何志鋒，錢 銘，吳生祥

（甘肅土木工程科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

隨著城市的高速發(fā)展，地下建筑物越來越多，地下建筑物的抗浮問題也越來越突出。由于地下水浮力造成的地下結(jié)構(gòu)上浮的事故越來越多。如佛山市永豐大廈地下室底板上拱達 20 cm［1-2］，采用錨桿和增厚地下室底板的方法進行永久抗浮加固，加固效果明顯。深圳市寶安區(qū)某地下建筑未及時覆土而造成上浮一天內(nèi)最大上浮量達 5 cm。分析以上事故，結(jié)合本實例，闡述上浮后結(jié)構(gòu)的檢測鑒定、上浮原因分析、解決上浮結(jié)構(gòu)的處理方法，給類似工程以參考借鑒。

1 工程概況

某建筑為地下一層。該工程結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板柱—剪力墻結(jié)構(gòu)?？傞L為 92.75 m，寬度為 58.93 m。層高為 6.55 m，頂板標高為 -0.400 m，底板頂標高為 -6.950 m。頂板厚度為 350 mm，總建筑面積為4 677.57 m2。基礎(chǔ)型式為筏板基礎(chǔ)+局部下柱墩，筏板基礎(chǔ)厚度為 500 mm，下柱墩厚度為 800 mm。持力層為泥巖層。本工程場地地層自上而下依次為①雜填土，層厚 0.60～1.30 m；②粉質(zhì)黏土層，厚度 3.20～4.10 m；③圓礫層層厚度 1.30～1.90 m；④泥巖層組成。地下水存于②粉質(zhì)黏土層下部和③圓礫層中，地下水類型屬潛水。地下水位埋深介于 4.20～4.80 m，水位標高介于 1 574.00～1 574.90 m。水位變幅 1.00 m?？垢∷? 575.90 m。

2 地下室上浮結(jié)構(gòu)檢測

2.1 結(jié)構(gòu)上浮變形觀測

采用經(jīng)緯儀對地下結(jié)構(gòu)上浮變形進行觀測，從觀測結(jié)果可知，建筑物最大上浮量為 229 mm。地下室上浮狀態(tài)中間大、四周小，呈現(xiàn)“鍋底”狀。上浮情況如圖 1 所示。

圖1 地下室柱上浮變形分布圖（單位：mm）

2.2 結(jié)構(gòu)損傷檢測

該工程在主體完工停止降水后出現(xiàn)整體上浮，上浮最高點達到 229 mm，造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。通過對結(jié)構(gòu)進行檢測，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷主要有如下幾個方面。

1）框架柱柱底、柱頂和柱帽出現(xiàn)水平裂縫、斜向裂縫（見圖 2～3）。裂縫最大寬度為 1.8 mm，已超過 GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2015 版）規(guī)定的最大裂縫寬度 0.3 m m 的限值要求，已大于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》規(guī)定的混凝土構(gòu)件不適于繼續(xù)承載的裂縫寬度 1.05 mm 的限值。

圖2 框架柱頂裂縫

圖3 柱帽裂縫

2）部分填充墻體出現(xiàn)通常斜裂縫。

3 地下室上浮分析

3.1 原地下室抗浮設(shè)計調(diào)查

本工程基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)+局部下柱墩，抗浮采用結(jié)構(gòu)自重和上部的覆土來抵抗地下水浮力。筏板厚度為 500 mm，筏板下為 60 mm 厚保護層（40 mm 厚混凝土保護層 +20 mm 厚水泥砂漿保護層），保護層下為 200 mm 厚混凝土墊層，地下室頂板厚度為 350 mm，覆土厚度為 500 mm。

3.2 地下室施工情況調(diào)查

地下室施工在初始階段有基坑支護、止水、降水措施，基坑內(nèi)基本無水。地下室主體結(jié)構(gòu)施工和側(cè)壁回填完成后，原有降水措施已基本失效。僅余 2 個降水井可以使用，但未進行降水工作。

事故發(fā)生時，工程所屬區(qū)域正處于降水量較為豐富的豐水期，連續(xù)多次降雨，地下水位急劇上升，且地下室內(nèi)部荷載和頂部覆土等荷載沒有完成，致使地下室水浮力超過結(jié)構(gòu)實際自重。

