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴。

⑷聚合物砂浆修补施工工艺

工序如下:施工准备工作→基层处理→涂刷界面剂→涂抹聚合物砂浆。

(1) 施工准备工作

清理施工工作面障碍, 搭设脚手架, 对要使用的材料、机具做好施工准备工作。

(2) 基层处理

先凿除混凝土构件表面疏松层, 并对混凝土构件表面进行打磨处理, 钢筋采用钢丝刷进行除锈处理。

(3) 涂刷界面剂

涂刷前24h, 施工人员应对原混凝土构件表面洒水以使其充分湿润, 在喷涂聚合物砂浆前, 均匀涂刷界面剂于混凝土构件表面。

(4) 涂抹聚合物砂浆

按配比要求配置高强度聚合物砂浆, 分层涂抹于待修整的加固构件, 每道厚度以不大于10mm为宜。后一道喷抹应在前一道初凝后进行, 最后喷抹之前的一层或几层应保持粗糙面, 以便于层与层之间达到更好的结合效果, 最后一层一次抹平收光。梁、柱棱角部位应做好收抹灰收边, 楼板应做到修补后平整, 满足碳纤维布粘贴施工要求。

5 结束语

本工程地下室经加固处理后, 根据沉降观测数据, 未再产生结构沉降不均匀问题;裂缝封闭加固后, 增设一道柔性防水层, 解决底板受损后二次受力渗水等问题。

因异常气候的暴雨排水及地表水等室外排水措施不当, 使地下室周围积水汇聚增多, 地下水位急剧上升, 均可导致未采用抗浮措施或筏板式基础类型地下室施工过程中产生上浮的工程质量问题的发生。施工人员在上述基础类型地下室施工过程中采取基坑合理设置排水点, 缓浇后浇带, 地下室与基坑间预留孔洞, 无上部建筑物的地下室底板及上部应及时按设计要求覆土等措施来预防和解决地下室的上浮问题。

浅析地下室上浮事故处理篇2

某房地产公司开发的商业广场, 位于某市东部开发居住小区的重要商业中心。该广场是集商业与居民活动中心为一体的重要工程。工程上部平面布置一个环形状, 下一层设停车场、机房、库房, 地上四周分布, 局部一至五层商业店面。南面一层二层为商场和餐饮, 西面三层四层为娱乐场所、老人活动中心、北部五层为群艺馆、舞厅、电影院、健身房等, 东部为图书馆、街道办公室、科技活动室等相对安静空间, 最东部为一栋独立的四层门诊楼。中心广场是喷泉, 是居民的娱乐场所。

2 场地地质条件

根据岩土工程勘察报告, 该场地基础采用天然地基, 持力层为第四系坡洪积砾粉质粘土。地下室稳定水位高度介于标高11.6~15.91m之间, ±0.00相当于黄海高程15.9m, 地下室层高4.35m, 底板厚度400mm, 底板底标高相当于黄海高程11.15m。从地质勘察报告上反映出来的地下水位对整个建筑物的地下室而言相当高。

3 裂缝出现状况

地下室结构, 2000年8月份施工, 到2001年2月末施工到主体结构四层梁板, 发现地下室顶板步行街顶板出现了不同程度的裂缝。并进行沉降观测, 发现沉降量出现异常情况。进一步观察地下室顶板步行街部分, 板裂缝继续加宽加长, 涉及到邻边的柱。同时, 在A3区的同样部位也陆续发现了微小裂缝, 上部二至三层纵向梁在距柱边5~10cm处, 也出现了微小裂缝。经过一段时间的观察, 发现裂缝还在继续发展, 地下室底板开始出现了渗水现象。

