地下車庫抗浮分析及加固

張維秀 翟 勇 樸東杰 張元琦 中國石油集團(tuán)東北煉化工程公司 沈陽 110000張福軍 吉林市晟榮工程公司 吉林 132000

某地下兩層大型停車庫，平面圖見圖1。主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，與地上高層和多層建筑連為一體，施工時設(shè)后澆帶。設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度。承重結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級均為C35，外墻面、底板采用防水混凝土，抗?jié)B等級P8，鋼筋采用HRB335和HRB400級鋼筋。

圖1 車庫平面布置圖

主體結(jié)構(gòu)施工完成后，封閉后澆帶并撤掉井點(diǎn)降水后不久，發(fā)現(xiàn)地下車庫底板出現(xiàn)鼓漲和開裂，地下水劇烈涌出，地面大量積水，底板處于浸泡狀態(tài)。

為防止底板上鼓的繼續(xù)發(fā)展，建設(shè)單位在底板上堆滿砂土，集水坑處用幾臺大功率水泵全天向外抽水。由于處理及時得當(dāng)，底板上鼓的幅度不再擴(kuò)大。經(jīng)檢查底板頂面最大裂縫寬度為1.0mm;負(fù)二層頂板也出現(xiàn)了裂縫，但較底板輕得多。

1 水文地質(zhì)資料

場地內(nèi)巖土組成為雜填土 (層厚0.5～5.5m)、第四系全新河流沖積形成的粘性土 (層厚0.5～8.2m)、砂類土 (層厚0.2～6.4m)、碎石類土 (本次揭露最大厚度8.6m)，下伏花崗巖 (本次揭露最大厚度11.8m)。上層滯水埋藏于雜填土中，潛水埋藏于砂類土、卵石土層中，抗浮設(shè)計水位187.340m。該場地建筑物基礎(chǔ)埋置于粉砂層之下的卵石層中。

2 原設(shè)計抗浮能力驗(yàn)算

2.1 整體抗浮驗(yàn)算

為查明事故原因，按原設(shè)計圖紙對地下車庫的整體抗浮和底板的局部抗浮承載力進(jìn)行驗(yàn)算。抗浮計算剖面見圖2。

圖2 抗浮計算剖面圖

由于該工程平面面積很大，雖然地面上的多層和高層建筑對其抗浮有一定作用，但對遠(yuǎn)離高層建筑部位的影響很小。因此根據(jù)結(jié)構(gòu)布置情況，選取具有代表性結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行整體抗浮計算，即取8.400m×8.100m柱網(wǎng)為一個計算單元，見圖3。

圖3 代表性結(jié)構(gòu)計算單元圖

抗浮水位標(biāo)高為187.340m，地下車庫建筑層高為:4.450和4.200m，地下二層底板板底標(biāo)高為－10.250m，相當(dāng)于絕對標(biāo)高181.550m，地下二層頂板空心樓蓋的空心率為35%，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件均折算成混凝土樓板厚度，并計算出單位面積荷載，結(jié)果見表1。

表1 代表性結(jié)構(gòu)單元折算混凝土板厚及自重

根據(jù)表1，本工程代表性結(jié)構(gòu)單元單位面積自重標(biāo)準(zhǔn)值為38.56 kN/m2，抗浮穩(wěn)定性應(yīng)滿足:

式中，k為整體抗浮穩(wěn)定安全系數(shù);Gk為建筑自重標(biāo)準(zhǔn)值，kN;Nw為水浮力標(biāo)準(zhǔn)值，kN;kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)1、2整體抗浮安全系數(shù)取1.05。

本代表性單元現(xiàn)有抗浮重量可承載的水位高度:

車庫負(fù)二層底板底絕對標(biāo)高為181.550m，經(jīng)整體抗浮承載力計算，地下車庫代表性單元可承載的水位絕對標(biāo)高為185.220m，不能滿足現(xiàn)有水位標(biāo)高185.580m抗浮要求，更不滿足抗浮設(shè)計水位187.340m的抗浮要求。

