矯立超

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司設(shè)計(jì)管理總院，上海 201206）

在現(xiàn)代化建設(shè)中，隨著建筑體量和規(guī)模的增大，地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)用也越來(lái)越多。在地下室結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，工程事故時(shí)有發(fā)生，多與雨季降水量激增、基坑降水不連續(xù)、回填土不及時(shí)等有關(guān)。以上原因通常會(huì)引起地下水浮力大于結(jié)構(gòu)豎向荷載，使地下室整體或局部變形，甚至造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[1]。文章結(jié)合工程實(shí)例，分析地下室結(jié)構(gòu)上浮造成結(jié)構(gòu)損傷的成因與抗浮失效而采取的加固措施，為出現(xiàn)相似工程事故的項(xiàng)目提供了可靠的技術(shù)處理方式。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程地質(zhì)概況

上海某地下室車(chē)庫(kù)上浮區(qū)域面積約3000m2，車(chē)庫(kù)局部區(qū)域混凝土開(kāi)裂。根據(jù)《巖土工程詳勘報(bào)告》表明，擬建場(chǎng)地在61.30m深度范圍內(nèi)的地基土主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成。埋深40m以內(nèi)的土層有第①1層填土、第①2層浜土、第②1層褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土、第②3層灰色粉砂、第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第⑤1-1層粉質(zhì)黏土、第⑤1-2層黏土、第⑤3層粉質(zhì)黏土，第⑤3夾層黏質(zhì)粉土。綜合分析土的成因、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性指標(biāo)，可劃分成7個(gè)主要層次，各層土樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值和抗拔承載力系數(shù)如表1所示。

表1 樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs和樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值fp一覽表

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》（DG J08-37—2012），上海市常年平均地下水水位埋深為0.5～0.7m，低水位埋深為1.5m。

1.2 地下室結(jié)構(gòu)概況

該工程±0.00相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高5.00（吳淞高程），場(chǎng)地地下水屬淺層潛水型，勘察期間地下水埋深為0.50～1.50m（相對(duì)標(biāo)高）。

地下室平面上浮區(qū)域呈不規(guī)則矩形，南北向長(zhǎng)約81.0m，東西方向?qū)捈s57.6m。地下室為1層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用梁板式結(jié)構(gòu)布置。地下室頂板頂面標(biāo)高為-1.50m（相對(duì)標(biāo)高），基礎(chǔ)底板頂面標(biāo)高為-5.60m（相對(duì)標(biāo)高），基礎(chǔ)底板厚400mm，主要框架柱截面尺寸為600mm×600mm，柱網(wǎng)尺寸為7.8m×8.1m、8.1m×8.1m，主要框架梁截面尺寸為600mm×1000mm，頂板厚300mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，地下車(chē)庫(kù)頂板結(jié)構(gòu)完成后覆土厚度為1.5m（設(shè)計(jì)容重按20kN/m3計(jì)算）。

抗拔樁采用邊長(zhǎng)為300mm的預(yù)制方樁，樁長(zhǎng)24m。每根樁均為2節(jié)，樁型為JAZHb-230-1212[2]。樁頂相對(duì)標(biāo)高為-6.350m，樁尖進(jìn)入⑤3層粉質(zhì)黏土。

2 地下室底上浮問(wèn)題分析

該工程于2016年6月21日，發(fā)現(xiàn)地下車(chē)庫(kù)局部出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，最大上浮量為165mm。發(fā)現(xiàn)地下室上浮后，施工方立即組織采取降水處理措施，使地下室上浮力減小，上浮地下室結(jié)構(gòu)回落。至2016年7月5日，地下室剩余上浮量最大值為20mm。

重點(diǎn)關(guān)注初始上浮量≥10mm的18根柱子，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)記錄，18根柱子的初始上浮量（2016年6月21日）與最終剩余上浮量（2016年7月5日）匯總?cè)鐖D1所示。

圖1 初始上浮量與最終剩余上浮量

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)緊急降水處理，使上浮地下室結(jié)構(gòu)回落，但發(fā)生的上浮過(guò)程已對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定損傷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要有以下結(jié)構(gòu)損傷。

（1）柱身45°斜向開(kāi)裂，柱身斜裂縫。其中最為嚴(yán)重的2-3/2-R軸柱，從柱底部向上高約0.6m處有45°斜向貫穿裂縫開(kāi)展，裂縫長(zhǎng)1.4m、寬50.0mm。樁身45°斜向裂縫多見(jiàn)于柱身箍筋未加密區(qū)，損傷如圖2所示。

圖2 柱身45°斜裂縫

（2）梁柱節(jié)點(diǎn)柱端混凝土局部破損，主要表現(xiàn)在地下1層柱頂梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，局部混凝土壓碎、剝落。損傷如圖3所示。

圖3 梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土局部破損

（3）部分柱傾斜。地下1層柱傾斜率為0.0‰～12.7‰，傾斜率大于10.0‰的柱有2根。

通過(guò)分析，該項(xiàng)目加固設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容，第一部分為結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)，以恢復(fù)或提高承載能力；第二部分為復(fù)核原抗浮設(shè)計(jì)，若抗浮設(shè)計(jì)不足或抗浮設(shè)計(jì)已失效，需采取抗浮加固措施。

3 處理措施

3.1 結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)

針對(duì)該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的3種不同損傷，采用合適的加固處理方法，但應(yīng)先參照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）區(qū)分不同裂縫寬度，采取相應(yīng)的措施修補(bǔ)裂縫。