4 裂缝的描述

采用放大镜倍数为20倍的JC-10读数显微镜对裂缝进行详细勘察检测。从勘察检测的结果来看, 地下室勘察检测122根柱的梁柱节点中, 46根钢筋混凝土表面有裂缝, 其中26根柱裂缝的宽度大于0.3mm, 最大的裂缝位于 (7) 轴○P轴框架柱顶面侧面, 裂缝宽度值为2.12mm, 次大的裂缝位于 (7) 轴M轴框架柱顶东侧面, 裂缝宽度值为1.37mm.。33根钢筋混凝土框架梁混凝土表面有裂缝, 其中有17根框架梁裂缝的宽度大于0.3mm, 最大的裂缝位于Q轴 (7) 轴~1 (7) 轴框架梁东侧面, 裂缝值宽度为1.4mm, 次大的裂缝位于R、 (7) 轴~1/ (7) 轴框架梁西侧面, 裂缝值宽度为0.99mm, 第三大的裂缝位于 (7) 轴、G轴~F轴框架梁东侧面, 裂缝值宽度为0.58mm。地上一层勘察检测20根柱的梁柱节点、柱与楼板的结合处为1根梯梁, 6根钢筋混凝土框架柱混凝土表面有裂缝, 裂缝值宽度为0.3mm。14根柱梁节点中, 框架梁混凝土表面有裂缝, 宽度大于0.3mm, 地上二层检测20根柱的梁柱节点、柱与楼板的结合处, 3根钢筋混凝土框架柱表面有裂缝, 宽度值为0.3mm, 20根钢筋混凝土框架梁表面有裂缝, 3根框架梁混凝土表面裂缝宽度值为0.3mm, 最大的裂缝位于P轴、 (6) 轴~ (7) 轴框架西侧面, 裂缝宽度为0.81mm, 6根柱底板面混凝土有裂缝, 其中3根柱底混凝土板面有裂缝, 裂缝宽度大于0.3mm, 地上三层, 检测20根柱的梁柱节点、柱脚与楼板的结合处, 6根柱根部混凝土有裂缝, 裂缝宽度小于0.3mm。

5 上浮原因分析

根据柱梁板裂缝出现及跟踪监测, 裂缝有不断发展的趋势。裂缝出现的部位及其特征, 初步确定为地下水位上升, 地下水的浮力大于建筑物自重, 使其建筑物底板中部上浮, 导致结构受力改变, 局部柱梁板开裂。根据地质勘探报告中地下室稳定水位高度介于标高11.6~15.91m之间, ±0.00相当于黄海高程15.9m, 地下室层高4.35m底板厚度400mm, 底板底标高相当于黄海高程11.15m。从地质勘察报告上反映出来的地下水位, 对整个建筑物的地下室而言相当高, 且该工程的座落处于整个小区的最低洼之处, 施工期间遇到雨季中, 水位随季节变异较大。

5.1 地下室抗浮验算

根据本地区地下室抗浮设计参考水位, 为地坪以下0.5m, 黄海高程14.95m, 且水浮力不考虑折减。按地质报告提供的水位标高, 水浮力为13.8-11.5=2.65t/m2, 水浮力参考为14.5-11.5=3.87t/m2。设计提供当时建物自重数据, 从北至南混凝土折算重量, A区折算厚度自重为1.4m×2.5t/m3=3.5t/m2;步行街折算厚度, 自重为0.75m×2.5t/m3=1.875t/m2;B区折算厚度自重为0.9m×2.5t/m3=2.25t/m2。当自重小于水浮力时, 地下室有上浮趋势。

5.2 上浮原因及裂缝形成分析

在抗浮验算中可以看出, 建筑物自重北重南轻, 而基础刚度基本相同。因此, 在A区与步行街交界处结构自下而上出现裂缝。事故发生后, 有关单位对该地下室进行了检测和鉴定。检测结果显示, 地下室上浮的趋势为中间大, 四周小。分析其原因不难发现, 造成建筑物破坏的原因是基坑回填后, 大量雨水和地表水很容易进入底板与土层的间隙。由于周边的建筑物正在施工主体, 以及地下室四周墙与回填土的约束不同, 且各区域的重量分布存在差异, 使得地下室四周的上浮受到约束, 相对于中间要小, 导致了不均匀上浮。使得底板与下面的混凝土垫层发生脱离, 形成空隙, 水会在空隙里集中, 压力进一步增加。另加之, 该地下室面积较大, 如果没有抗浮措施, 地下室往往出现上浮, 基础产生向上挠曲变形;不均匀上浮不但会造成顶板和底板出现大面积的裂缝, 还会使柱子发生倾斜和偏压破坏。而由于上部建筑的嵌同作用, 使得嵌固端的梁极易产生弯曲破坏, 离嵌同端较近的柱, 易产生偏压破坏。因此, 建筑物柱、梁板等部分产生明显与底板变形一致的裂缝。

