暴雨過后地下車庫上浮原因分析及處理

中建二局第四建筑工程有限公司 天津 300457

在我國(guó)東部沿海地區(qū)，對(duì)于含有單層或多層地下車庫的工程，盡管在設(shè)計(jì)時(shí)采用了抗拔樁，但是如果在地下車庫頂板沒有回填土?xí)r遇見臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣，加上沒有采取降水措施或降水措施不到位，會(huì)導(dǎo)致地下水位急劇上升。最后地下車庫的總荷載加上樁的抗拔承載力之和小于地下車庫所受到的浮力時(shí)，地下車庫會(huì)局部或者整體上浮，導(dǎo)致地下車庫的框架柱、頂板和底板被破壞。

1 工程概況

背景工程地下車庫建筑面積約1.7 萬m2，為地下1 層，層高為3.4 m，基礎(chǔ)形式為獨(dú)立承臺(tái)+方樁。承臺(tái)厚800 mm，防水底板厚400 mm，柱距為7.8 m×7.8 m，未設(shè)置基礎(chǔ)梁；頂板厚350 mm，除局部地區(qū)外均未設(shè)置框架梁，柱上設(shè)置柱帽，柱帽尺寸2.6 m×2.6 m，厚 800 mm。

建筑場(chǎng)地地層為第四紀(jì)全新世至上更新世濱海平原型沉積土層。主要由黏性土、粉土和砂性土組成。對(duì)該工程施工有直接影響的為淺部土層中的潛水，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水與地表徑流。地下車庫至2013年3月結(jié)構(gòu)全部完成，后澆帶全部封閉完成，車庫頂板回填土未施工。

2 結(jié)構(gòu)的上浮和破壞情況

2013年10月6日至10月8日上海市受“菲特”“和“丹娜絲”雙臺(tái)風(fēng)影響，工程所在地嘉定區(qū)遭遇特大暴雨，10月7日的降雨達(dá)到219.4 mm。大雨過后，發(fā)現(xiàn)車庫中間區(qū)域內(nèi)大部分框架柱與地面和柱帽連接處出現(xiàn)裂縫，部分柱子頂部混凝土破壞。經(jīng)測(cè)量，出現(xiàn)裂縫區(qū)域的車庫底板上浮約50～260 mm。

對(duì)地下車庫所有結(jié)構(gòu)裂縫、破壞情況和底板標(biāo)高進(jìn)行詳細(xì)檢查和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的裂縫、破壞情況和柱子上浮具有以下特征：

（a）位于地庫中部的2 根柱子上浮高度最大，分別為255 mm、250 mm，以這2 根柱為中心向四周方向的柱子上浮高度逐漸減小；

（b）地下車庫上浮范圍內(nèi)柱子大半存在裂縫，裂縫分布在柱頂和柱根部500 mm范圍內(nèi)，柱頂多為橫向裂縫，部分柱頂部四周混凝土出現(xiàn)破碎，柱根多為斜向裂縫，部分柱根部四周混凝土也出現(xiàn)破碎；

（c）地下車庫北側(cè)擋土墻和頂板相交的地方出現(xiàn)貫通性裂縫，車庫頂板撓度最大的地方產(chǎn)生裂縫，雨后出現(xiàn)滲水現(xiàn)象；

（d）地下1層車庫底板頂至頂板底的垂直距離仍為設(shè)計(jì)距離，車庫內(nèi)凈空未發(fā)生變化，車庫頂板和底板整體上浮；

（e）地庫上浮區(qū)域呈現(xiàn)出兩邊低中間高的形狀。其中A-D軸緊挨中間主樓，A-N軸為擋土墻，墻下樁較密，這2 條軸線上的柱子類似簡(jiǎn)支梁的支座，在水浮力的作用下，這2 排柱子中間區(qū)域的車庫整體向上彎曲。具體以上浮高度最大的B-3軸柱子為例，A-N軸為外墻，上浮高度為0 mm，A-D軸處柱子緊鄰地庫內(nèi)主樓，上浮高度為－14 mm，中間的A-J軸處上浮高度則達(dá)255 mm，見圖1。

圖1 B-3軸柱子上浮高度示意

簡(jiǎn)支梁支座所受的支座力較大，所以緊挨著支座處的2 排柱子和墻體受到的破壞較大。

3 結(jié)構(gòu)破壞和上浮原因分析[1-7]

從地下車庫結(jié)構(gòu)的破壞情況，整體上浮出現(xiàn)的時(shí)間、位置進(jìn)行分析，導(dǎo)致車庫局部上浮和結(jié)構(gòu)破壞的原因有以下幾個(gè)：

3.1 受罕見的特大暴雨襲擊，地下水位暴漲

地下車庫位置較低，罕見暴雨過后，大量雨水滲入至車庫底板以下。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，地下車庫底板墊層標(biāo)高以下1.5 m范圍內(nèi)大部分為③t層土，即黏質(zhì)粉土。屬于中等透水層，具有較強(qiáng)的透水能力。地表雨水通過車庫周邊回填土和這層土滲入到地下車庫底板以下，導(dǎo)致地下車庫周邊及底板下的水產(chǎn)生的浮力大于車庫自重、回填土自重和抗拔樁承載力之和，車庫局部地方上浮。