（1）柱身45°斜向開(kāi)裂，采用柱外包鋼加固方法。該方法適用于提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土柱及梁的加固，加固后原構(gòu)件上的混凝土因外包鋼+綴板的約束組合變成三向受力的約束混凝土，構(gòu)件的延性得到提高，且構(gòu)件截面尺寸增加不多，但承載能力和抗震能力可大幅提高，同時(shí)在施工中不需要模板，施工速度較快[3]。

圖4 柱鋼圍套加固

（2）梁柱節(jié)點(diǎn)柱端混凝土局部破損，采用柱鋼圍套加固梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)[4]。柱鋼圍套加固具體如圖4所示。鋼圍套加固的主要原理是在損傷或既有框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的立體式外表面分別張貼單片鋼板，其后通過(guò)焊接將各單片鋼板構(gòu)成一個(gè)外包鋼套，鋼套與內(nèi)部框架節(jié)點(diǎn)的縫隙采用結(jié)構(gòu)膠或無(wú)收縮性水泥灌漿料等予以填充。對(duì)于節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)而言，為保證節(jié)點(diǎn)核心區(qū)繼續(xù)滿足“強(qiáng)柱弱梁”原則，通常會(huì)設(shè)置柱包鋼板長(zhǎng)度大于梁包鋼板長(zhǎng)度。

（3）柱身傾斜較大，需先植筋入柱，后高強(qiáng)灌漿料豎向修補(bǔ)找平，再進(jìn)行柱外包鋼加固[5]。該種損傷加固原理同第一種柱身45°斜向開(kāi)裂，先找平傾斜柱面，后外包鋼+綴板的約束變成三向受力的約束混凝土，構(gòu)件的延性得到提高。

3.2 抗浮加固措施

地下室基礎(chǔ)底板頂面標(biāo)高為-5.600m（相對(duì)標(biāo)高），基礎(chǔ)底板厚為400mm，地下水位按最后設(shè)計(jì)地坪下0.5m計(jì)算（即相對(duì)標(biāo)高-0.5m），地下水位距地下室底板板底高度為5.5m。以典型3樁承臺(tái)下（2-7/2-L）樁為計(jì)算區(qū)格進(jìn)行計(jì)算，單元受力區(qū)格為7.8m×8.1m，混凝土容重取25kN/m3。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2010）第5.4.3條，建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性計(jì)算，基礎(chǔ)抗浮性應(yīng)符合下式要求：

式中：Gk為建筑物自重及壓重之和；Nw,k為浮力作用。

該案例計(jì)算過(guò)程如下：

（2）建筑物自重及壓重之和Gk。①混凝土板自重（底板厚度為400mm，頂板厚度為300mm）。②混凝土梁自 重③柱自重（地下1層凈高3.1m，柱截面尺寸為600mm×600mm）。④覆土自重（按設(shè)計(jì)取值，厚度1.5m，容重20kN/m3）。則Gk1+Gk2+Gk3+Gk4=3196kN。每根樁承受的上拔力為Nt=(3474.9×1.05-3196)÷3=151kN＜355kN（單樁抗拔承載力為355kN，已復(fù)核原設(shè)計(jì)），滿足單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)要求。

由于地下室上浮時(shí)的水位高度資料與樁基質(zhì)量檢測(cè)的資料未獲得，未對(duì)地下室上浮時(shí)的工況進(jìn)行計(jì)算。但上浮過(guò)程中，認(rèn)為初始上浮量較大的部位（柱編號(hào)3-18）原有樁抗拔已失效，仍采取抗浮加固措施。

加固思路：（1）因不同土層對(duì)樁身力學(xué)影響不同，為了避免造成計(jì)算復(fù)雜且造價(jià)較高，該項(xiàng)目加固方法取新增加鋼管樁長(zhǎng)度與原有結(jié)構(gòu)混凝土抗拔樁長(zhǎng)度相同，同為24m。（2）考慮抗拔樁特性，通常樁側(cè)摩阻力占單樁抗拔承載力比例較大（該項(xiàng)目原抗拔樁樁側(cè)摩阻力占單樁抗拔承載力約為92%），認(rèn)為單樁抗拔承載力與樁周長(zhǎng)有直接關(guān)系。根據(jù)等周長(zhǎng)代換的原則，確定新加鋼管樁結(jié)構(gòu)參數(shù)（直徑、壁厚），該項(xiàng)目新加鋼管樁可取外徑245mm、壁厚10mm鋼管。

基于以上加固思路，同時(shí)考慮原有結(jié)構(gòu)混凝土抗拔樁自重與新增鋼管樁自重差，確認(rèn)新加樁數(shù)滿足原有樁的力學(xué)要求。

以原有承臺(tái)下2樁為例進(jìn)行驗(yàn)算。單根原混凝土抗拔樁周長(zhǎng)為300×4=1200mm，2根抗拔樁周長(zhǎng)為1200×2=2400mm，單根新增鋼管樁周長(zhǎng)為245×π=769.3mm。2樁需替換鋼管樁根數(shù)為2400÷769.3=3.11，取3根?？紤]樁自重差，取3根滿足原有抗拔要求。

同理，可以確定計(jì)算承臺(tái)下3樁、4樁的情況。3樁需替換鋼管樁根數(shù)為3600÷769.3=4.68，取5根；4樁需替換鋼管樁根數(shù)為4800÷769.3=6.24，取6根?？紤]樁自重差，取6根滿足原有抗拔要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目的完成，為地下室抗浮處理及結(jié)構(gòu)上浮造成的結(jié)構(gòu)損傷等問(wèn)題提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的加固處理方法，具有較好的推廣效應(yīng)和使用效果[6]。