6 处理方案

6.1 应急处理方案

为使地下室尽快回落到原来的位置, 防止结构发生倾斜和构件出现进一步的破坏, 决定先在地下室底板柱脚处钻孔, 以尽快释放底板下的水压。孔径φ60mm, 于钻孔之前, 应在孔周围砌水池, 并用水泵对池内的水进行抽水排水, 同时根据基础平面图沿建筑物周边布设水位观测井, 视水位情况决定布置降水井。地下水位分布呈西南高、北东低之势, 地下水流向东北, 场地东北部属集水地段, 水量较丰富, 西南部水量一般不丰富。测得地下水位标高13.4m, 根据测得数据沿建筑物四周设置降水井, 间距10m设置一个降水井进行降水, 每个降水井设置一台清水泵抽水。

6.2 加固处理方案的确定

6.2.1 采取抗浮加固措施

由于上浮造成地下室底板底面与地基土脱离, 部分柱梁板出现开裂损坏情况, 影响结构的安全和正常使用, 因此必须进行加固处理。对常用的抗浮加固措施进行比较, 从中选取最适合该工程情况的加固措施。

(1) 增加压重。如顶板加载、加厚底板等, 使结构自重大于地下水对结构物所产生的浮力, 该方法施工及设计都简单, 但需要大量的相关配重材料, 同时会减小室内的净高, 影响原有的建筑使用功能;

(2) 泄水减压法。在地下室底板上钻孔以释放底板下的水压, 是一种应急性的处理方法, 效果明显;

(3) 消压法。又会导致以后长期发生引排费用, 给物业管理带来费用。

(4) 设置抗拔桩或抗浮锚杆。将锚杆埋入岩土体深处, 利用其抗拉性来抵抗浮力, 具有受力合理、造价低廉、施工方便等。因此, 采用锚杆抗拔方案。

(1) 采用锚杆的情况分析。土层锚杆的设计和施工根据该工程地勘报告, 地下室底板以下至基岩层的土层主要是砂质粘土7~8m强风化岩层2~3m因此取锚杆长度为12m, 另按常规取锚杆的直径为180mm, 锚杆实际抗拔力须通过抗拔试验来确定。根据实际构造需要锚杆实际根数为180根。锚杆其锚固端在地下室底板基础梁上。锚杆施工前, 地下水位在地下室底板以下。采用钻机成孔, 孔径≥180mm偏差不大于2cm, , 孔深12m偏差不应小于设计深度1%, 也不宜大于设计深度500mm。

(2) 锚杆的施工工艺:放样定位→人工开口→钻孔定位→钻孔→锚杆制作与安放→清孔→灌浆→封锚。

(3) 锚杆方法的具体措施:锚杆体为3Φ25 (二级钢) , 杆体周围采用3φ6长度200mmd的焊接短钢筋按支架间距2000mm将主筋点焊成束, 保证锚杆体在锚孔中心保持平行。安放杆体后随即清孔并采用常压泵送方法注浆, 注浆前不得拔出注浆管, 以保证锚杆底端注浆充实, 注浆浆液为水泥净浆, 水泥标号425#, 水灰比0.4~0.5。待初次注浆强度达5.0MPa后, 随即用高压注浆泵进行二次高压注浆。留制标准试块, 每天或每20根 (锚) 桩做3组。待28d抗压强度值达到设计要求, 锚杆体经抗拔试验合格后进行封锚, 底板锚杆处封口采用C40细石混凝土掺少量膨胀剂, 锚头锚固在地下室底板混凝土基础梁上。

(4) 方案调查分析的结论:采取的修正措施, 对本工程的结构是安全的, 梁板的承载力, 经验证能满足设计要求。小于0.3mm裂缝无须修补, 但考虑到本工程的重要性和业主对此问题的重视程度, 同时也为防止钢筋锈蚀而影响耐久性, 本着预防为主的原则, 决定按照修补的规定进行修补。

