趙宇

【摘 要】沿海地區(qū)地下水及地表水都非常豐富，由地下水水浮力所造成的建（構）筑物發(fā)生傾斜、倒塌的事故屢屢出現。杭州某小區(qū)，在大底盤地下室施工完畢后，地下室四周進行回填土。地下室底板局部出現上浮，造成部分梁柱節(jié)點破壞。從設計、施工角度分析可能導致該地下車庫上浮的原因，對今后各設計院地下室抗浮設計的計算方法及施工過程中的注意事項有一定的現實意義。

【關鍵詞】地下室抗浮破壞；預應力管樁；抗拔樁

1工程概況

該小區(qū)位于杭州市江干區(qū)。該工程總占地面積33961m2，由6棟18層高層建筑組成。地上總建筑面積約84900m2，地下室一層（面積約15000m2），地上十八層，采用框架剪力墻結構，地下車庫采用框架結構。該工程地下室共分為A區(qū)、B區(qū)，受到上浮破壞的區(qū)域位于A區(qū)東部，詳見圖1。

其中A區(qū)地下室寬約65米，長約165米；兩區(qū)地下室結構均連通不設縫。層高均為3.8米，頂板埋深1.65米（黃海高程4.7米），柱網尺寸（5.4/6.6/7.3米X8.1米）。頂板厚300mm，底板厚450mm；框架柱截面尺寸為500mmX600mm。

該工程地基基礎設計等級為甲級，抗拔樁采用預應力管樁，其型號為PHC-A600（110），直徑為：600mm；壁厚為：110mm；預應力管樁端板厚度為20mm，內配預應力鋼筋14Φ9。樁基礎持力層為中砂層（4-3層）。主樓采用采用先張法預應力管樁，以（5-2）層圓礫為樁端持力層，地基土物理力學指標設計參數如下表1：

該地下水水位受季節(jié)影響明顯，水位動態(tài)變化較大，豐水期水位接近地表，枯水期水位埋深約3.5m左右。深部圓礫層賦存孔隙承壓水，水頭高在地面下12.0m左右，水量較豐富，地下水抗浮設計水位標高約5.60m。該工程單體建筑正負0.000對應絕對標高為6.350m，地下車庫入口坡道頂標高為6.210m。該工程土質為粉土，根據開挖深度、場地地質條件、周圍環(huán)境情況，按照“安全、經濟、施工方便”的原則，結合類似工程施工經驗，本工程采用放坡土釘墻素噴處理?？觾韧獠捎蒙罹邓?，坑外深井間距約15～20m，坑內深井間距約25m，電梯井處均設置深井保證電梯井深坑的降水。

2破壞情況調查

本工程主體結構已經結頂，但由于現場用地情況較為緊張。施工單位將地下室頂板作為鋼筋加工場地使用，并未進行頂板覆土，地下室四周則已經回填完畢。

2009年11月8日開始連續(xù)降雨天氣，11月13日早晨檢查中發(fā)現，A區(qū)地下車庫中部分混凝土構件及墻體發(fā)生拉裂或被擠壞現象。底板及頂板產生明顯隆起，通過沉降觀測得到最大上浮量達到54cm。從觀測數據和直接觀察顯示，變形和裂縫的開展比較規(guī)律，縱橫向中間為上浮最高點，并向四周逐漸減小，柱頭及柱腳裂縫沿A區(qū)地下車庫中心線（東西向）對稱分布，梁裂縫僅在地下室與主樓交接跨處產生。梁、板、柱的混凝土破壞導致頂板多處滲水。B區(qū)域地下室沒有發(fā)生任何上浮情況。

本工程由于地下室底板局部發(fā)生上浮，造成框架梁柱板混凝土被拉裂，并且集中在受力最大的框架節(jié)點處。雖然裂縫寬度較小，沒有造成結構毀滅性的破壞，但大量的裂縫，特別是集中在框架節(jié)點處的裂縫，造成框架梁柱在裂縫位置的抗剪能力被嚴重削弱，框架節(jié)點處的剛度被削弱，使混凝土框架節(jié)點嚴重偏離剛性假設，結構實際的抗震模型與設計計算的假設偏差較大。地下室頂板、柱、梁及梁柱節(jié)點均出現了明顯裂縫，并出現了滲水現象。而明顯出現滲水現象的地方主要位于7-4軸與7-V軸交接處，也正是初步判斷為地下室局部上浮的部位。具體圖片如下：

3上浮原因分析

3.1 設計過程中可能存在的原因造成地下室上浮

3.1.1. 地下室最高抗浮水位的選取

本工程設計過程中選取的抗浮設防水位為5.6m（黃海高程），而室外地坪標高為6.20m（黃海高程），在計算時，考慮了地下室頂板上層覆1.5m土。而現場實際情況發(fā)生變化，設計時對現場情況估計不足，選取的抗浮設防水位沒有按照最不利的考慮。

按照相關規(guī)范的要求，對地下室或地下構筑物，其設防水位可按歷年最高地下水位設計，而本工程設計過程中按照地質勘測單位提供的地下抗浮設防水位進行的計算，地質勘測單位只是根據勘測數據確定的設防水位，并未按照要求，對該處地下水位的歷史數據進行分析、論證，而恰恰該處地處錢塘江邊，地下水位變化明顯。

而本工程事故發(fā)生時，主樓已經結頂，A區(qū)地下室頂板未按要求及時覆土。由于地下室周邊抽水不及時，造成雨水積聚。實際水位遠超過本該按照地下室頂板計算的地下水位，故地下水位應取值出現偏差。造成地下水所產生的浮力實際值比設計值提高了123%。

