趙劍劍,李植茂

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310012;2.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司,浙江 杭州 310012 )

為有效利用地下空間,如地下車庫、地下商場及地鐵等,地下建筑對地下空間的利用不斷向深度發(fā)展。近年來,一些沿海地區(qū),地下水位較高,地下土層含水量豐富。因此,工程建設(shè)工期較長。當(dāng)遭遇強(qiáng)降雨天氣時(shí),大量的地表水在短時(shí)間內(nèi)涌入地下,使地下水位快速升高。如果降水措施及抗浮措施不到位,由地下水浮力所造成上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損、傾斜變形的事故時(shí)有發(fā)生,給人民群眾造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。地下室抗浮與加固問題日益突出,有必要對地下室抗浮與加固進(jìn)一步進(jìn)行研究,以減少或避免此類事故發(fā)生。

1 工程概況

某項(xiàng)目由若干幢高層住宅房屋組成,地下一層為地下室,建筑面積約為36 000 m2。地下室建筑結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),柱網(wǎng)尺寸為8.4 m×6.6 m或8.4 m×6.0 m,頂板厚為300 mm。地下室基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ),柱下布置直徑為150 mm抗拔錨桿?；A(chǔ)底板厚為400 mm,底板面高程為35.250 m,底板面層為80 mm厚細(xì)石混凝土。頂板結(jié)構(gòu)面高程為39.65 m,室外地坪高程為41.30 m,地下室頂板覆土厚度為1.65 m。查看巖土勘察報(bào)告,建議抗浮設(shè)防水位按室外設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高以下0.5 m取值。目前,主體結(jié)構(gòu)已封頂,除主樓其余地下室頂板尚未覆土。

2020年1月初,地下室局部區(qū)域出現(xiàn)上浮,上浮面積約為5 000 m2,部分梁、柱出現(xiàn)開裂。為了較為全面分析上浮區(qū)域地下室的安全性及為加固方案提供數(shù)據(jù)支撐,對梁柱的混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置及相關(guān)構(gòu)件的開裂情況進(jìn)行檢測。經(jīng)過綜合分析與計(jì)算,對受損的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固。

2 檢測方案和實(shí)測結(jié)果

2.1 檢測方案

1)回彈法檢測構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度。按照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23—2011)的相關(guān)規(guī)定,對每個(gè)構(gòu)件選取不少于10個(gè)測區(qū)進(jìn)行回彈檢測?；貜棞y量完畢后,在有代表性的測區(qū)上測量碳化深度值。根據(jù)測試結(jié)果,對每個(gè)構(gòu)件的現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度推定值進(jìn)行計(jì)算。

2)梁柱截面尺寸、鋼筋配置情況抽檢。采用鋼卷尺和喜利得鋼筋探測儀檢測梁柱的截面尺寸及鋼筋配置等實(shí)際偏差是否符合設(shè)計(jì)要求及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2015)[1]等現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

3)地下室頂板板底鋼筋配置抽檢。采用喜利得鋼筋探測儀檢測板底的鋼筋配置是否符合設(shè)計(jì)要求及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2015)等現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

4)全面查勘結(jié)構(gòu)開裂及損傷情況。采用裂縫測寬儀檢測裂縫的位置、長度、寬度、深度、形態(tài)與數(shù)量等。

2.2 檢測結(jié)果

1)現(xiàn)場抽檢上浮區(qū)域內(nèi)部分柱和頂梁的混凝土抗壓強(qiáng)度。抽檢結(jié)果表明： 現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為35.1～42.4 MPa,滿足C35的原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級要求。

2)所檢梁柱截面尺寸、主筋數(shù)量滿足設(shè)計(jì)要求,所檢梁柱箍筋間距合格率為91.3%(>90%),滿足要求。

3)所檢頂板板底鋼筋間距合格率為92.9%(>90%),滿足要求。

4)現(xiàn)場共計(jì)37個(gè)梁、柱受損,柱受損位置主要集中在柱頂梁底下方區(qū)域,角部受壓區(qū)表層混凝土壓潰,如圖1所示。受拉區(qū)混凝土開裂[2],測點(diǎn)處水平裂縫寬度為0.08～1.0 mm,裂縫寬度從上到下逐漸變小,如圖2所示。柱底局部部位存在水平裂縫,測點(diǎn)裂縫寬度為0.12～0.54 mm。梁受損位置主要集中于靠近梁端區(qū)域,豎向裂縫,測點(diǎn)裂縫寬度為0.22～1.02 mm,寬度從梁端向跨中逐漸變小[3],如圖3所示。

圖1 角部受壓區(qū)混凝土壓潰

圖2 柱頂水平裂縫

圖3 梁端豎向裂縫

3 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算及開裂分析

3.1 不同工況下抗浮穩(wěn)定性復(fù)算

按現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對地下室結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)算。

1)使用階段抗浮驗(yàn)算。使用階段(覆土后)該地下室抗浮計(jì)算見表1,基本柱網(wǎng)尺寸取值為8.4 m×6.6 m,地下室底板板底面為黃海高程35.25 m,經(jīng)巖土勘察報(bào)告建議抗浮設(shè)防水位按室外設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高以下0.5 m取值,底板浮力取值55.5 kN/m2,上浮荷載為55.5×8.4×6.6=3 076.9 kN。在考慮覆土的情況下,該地下室抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算基本滿足規(guī)范要求[4]。