6.2.2 地下室底板加固

封堵室内降水孔。必须在锚杆验收合格后封堵降水孔。封堵室内的降水孔要求在最短时间内封堵完, 封堵室内降水孔前要求降水孔水位必须在室内混凝土底板500mm以下, 快速封堵。封堵后周围及表面涂抹渗透结晶防水剂。要仔细认真清理降水孔周边杂物、掉灰等。铺设φ6@200双向筋, 浇注150mm厚的C20混凝土, 做20厚1∶2水泥砂浆防水层。

6.2.3 楼板的加固

楼板基底用钢丝刷清理干净后, 用封缝胶沿缝的宽度及部位布设灌浆嘴, 进行裂缝表面封闭, 对贯穿裂缝应双面密封, 待封缝胶固化后, 用压力灌浆器进行压力灌浆, 直至灌满所有裂缝。

6.2.4 梁柱混凝土加固

(1) 混凝土表面处理。清理混凝土表面、灰尘及松散的混凝土, 使混凝土表面达到平整无灰尘。

(2) 涂底胶。用滚动型毛刷将底层树脂均匀涂布在混凝土表面上, 使底胶渗入混凝土表面的孔隙中, 确保混凝土及碳纤维布之间充分结合。

(3) 找平层。混凝土表面凹陷部位使用配制好的找平胶将其填补平整、无棱角, 转角处应圆滑。

(4) 实施粘贴碳纤维布程序:裁剪碳纤维布→涂刷第一层浸润胶→粘贴碳纤维布、挤除气泡→如有空鼓时, 应采取针管注胶的方法进行补救→涂刷第二层浸润胶→粘贴第二层纤维布、挤除气泡→表面防护。

7 加固修补效果

该工程加固修补以后, 由于采取了相应适宜的措施, 未再发现有新的裂缝出现, 而修补过的裂缝也未重现, 上部施工的情况良好。由此可以断定, 主要原因的分析和处理办法是正确可行的。

8 总结

(1) 该地下室经抗浮处理, 直至工程竣工交付使用, 经观测未发现新的上浮。检查地下室底板及墙体也未产生裂缝和渗漏水。整修实践进一步说明, 抗浮处理达到了预期效果。该事故的处理修改方案对类似事件的处理, 具有一定的借鉴作用。

(2) 工程设计时, 抗浮设防水位取用, 要考虑在设计使用年限内 (包括施工期) 可能产生的最高水位。抗浮措施应根据工程水文地质资料、施工条件、地下结构情况, 进行周密地设计计算。

(3) 施工单位在施工箱形基础时, 应考虑实际现场水位情况。验算梁式筏板、箱形及类似基础的抗浮性;基坑回填土方, 应考虑建筑物的自重与地下水位的上浮力是否符合相关规定。施工阶段要制定出严密的施工方案, 并采取有效的抗浮措施, 避免发生意外情况, 造成巨大的经济损失。

实践出真知, 如果设计、施工双方对工程抗浮问题都能足够重视, 是完全可以避免事故的发生的。

参考文献

[1]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S]

[2]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S]

[3]CECS22:2005岩土锚杆 (索) 技术规程[S]

[4]贾金青.软岩抗浮锚杆试验、设计及施工[M].北京:人民交通出版社, 2000

[5]孙梅英.既有地下结构物抗浮加固措施[D].华中科技大学, 2007

[6]CECS 146:2003 (2007版.碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S]