3.3 地下室整體抗浮驗算

根據(jù) GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》［3］第 5.4.3 條規(guī)定，建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時應(yīng)進行抗浮穩(wěn)定驗算，一般情況下抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)取 1.05。2009 JSCS－2－3《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——結(jié)構(gòu)》（地基與基礎(chǔ)）進行設(shè)計荷載和現(xiàn)場實際荷載兩種工況下的結(jié)構(gòu)整體抗浮穩(wěn)定安全性驗算，驗算結(jié)果如表 1 所示，工況 Ⅰ 和 Ⅱ 的整體抗浮穩(wěn)定安全性系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，必須采取抗浮加固措施。

3.4 地下室上浮原因分析

設(shè)計階段抗浮設(shè)計考慮不足，未能考慮豐水期地下水位變化情況，地下室結(jié)構(gòu)自重和覆土自重小于水浮力，導致地下室出現(xiàn)不同上浮起拱變形。

表1 工況 Ⅰ、Ⅱ 整體抗浮穩(wěn)定安全性驗算

施工階段，在地下室主體結(jié)構(gòu)完成后，地下室側(cè)壁已回填，原有降水措施已基本失效，未進行降水工作，豐水期地下水位上升，引起地下室出現(xiàn)不同上浮起拱變形。

4 地下室抗浮加固處理

4.1 應(yīng)急抗浮處理措施

為降低上浮對該地下室的影響并預(yù)防其進一步發(fā)展，現(xiàn)場啟用剩余 2 個降水井進行降水。為減輕地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力，防止構(gòu)件的進一步破壞，現(xiàn)場在地下室底板上開孔放水，減小地下室底板的水壓力。

4.2 抗浮加固措施

抗浮常用的措施有：①增加結(jié)構(gòu)配重法抗浮。包括增加覆土荷載、增加結(jié)構(gòu)自重和邊墻荷載等 3 種方式。通過增加結(jié)構(gòu)配重，使得結(jié)構(gòu)荷載大于水浮力。該方法一般用于埋深較淺、上浮力較小的情況，或用于自重與上浮力相差較小的情況。②抗浮錨桿法?？垢″^桿依賴于土層與錨固體之間的粘結(jié)強度提供抗拔承載力，抵消水浮力。③設(shè)置抗拔樁抗浮?？拱螛吨饕客馏w與樁側(cè)壁摩阻力提供的抗拔力，從而克服水浮力。④基礎(chǔ)底板下釋放水浮力抗浮。在基底下方設(shè)置靜水壓力釋放層，使基底下的部分水浮力釋放。

從上面的分析可以看出，解決本工程上浮的方法有以下 3 種。

1）采用增加固結(jié)構(gòu)配重法進行抗浮加固，經(jīng)計算，單純采用增重法加固，需要增加約 850 mm 鋼筋混凝土板，加在地下室頂板，會導致原有頂板承載力不足，且加固難度較大，費用較高；加在底板頂面，則影響底板承載能力，且減小了地下室凈空，破壞了建筑原有功能。

2）采用抗浮錨桿法進行加固，能夠?qū)⒌叵率医Y(jié)構(gòu)上浮部位拉回原位，對建筑物的使用空間和功能沒有影響，且加固原理簡單明確，原結(jié)構(gòu)地下一層層高較高，施工條件較好，施工難度不大。但抗浮錨桿布置過密，鉆孔會對筏板承載能力產(chǎn)生影響，底板上的孔洞難以封堵，錨頭會滲水。

3）采用抗拔樁法進行加固。由于地下室結(jié)構(gòu)頂板已經(jīng)施工完畢，施工機械難以進入展開作業(yè)。

因此，經(jīng)過上述分析及綜合考慮使用性、經(jīng)濟性、工期等因素，并結(jié)合本工程特點。本工程加固以抗浮錨桿加固為主，增重法為輔的做法，即通過抗浮錨桿加固抵消大部分水浮力，然后在筏板頂部新增疊合層，抵消小部分水浮力，且不影響原結(jié)構(gòu)承載力，并起到封閉錨桿端頭的作用。