表1 覆土后抗浮驗(yàn)算參數(shù)

2)當(dāng)前階段抗浮驗(yàn)算。當(dāng)前階段(覆土前)該地下室抗浮計(jì)算相關(guān)參數(shù)見表2,抗浮設(shè)防水位按結(jié)構(gòu)頂板面取值,底板浮力取值44.0 kN/m2,上浮荷載為44.0×8.4×6.6=2 439.4 kN。覆土前該地下室抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。

表2 覆土前抗浮驗(yàn)算參數(shù)

3.2 開裂原因分析及處理意見

由以上計(jì)算可知,在地下室考慮覆土的情況下,抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算基本滿足規(guī)范要求;覆土前該地下室抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。因施工期間連日暴雨后地下水位上升,且純地下室區(qū)塊頂板未進(jìn)行覆土,同時(shí)相應(yīng)降水措施未使地下水位控制在基礎(chǔ)底板以下,導(dǎo)致純地下室自重不足以抵抗水浮力的作用而上浮,故在純地下室與主樓交接的區(qū)域或荷載存在變化的區(qū)域,部分梁柱受拉、壓、扭共同作用造成開裂或混凝土局部破壞。

混凝土結(jié)構(gòu)由于裂縫、混凝土壓潰等損傷的出現(xiàn),其承載力受到不利影響,構(gòu)件安全性有一定程度降低。從房屋的正常使用和安全性考慮,建議對受損構(gòu)件進(jìn)行裂縫封閉處理并采取加固處理措施。

4 地下室局部加固設(shè)計(jì)方案

4.1 柱構(gòu)件加固

對角部受壓區(qū)表層混凝土壓潰、水平裂縫較大較多的柱,鑿除表面疏松的混凝土后用聚合物砂漿修補(bǔ)至設(shè)計(jì)截面。再按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB 50367—2013)[5]的要求,對裂縫寬度大于0.2 mm的裂縫,采用注射法進(jìn)行修補(bǔ),以一定的壓力將低黏度、高強(qiáng)度的改性環(huán)氧樹脂類修補(bǔ)膠液注入裂縫腔內(nèi),裂縫修復(fù)完成后用黏鋼法進(jìn)行加固處理,如圖4所示。外黏型鋼加固時(shí)應(yīng)將原構(gòu)件截面的棱角打磨成圓角,用鋼絲刷將鋼構(gòu)件與混凝土接觸的內(nèi)表面進(jìn)行除銹拋光處理,用空氣吹凈;型鋼安裝焊接完畢后再在焊接部位進(jìn)行防銹處理。

圖4 柱黏鋼法加固

對損傷較輕的柱(僅有少數(shù)水平裂縫)進(jìn)行粘貼碳纖維法加固,如圖5所示。用鐵刷子清除粘貼處的石灰抹面,用磨光機(jī)或砂質(zhì)清除粘貼處混凝土表面的浮漿,用清洗劑把混凝土表面擦洗干凈,確保粘貼處混凝土表面平整、干燥,再均勻地涂刷一層膠黏劑,把碳纖維布平鋪在干凈的地方并均勻地涂刷一層膠黏劑,用硬滾動(dòng)碾子從中心向四周多次碾壓碳纖維布,清除黏貼面里的空氣。碳纖維多層粘貼時(shí)要分層進(jìn)行粘貼,后一層粘貼應(yīng)在前一層的膠黏劑干燥后進(jìn)行[6-8]。

4.2 梁構(gòu)件加固

加固前應(yīng)先對梁裂縫進(jìn)行封閉處理,對受損梁采用增大截面法或黏鋼法加固。

1)增大截面法,如圖6所示。新老混凝土結(jié)合面應(yīng)鑿毛,使其有足夠的摩擦和黏聚力,混凝土澆筑前應(yīng)將老混凝土表面清洗干凈,還應(yīng)涂刷結(jié)構(gòu)界面膠。混凝土澆筑前應(yīng)對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分濕潤,混凝土澆筑后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

圖5 柱粘貼碳纖維法加固

圖6 梁增大截面法加固

2)黏鋼法,如圖7所示。

圖7 梁粘鋼法加固

5 結(jié)論

通過對某實(shí)際工程地下室上浮區(qū)域的全面檢測與勘查,復(fù)算使用階段(覆土后)和當(dāng)前階段(覆土前)的地庫抗浮穩(wěn)定性。覆土前純地下室自重不足以抵抗水浮力作用而上浮,在純地下室與主樓交接區(qū)域,部分梁柱受拉、壓、扭共同作用,造成開裂或混凝土局部破壞。地下室考慮后期覆土后,抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算基本滿足規(guī)范要求。

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特性及受損程度不同,采用粘鋼法、粘貼碳纖維法、增大截面法等加固措施,可以有效提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和抗變形能力。工程修復(fù)處理完成后使用至今,經(jīng)歷多次暴雨天氣的考驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)任何異常的上浮或變形。本工程的分析結(jié)果可作為類似檢測及加固項(xiàng)目的借鑒,為檢測、設(shè)計(jì)人員在類似工程中提供參考依據(jù)。