地下工程上浮篇3

某工程总建筑面积约10×104m2, 由4栋高层住宅楼 (地上29层, 地下2层) 、2栋沿街2层商业楼及地下车库 (地下2层) 组成, 如图1所示。2层地下室和4栋主楼及2栋商业楼地下室连为一体, 之间不设置沉降缝。整个地下室底板板面结构标高统一为-9.400m (本工程±0.000对应的绝对标高为17.200m) 。根据《岩土工程勘察报告》, 地貌类型属于山前坡地、坡地前缘和剥蚀残山地貌, 春末夏初多梅雨。在勘察深度范围内, 地基土按其成因类型和物理力学特征, 可划分为5个工程地质层, 各层地基土的分布状况见表1。本地区地下水位常年变化幅度在0.50~1.00m之间, 短时暴雨季节低洼地处可积大量地表水。考虑到地块西侧为陶朱山, 可能会存在短时山下积水, 抗浮水位为15.500m, 勘察期间场地标高21.850m左右。该工程地下室抗浮采用锚杆, 锚杆采用钢筋φ28mm和φ32mm。典型柱跨为8.4m×8.4m, 锚杆在柱间均布, 底板厚度500mm。竖向构件承压, 部分采用人工挖孔墩, 部分采用独立基础。

2 上浮事故概况

2012年2月5日, 该工程4栋主楼全部结构封顶, 地下车库已经结构浇注完成, 地下室顶板未覆土且未施工面层。当时正值当地梅雨季节, 连续大雨之后, 水位迅速升高到绝对标高约15.300m, 3月4日, 发现工程西侧1#楼和3#楼之间地下室底板发生明显上浮, 当时测点最大上浮值达到191mm, 上浮面积约为50m×48m, 随后有关方进行了地下室底板开孔排水泄压, 地下室上浮得到了有效控制。事后, 发现负1层地下室27根框架柱顶部位及负2层地下室16根框架柱柱脚部位出现较明显水平和斜向裂缝。经过检测, 柱裂缝宽度0.4~1.10mm。典型框架柱裂缝如图2所示, 地下室上浮示意图如图3所示。

3 上浮分析

事故发生后, 为了找出事故原因, 确定几个典型位置进行混凝土取芯, 对底板面钢筋和锚杆水平段钢筋保护层进行剥离, 观测锚杆钢筋锚固情况以及混凝土施工情况。取3根钢筋进行锚杆抗拉试验, 缓慢多次加载, 锚杆试验结果如表2和图4所示。

据锚杆试验结果发现, 3根锚杆实际抗拔承载力均小于抗拔承载力特征值306kN。其中锚杆S1及S2实际抗拔承载力很小, 可认为完全破坏。通过对现场多处锚杆隐蔽工程进行剥离检验 (见图5) , 发现锚杆钢筋与混凝土底板很多已处于松开状态, 混凝土底板对于锚杆已经失去了锚固作用。对于底板上浮区域进行观察发现, 现场底板多处曾经进行过裂缝注浆灌注封闭, 经了解, 是因为底板多处发生过渗水事件。翻阅施工记录和监理记录, 锚杆曾因施工质量不合格, 进行过整顿返工, 同时工地锚杆施工结束后, 锚杆验收数量小于设计规定值。

由于事故发生时, 当地正值梅雨季节, 事故西侧为陶朱山, 因此, 有必要对工程实际水头压力有一个准确判断。现场西面开了14个排水孔, 孔深9m, 山底排水措施组织有序, 事故发生时, 现场实际水位绝对标高15.300m, 并未高过抗浮水位标高15.500m, 而且锚杆承载力特征值为306kN, 若锚杆破坏, 实际受力至少为1.6倍承载力, 锚杆实际可以承受的最大水头压力比设计应该还要高。根据原始结构施工图纸, 典型柱跨为8.4m×8.4m, 锚杆在每个方向上是4等分, 均匀布置, 柱下不布置锚杆, 具体如图6所示。另外, 假定是局部锚杆失效, 按照水位15.500m计算, 假定一个锚杆失效, 相邻锚杆所受最大拔力为306/6+306=357kN, 假定有2根锚杆失效, 相邻锚杆所受最大拔力为306×2/8+306=382.5kN。假定有3根锚杆失效 (3根锚杆呈最不利一字型排列) , 相邻锚杆所受最大拔力为306×3/10+306=397.8kN, 此时为承载力特征值的397.8/306=1.3倍。可见, 局部锚杆失效导致的锚杆受力增大并不多, 应不至使得锚杆失效。除非局部失效的锚杆过多, 才会导致成片锚杆失效。其实考虑到柱底轴力的有利辐射作用, 周边锚杆实际承受拔力应还会减少。