地質勘測過程中對地下水位的考慮失誤，設計過程中沒有對勘測數據進行論證，直接采用，造成計算時抗浮情況與現場實際情況發(fā)生了偏差。這也可能是造成抗浮失敗因素之一。

3.1.2.地下室預應力管樁的端頭板強度不足

根據文獻[1]中的相關公式計算，得到20mm厚端頭板所承受的強度為629kN。而設計單位在設計時沒有計算此項，而此項經計算為此項目預應力管樁的控制因素，此結果為最不利因素。

設計單位經計算，將抗拔樁的抗浮承載力標準值確定為700kN，而實際情況經計算，不滿足設計要求。

3.1.3. 預應力管樁樁頂與承臺連接控制的樁抗拔承載力不足

本工程預應力管樁，大部分采用截樁工藝，小部分采用在端頭板上焊接鋼筋，錨入承臺。錨入承臺的鋼筋，設計聯(lián)系單上明確采用7Φ20，錨固長度按照相關圖集。錨入承臺的鋼筋經過計算，能夠承受的拉力設計值為：659kN，小于設計單位確定的抗浮承載力標準值700kN。

3.2 施工過程中存在的原因造成地下室上浮

3.2.1.地下室頂板未覆土，壓重情況與設計計算存在偏差

本工程設計院設計師的整體思路是地下室頂板及側墻邊回填土完全完成后，由頂板覆土自重加上結構自重，平衡一部分水浮力。所缺部分荷載，采用預應力管樁進行抗浮。

然而施工時，由于現場場地狹小，將地下室頂板作為了鋼筋加工場地，為了施工方便提前將地下室四周進行回填土，且回填土質量不好。這樣就形成了一個周邊高，中間低的現實情況，由于已經完成了溫度后澆帶的澆筑，在雨季來臨的時候，造成地下水、地表水向此處匯集，而排水措施相對不利，短時間內形成一個小池塘。

這樣就造成了設計人員的抗浮設計結果與現場實際情況存在了不小的偏差。

3.2.2.施工時預應力管樁作為抗拔樁，可能存在的問題

預應力管樁作為抗拔樁，有著一定的優(yōu)勢，這種樁基成本低廉、施工速度快，經濟效益明顯。

但其缺點也非常明顯，而本工程采用的預應力管樁作為抗浮樁可能存在著的一些問題。

（1）.預應力管樁接頭處焊接質量可能存在的問題

預應力管樁的接頭處，是將兩節(jié)管樁的端板進行焊接的過程。焊接的過程中焊縫的質量要求較高，現場的情況較為復雜。制約焊縫質量的因素很多。如預應力管樁垂直度不夠，在調整垂直度時造成端板間縫隙過大，焊縫的飽滿程度不夠；焊縫焊接完成后，自然冷卻時間不夠直接進行壓樁，造成焊縫驟然遇冷產生脆裂；預應力管樁端板處焊接后，基本無防腐措施，造成接頭處耐久性差等情況。

（2）.預應力管樁與承臺連接處，可能存在的問題

預應力管樁與承臺連接處，存在兩種情況：一種情況為預應力管樁截樁后，采用灌芯處理。一種情況是不采取截樁措施，在預應力管樁端板上焊接鋼筋錨入承臺中。本工程抗浮樁兩種形式都有涉及到，第一種情況偏多，在施工過程中，鋼筋的焊接、混凝土灌芯的質量保證都很容易出現問題，導致抗浮樁與承臺脫開，造成抗浮失敗。

3.地下室周邊回填土的填料質量與壓實質量存在缺陷

本工程在地下室頂板混凝土澆筑完成后，施工單位對地下室四周進行了回填土，沒有對回填土的本身質量進行嚴格控制。

在回填時，采用了部分建筑垃圾和淤泥質粘土，回填土的本身材質不符合要求，其含水率和透水性較強。同時也沒有進行分層夯實，為地表水提供了滲入地下室的通道，地表水滲入量較大，加劇了地下室上浮。

地下室的側壁采用了JS防水涂料，本意是防止地下水滲入地下室，但在地下室上浮的過程中，降低了地下室外墻與填土之間的摩擦阻力，對地下室的抗浮也是很不利的。

4結論

根據上述案例分析，絕大多數地下室上浮的原因都可歸結于設計階段的考慮不周和施工環(huán)節(jié)的疏漏造成。在此總結，對今后各設計院地下室抗浮設計的計算方法及施工過程中的注意事項有一定的現實意義：

1、 設計階段抗浮水位的選取，需要格外慎重，應以項目當地洪水位標高或者小區(qū)內汽車坡道入口處標高作為抗浮水位的計算值。

2、 預應力管樁的端頭板焊接強度計算、預應力管樁與承臺連接處的強度計算，往往被設計院忽略。

3、 設計院抗浮計算都是基于項目整體完成后的工況，而地下室上浮往往是在施工過程中發(fā)生。是因為施工過程中的受力工況與設計階段考慮的工況不同。這點需要設計院更多考慮到施工方面的因素，而施工階段也要嚴格按照設計的要求來施工。

4、 地下室四周回填土的質量及施工流程也至關重要，施工單位往往因為成本、工期的因素，采用回填建筑垃圾或淤泥等不符合要求的回填材料。同時，也很難按照要求分層回填，保證回填后的壓實系數。

參考文獻：

[1]中國建筑標準設計研究院. 10G49. 預應力混凝土管樁. 北京. 中國計劃出版社，2010