2.2 現(xiàn)有水位標(biāo)高底板承載力驗(yàn)算

本文按照現(xiàn)有水位185.580m采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計算底板內(nèi)力。根據(jù)文獻(xiàn)3，結(jié)構(gòu)計算時取地下水浮力分項(xiàng)系數(shù)為1.4，計算結(jié)果見表2。

表2 底板現(xiàn)有水位配筋計算結(jié)果

表2結(jié)果表明，在現(xiàn)有水位標(biāo)高185.580m時，該工程底板的支座實(shí)配鋼筋不足，底板的承載力不滿足規(guī)范要求，導(dǎo)致底板該部位開裂。

3 解決方案及建議

3.1 整體抗浮能力不足的解決方案

結(jié)合底板承載力不足問題，考慮工程經(jīng)濟(jì)性、使用功能和施工可行性等因素，建議增加500mm底板厚度，同時上覆土層由700mm增加到1000mm(需另外復(fù)核頂板承載力)，以解決車庫整體抗浮能力不足的問題，負(fù)二層凈高為3.38m，不影響使用。計算結(jié)果見表3。

根據(jù)表3，采取措施后，本工程代表性單元單位面積荷載為60.68 kN/m2，結(jié)構(gòu)可承載的水位高度:

經(jīng)整體抗浮承載力計算，地下車庫代表性單元可承載的水位絕對標(biāo)高為187.35m，滿足抗浮水位187.340m的抗浮要求。

表3 采取措施后代表性單元折算混凝土板厚及自重

3.2 底板抗浮承載力不足解決方案

在原有底板上增加500mm厚C35鋼筋混凝土板，原有底板表面采用機(jī)械鑿毛，新舊混凝土之間刷混凝土界面劑，軸線上布設(shè)錨筋，確保新舊混凝土共同工作。同樣采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計算，在抗浮設(shè)計水位187.340m時的配筋計算結(jié)果見表4。可見，在原有底板上增加500mm底板后，原有的底板板底鋼筋足夠，只需在新增的底板上部配Φ16@150即可滿足。裂縫驗(yàn)算結(jié)果見表5，滿足三級防水裂縫要求。

3.3 防水問題

根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，該地下車庫防水等級為三級，在防水混凝土基礎(chǔ)上還應(yīng)設(shè)置一層附加防水。由于原設(shè)計的外部柔性防水已破壞，待底板補(bǔ)強(qiáng)完成后，外墻及底板內(nèi)涂刷水泥基滲透結(jié)晶材料作為附加防水層。

4 結(jié)語

(1)該工程平面面積很大，地面上的多層和高層建筑自重對代表性結(jié)構(gòu)單元整體抗浮作用有限，從而使得代表性結(jié)構(gòu)單元抗浮重量不足，造成整體上浮。

(2)車庫底板的支座配筋不足，地下車庫底板的局部抗浮承載力不滿足要求，導(dǎo)致底板該部位開裂。

表4 加固底板后按抗浮設(shè)計水位配筋計算結(jié)果

表5 加固底板后按抗浮設(shè)計水位裂縫驗(yàn)算結(jié)果

(3)加固方案建議采取綜合措施，上部增加覆土厚度，底板加固500mm厚，解決整體抗浮不足問題;加固底板上層布設(shè)Φ16@150鋼筋網(wǎng)，以解決底板局部抗浮承載力不足問題。

(4)加固完成后，在外墻及底板內(nèi)涂刷水泥基滲透結(jié)晶材料作為附加防水層，以解決防水問題。

1 GB 50007－2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

2 張維秀，姜洪波.地下水位與結(jié)構(gòu)抗浮計算存在的問題［J］.石油化工設(shè)計，2008(2).

3 GB 50021－2001(2009版)，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

4 GB 50108－2001，地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.