根据以上分析, 现场应该是混凝土施工质量不合格, 底板出现较多渗水点, 导致锚杆和底板锚固不牢, 使得成片锚杆失效。由于锚杆施工质量并不过关, 且锚杆验收数量小于设计规定值, 较多锚杆实际承载力应小于设计抗拔承载力。

4 加固处理方案

事故发生后, 现场迅速在底板上两处凿洞放水, 底板水流喷泻而出, 半天之后水流稳定, 底板的起拱普遍减小, 最大45mm。考虑将此两处泻水孔永久设置, 一旦水位超过固定值, 应启动排水。

根据现场锚杆隐蔽工程剥离检验的情况及锚杆抗拔试验的结果, 保守按照现场锚杆全部失效考虑。抗浮加固措施初步考虑以下3种[1]。

1) 增加地下室底板的厚度, 通过自重和底板抗弯刚度的增加来抵抗水浮力。由于地下室底板标高较深, 水头压力大, 若采用这种方案, 底板厚度将增加较多, 减少地下室的净空, 影响了建筑功能, 业主难以接受。

2) 在地下室底板上增设锚杆, 材料采用三级钢。根据计算, 锚杆钢筋需要量较多。由于原有锚杆钢筋位置已经较密, 新增加的锚杆和原锚杆位置将会很近, 很多已经小于《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007—2011) [2]中对于锚杆间距的规定。另外, 因为是后做锚杆, 对于底板过多的凿洞, 对原有底板结构破坏较大, 因此此方案也不建议采用。

3) 在底板上增设锚杆, 杆体材料采用高强精轧螺纹钢筋。由于此种钢筋材料强度高, 采用此种材料, 施工质量容易得到保证, 成本也会降低, 同时锚杆数量的减少也会减少对于原结构的破坏, 施工时间也会减少。由于事故发生时间距离整个小区交付使用时间已很短, 此方案较为合适。

最终采取第三种方案, 在实际施工时, 主要存在以下施工难点, 由于地下2层实际可以使用的高度为3.78m, 层高较小。在机器的选择上, 应将钻机的三角支架和钻杆缩短, 另外, 由于锚杆较长, 实际总长度为6.5m左右, 考虑采用精扎螺纹钢筋连接器 (见图7) 。实际施工时, 部分区域地下水出流量大, 采用高压注浆[3]。考虑到锚杆受拉承载力比较大, 采用具有早强、高强、自流动性好的CGM高强灌浆料。

计算锚杆钢筋截面面积、锚杆锚固体入岩长度时, 采用《建筑边坡工程技术规范》 (GB50330—2002) [4]和《岩土锚杆 (索) 技术规程》 (CECS22:2005) [5]进行比较并取不利者。在具体锚杆分布时, 考虑了两种方案[6], 如图8和图9所示。

两种方案中, 锚杆钢筋强度设计值均为不小于900MPa。锚杆布置方案甲中, 柱子轴线上的锚杆采用2根32mm钢筋, 承载力特征值720kN, 入岩4.9m, 非柱子轴线上采用2根28mm钢筋, 承载力特征值610kN, 入岩4.10m, 钻孔直径均为170mm。方案乙中, 采用1根36mm直径钢筋, 入岩深度4.5m, 承载力特征值525kN, 钻孔直径140mm。两种方案造价分别为方案甲约为144万元, 方案乙约为137万元。方案乙实际钻孔数量大, 但是钻孔孔径小, 入岩深度相对要小。两种方案对应的钻孔机械不同。由于锚杆入岩难度较大, 方案乙更加节省成本, 方案甲中锚杆布置稀疏, 底板底部局部会受弯承载力不足, 最终采取方案乙。锚杆大样及锚杆和底板连接图见图10和图11所示。

总共选取5根锚杆做基本试验确定锚杆实际承载力, 5根锚杆基本试验情况如表3所示。

另外, 该项目中, 底板建筑面层为200mm, 考虑其中150mm做混凝土现浇层, 面层增设φ16mm@150mm双层双向钢筋网, 增大底板刚度及底板自重。对于地下室梁柱加固, 考虑到遗存损伤现状的部分裂缝已经弹性闭合, 结构构件损伤已经存在的事实, 决定对受损构件采用裂缝封闭并结合碳纤维布补强的方案[7]。对裂缝封闭处理, 根据裂缝大小, 可采取两种方法: (1) 采用凿V型槽, 用环氧胶泥缝补压平; (2) 裂缝注浆灌封封闭。具体如图12和图13所示。