3.2 地下車庫主體完成，后澆帶封閉之后，未進(jìn)行持續(xù)降水

建設(shè)單位為了節(jié)省成本，地下車庫結(jié)構(gòu)施工完畢后，頂板回填土還未回填之前，即要求停止降水，暴雨過后水位暴漲而未采取措施。后澆帶澆筑完成后，地下車庫構(gòu)成一個(gè)大的封閉空間，類似于一個(gè)大船，承受了極大的水浮力。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案欠妥，樁尺寸和抗拔承載力過小

地下車庫框架柱柱距為7.8 m×7.8 m，每根框架柱下邊設(shè)置4 根樁長(zhǎng)16 m、截面尺寸為250 mm×250 mm的樁，單樁抗拔承載力100 kN。建設(shè)單位設(shè)計(jì)部門承認(rèn)由于成本的壓力，在出圖之前經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化時(shí)未考慮施工中不利因素（如大暴雨、回填土未及時(shí)覆蓋、接樁質(zhì)量差等）的影響，預(yù)留的安全余量不夠，導(dǎo)致突發(fā)事情發(fā)生時(shí)，樁的抗拔承載力不能滿足要求。

3.4 設(shè)計(jì)將主樓和地下車庫分開，對(duì)地下抗浮不利

本工程除中間一棟18 層高樓位于地庫之內(nèi)外，其余主樓和地下車庫通過連通口進(jìn)行連接，主樓基礎(chǔ)和地庫的基礎(chǔ)從連通口處斷開，主樓的荷載不能傳遞到地下車庫基礎(chǔ)，對(duì)地下車庫的抗浮產(chǎn)生不利的影響。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果分析，距離地庫中主樓最近的一排柱子沒有出現(xiàn)上浮的情況，證明地庫內(nèi)的主樓對(duì)地庫的抗浮起到有利的作用。

3.5 接樁處施工質(zhì)量差

本工程采用的預(yù)制方樁由2 節(jié)樁組成，2 節(jié)樁通過角鋼搭接焊連接。但在實(shí)際施工過程中，工人采用扁鋼代替角鋼進(jìn)行焊接，加上搭接材料長(zhǎng)度不夠，焊縫不飽滿等因素，此處的焊接質(zhì)量難以保證，接樁處成為預(yù)制混凝土方樁的薄弱環(huán)節(jié)。在水浮力作用下，當(dāng)樁接頭處焊縫的承載力小于軸向力時(shí)，2 節(jié)樁即斷開，導(dǎo)致車庫抗拔承載力下降。

4 處理措施

4.1 地下車庫底板上開孔放水，讓地下車庫回到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置

各參建單位經(jīng)過討論研究后，決定在上浮高度最大區(qū)域的底板后澆帶上開一個(gè)Φ110 mm的泄水孔將地下水排出，讓地下車庫地板回到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

開孔泄水后，地下車庫底板標(biāo)高迅速下降，經(jīng)過2 d之后，地下車庫沉降基本穩(wěn)定。

4.2 地下車庫抗浮加固方案

（a）沉降基本穩(wěn)定后，設(shè)計(jì)單位決定采取在地下車庫頂板上增加荷載的方法抵抗水浮力，避免再次遇到暴雨導(dǎo)致地下車庫上浮。

（b）樁的抗壓承載力經(jīng)過驗(yàn)算后能滿足要求，不再考慮預(yù)制混凝土方樁的抗拔承載力，上浮區(qū)域樁的抗拔承載力按零計(jì)算。

（c）地下車庫頂板增加厚300 mm鋼筋混凝土疊合層，內(nèi)配鋼筋雙層雙向。底板將原厚100 mm混凝土面層改成鋼筋混凝土面層，內(nèi)配鋼筋單層雙向。頂板和底板疊合層均采用高一級(jí)混凝土。

（d）框架柱采用增大截面的方法加固，將原混凝土柱面鑿毛、植筋、支模，澆筑高一級(jí)微膨脹混凝土。

4.3 裂縫處理措施

當(dāng)裂縫為單條細(xì)微裂縫時(shí)，采取注射環(huán)氧砂漿的方式進(jìn)行封堵。當(dāng)裂縫為多條較密集裂縫或混凝土局部出現(xiàn)破損時(shí)，將裂縫或破損處混凝土全部鑿掉，同增大截面處的混凝土一起澆筑。

如果頂板和底板遇見較大的貫穿性裂縫，則將混凝土鑿穿，在新舊混凝土結(jié)合面貼膨脹止水條，然后再與混凝土疊合層一起澆筑。

5 結(jié)語

該工程已經(jīng)嚴(yán)格按照加固圖紙進(jìn)行施工，施工完成之后地下車庫結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)新的裂縫，也未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。該案例告訴我們，在南方地區(qū)施工時(shí)，特別要注意防止地下車庫上浮造成結(jié)構(gòu)的損壞和工期、經(jīng)濟(jì)方面的損失。基坑降水要持續(xù)到回填土完成之后，施工中要隨時(shí)監(jiān)測(cè)地下室的標(biāo)高，一有變化立即處理；樁基施工時(shí)，要嚴(yán)格控制接樁質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到施工過程中的各種荷載情況，保留一定的安全余量。