4.3 地下室永久抗浮加固措施

本工程首先采用抗浮錨桿對地下室進行抗浮加固。錨桿桿體選用φ32 螺紋鋼筋，錨桿孔直徑 110 mm，錨桿漿體采用 M30 水泥砂漿，錨桿錨固段有效錨固長度為 7.5 m，錨桿自由段長度 5.26 m。總共設(shè)置 430 根抗浮錨桿。在原結(jié)構(gòu)地下室底板頂面新增設(shè) 300 mm 厚鋼筋混凝土疊合層，鑿毛原底板表面，滿鋪 φ12@200 鋼筋，并采用梅花狀φ10@800 錨筋進行連接?？垢〖庸套龇ㄈ鐖D 4 所示。

圖4 錨桿加固詳圖

4.4 抗浮加固整體穩(wěn)定安全性驗算

根據(jù) GB 50086－2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》第 11.2.4 條整體抗浮穩(wěn)定安全性驗算，并對局部抗浮穩(wěn)定安全性進行驗算。采用抗浮錨桿和增重法整體加固后，地下室整體抗浮穩(wěn)定安全性系數(shù) K 為 3.01，局部抗浮穩(wěn)定安全性系數(shù) K 為 1.44，K＞1.05，符合規(guī)范要求，驗算結(jié)果如表 2 所示。

表2 抗浮穩(wěn)定安全性驗算

5 受損結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固處理

根據(jù)現(xiàn)場損傷情況，對裂縫寬度較小的的砌體填充墻采用封閉裂縫后掛鋼絲網(wǎng)抹水泥砂漿進行加固。對裂縫寬度較大的砌體填充墻采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層法進行加固。對地下室柱帽、柱頂及柱底裂縫寬度 ＞0.30 mm 的裂縫采用注射結(jié)構(gòu)膠法進行修補，并結(jié)合粘貼碳纖維布法進行加固。加固做法如圖 5～6 所示。

圖5 柱頂及柱帽加固詳圖（單位：mm）

圖6 柱底加固詳圖（單位：mm）

6 結(jié)論

本工程進行抗浮加固和地下室構(gòu)件維修補強后，在經(jīng)歷幾個豐水期后，未發(fā)現(xiàn)地下室出現(xiàn)上浮、變形、裂縫及滲水等現(xiàn)象，加固效果良好，能夠滿足建筑物永久抗浮和安全使用的要求，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益［4］。通過本實例，總結(jié)設(shè)計、施工、應(yīng)急處理、檢測和加固處理方面的經(jīng)驗及建議，供類似工程參考。

1）設(shè)計方面。驗算地下水對結(jié)構(gòu)的上浮作用時，原則上按照勘察報告提供的設(shè)防水位計算水浮力，但還應(yīng)根據(jù)當?shù)厮挠^測資料或豐水期最高穩(wěn)定水位情況。綜合考慮和調(diào)整抗浮設(shè)防水位。

2）施工方面。在施工的初期階段應(yīng)嚴格按照設(shè)計和規(guī)范要求采取降水措施，在主體結(jié)構(gòu)完工后，其余荷載未完全加載完成前，應(yīng)保留降水措施，并對地下水位及主體結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測。在所有施工全部完成，并停止降水后，還需對建筑物進行沉降變形監(jiān)測。防止由于天氣突變引起地下水位變化或原設(shè)計對抗浮水位不足等原因，造成結(jié)構(gòu)上浮破壞事故。

3）應(yīng)急處理方面。地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)上浮后，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實際變形、損壞情況，立即采取相應(yīng)的應(yīng)急抗浮處理措施，并應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)的歸位速度和地下水位的下降速率，避免造成結(jié)構(gòu)二次損傷。

4）檢測方面。應(yīng)對上浮結(jié)構(gòu)進行全面、詳細的檢測，對結(jié)構(gòu)上浮情況、構(gòu)件受損部位、損傷程度進行準確檢測和評價，為結(jié)構(gòu)后續(xù)處理提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

5）加固處理方面。上浮結(jié)構(gòu)的加固處理需要考慮上浮結(jié)構(gòu)的復位、結(jié)構(gòu)永久抗浮加固及受損構(gòu)件加固等方面。制定加固方案時，在保證安全可靠的前提下，還應(yīng)考慮對原結(jié)構(gòu)損傷和改變較小，加固方案的經(jīng)濟性、建筑物的使用性等方面?？紤]采用兩種及以上的方式綜合抗浮，提高可靠度。