锚杆施工完毕后, 底板最大上拱值减小到21mm, 整个加固工期共用50d。时间上未影响工程交付。施工结束已经1.5a, 经历两个汛期的考验, 地下室未出现新的裂缝和变形。

5 结论

本工程地下室上浮的原因为锚杆施工质量均不合格, 导致锚杆实际抗拔承载力达不到设计要求, 同时底板施工质量也不合格, 导致锚杆和底板之间的黏结锚固也达不到设计要求。当现场雨量较大, 水位上升时, 地下室底板就出现上浮, 梁板上拱。利用高强精轧螺纹钢筋做锚杆能很好地处理地下结构的上浮, 此种方法操作简单, 不受底板厚度限制。由于精轧螺纹钢筋强度比普通钢筋材料强度高2~3倍, 同时采用了锚具承压板与精轧螺纹钢筋复合受力, 缩短钢筋的锚固长度。综合评价的结果是技术可靠、安全、经济、工期短。可以推广采用精轧螺纹钢筋做锚杆杆体材料, 节省钢筋和混凝土的材料成本, 特别适用于水浮压力大且跨度大的多层地下室。

摘要：某工程地下室底板局部上浮, 最大上浮值191mm, 地下室柱子顶部和底部出现较明显裂缝, 结构局部已经破坏。针对该工程具体情况, 详细论述如何利用高强度精轧螺纹钢筋对地下室进行抗浮加固处理。比较分析了两种不同锚杆布置方式的优劣, 并确定最佳布置方式。

关键词：抗浮设计,锚杆,精轧螺纹钢筋,加固

参考文献

[1]刘文珽, 尤天直, 张涛.大型地下停车库的抗浮设计[J].建筑结构, 2011, 41 (S1) :1326-1330.

[2]GB50007—2011建筑地基基础设计规范[S].

[3]汪定, 郝绍金, 黄俊.精轧螺纹钢在抗浮锚杆中的应用[J].建材世界, 2012, 33 (5) :61-63.

[4]GB50330—2002建筑边坡工程技术规范[S].

[5]CECS22:2005岩土锚杆 (索) 技术规程[S].

[6]于泯红, 梁立, 马志林.某地下室抗浮设计[J].建筑结构, 2012, 42 (12) :139-142.

地下工程上浮篇4

本文结合已设置了抗浮桩的某大型地下车库实例，对其发生的不均匀上浮问题采用有限元分析方法进行分析，并对相应的处理措施以及加固方法进行探讨。

1 抗浮措施介绍

在地下建筑工程中所用的抗浮方法主要包括压重抗浮、抗拔锚桩(锚杆)或盲沟疏水截排等措施。其中，盲沟疏水截排是主动进行抗浮的措施，受到的影响因素较多，在目前的地下建筑工程中应用相对较少。压重抗浮与抗拔锚桩(锚杆)措施都是被动抗浮措施，具有较强的抗力平衡性，在现阶段的地下建筑中认可度较高，使用也较为普遍。

压重抗浮是用具有较大重量的回填层或混凝土在车库的防水板、基础底板、地下车库的顶板或楼板上设置，使结构的重量大幅度增加，保证工程结构平衡浮力的实现，是在现阶段地下工程中抗浮的最优选择。在这一方法中，虽然每增设1m厚的混凝土，可以对2.2m的水浮力进行抵挡，但是由于回填层的增设，会使工程的埋深相应增加，导致工程受到的浮力变大，因此，如果对地下工程作用的水浮力较大，这一措施往往缺乏经济性，此时用抗浮锚杆或抗浮桩更为合适。

抗浮桩可以利用自身所受阻力与自重对水浮力加以抵抗，通常具有较大的直径，并且常和柱子连在一起，对底板的厚度要求较高，所以在使用时常和工程的桩基结合在一起，在目前的地下工程建设中使用的较为广泛。

2 工程概况

在某市市区中心一大型地下车库建设工程中，地下车库采用的结构形式是框架-剪力墙形式，同时采用桩筏基础作为整个车库的基础类型，顶板为0.18m厚，并且在顶板上进行了0.4m的覆土处理，底板为0.4m厚;采用的是长度为25m，直径为0.4m的预应力混凝土管桩;这一地下车库总的建筑面积是5700m2，在进行施工过程中，在横向与纵向上分别设置了三条、一条后浇带。在车库的南北方向上，分别是14层和16层建筑底板相互连接。

图1为这一地下车库整体的剖面图。

3 工程上浮事故

该工程进行了开工沉桩、土方开挖、围护结构的搅拌桩施工、轻型井点的降水处理和底板浇筑混凝土等过程。在该地区一次持续暴雨中，该地下车库出现了上拱问题，工作人员立刻展开了现场相关测量，发现在拱起段中，5轴上的M至N轴最为严重，拱起高度达到了0.41m。工作人员通过有限元分析，采取了相应的应急措施加以处理，使地下车库高度很快恢复为设计中的标高。

4 构建该地下车库的整体模型

为了对该地下车库发生的上浮事故准确把握，对事故造成的构件损坏及结构变形情况进行深入了解，并对正常使用过程中结构的安全状况进行评估和预测，利用MIDAS/GTS软件对结构进行有限元分析，首先利用软件构建该车库的仿真三维模型，之后再展开有限元分析。

4.1 材料参数

4.1.1 桩参数

利用该软件对抗浮桩进行桩单元模拟，根据嵌入式的梁单元模式构建桩单元，在此过程中对桩及周围土层之间的连接与摩擦进行充分考虑，并保持桩单元和梁单元具有相同的截面特性输入。

在模型中，对桩接触特性进行科学合理的参数设置：用最终剪力对桩与土层间的摩擦力最大值进行限定，根据现场土质情况进行比贯入阻力的确定。设置的剪切刚度模量是面上在切线方向的刚度系数值，这一取值由土层的弹性模量进行加权平均取值，法向刚度模量是面外的竖直方向上刚度系统的取值。

4.1.2 土层参数

对土层参数进行确定时，采用的是实体单元土层，利用的是莫尔-库伦这一模型。通过对现场进行勘察后形成的地质报告可知，土体压缩模量是应力和总应变二者的比值，弹性模量应是应力和弹性应变二者之间的比值，故而弹性模量应比压缩模量为大。在构建整体模型时，所需的土体粘聚力、土层的容量和摩擦角等以地质报告中的相关数值为准。

4.1.3 其他相关参数

对于该车库的柱和梁而言，都可以用梁单元进行模拟，对于混凝土的顶板、剪力墙和底板可用非线性的板单元加以模拟，而材料的重力密度、泊松比与弹性模量都以实际为准。

4.2 约束条件的确定

对于该车库的边界而言，在整体模型中，和车库连接的高层地下室也是模型的一部分，因为在车室上有楼层的压盖作用，使之不易出现上浮问题，所以可以在车库的顶板相应节点上竖直的加以约束，在整体模型中，对于车库的外墙和土层之间进行连接点的确定时，要以同一位置中共用的节点为准。

出于基础影响范围的考虑，在对土体边界进行确定时，从建筑的四周在水平方向上将土体边界向外扩20m左右，在竖直方向上将土体的厚度取值为45m。对土体边界进行模拟时，要用该软件的“地面支承”模块进行边界的模拟。

通过分析，对该地下车库构建的整体模型如图2和图3所示。

1.高层地下室;2.地下车库范围

5 对该工程的不均匀上浮进行计算分析

5.1 产生的变形及位移情况

利用模型对地下车库发生的变形和位移进行计算，发现施工过程中，在水浮力较大时，该工程的顶板与基础底板出现了明显的上拱现象，在竖直方向上发生了最大的位移变化，为391.6mm，造成的这一位移和现场发生上浮事故时产生的竖向位移相近，在Y与X方向上发生的位移较小。

5.2 结构受力及产生的破坏

5.2.1 抗浮桩