上浮建筑的處理

□文/田偉 劉杰

上浮建筑的處理

□文/田偉 劉杰

文章以實際工程為例，從上浮建筑的結構特點、上浮原因入手進行詳細分析并介紹了處理方案。

上浮；建筑；處理

1　工程概況

工程位于天津市中心城區，地上3層、地下2層，建筑面積約為5.2萬m2，基礎埋深9.3 m，樁筏基礎，閥板厚600mm、長約300m、寬約50m。抗拔樁選用PCA400預應力混凝土管樁，樁長12.0 m、直徑400 mm、壁厚80 mm，單樁抗拔承載力極限值560kN。

2　結構特點

工程基礎埋深9.3 m；地下部分為一個整體，有139 500 m3的巨大體積，相當于一個航空母艦，水位上升浮力非常大。

3　事故現象

工程主體完成后停止降水，發現部分填充墻體與結構構件出現不同程度的開裂與損傷，根據沉降觀測結果，發現該建筑部分觀測點出現上浮。

為更加準確地判斷，委托國家建筑工程質量監督檢驗中心對其進行檢測鑒定。

4　檢測結果

1）地質雷達檢測結果表明，上浮最大區域內與上浮較小區域內法蘭盤距閥板上表面的高度存在明顯差異。

2）上浮最大區域內樁位處芯樣整體呈青色，底部粘有一層灰色水泥漿，表明芯樣底部存在不同層的混凝土交接面。沿打開的孔洞底部檢查,結果顯示孔洞底面為堅硬混凝土層，該層距閥板基礎上表面約為560 mm。鐵鉤彎折的頭部能伸入孔洞底部周邊，表明孔洞底部一周均存在空隙。空隙上表面始于距閥板上表面530mm處（與芯樣長度吻合），下止于560mm處。此處樁頭與基礎連接在交接面層處存在空隙,空隙高約30 mm。

3）通過雷達掃描與鉆孔檢查相結合的方法對樁頭與基礎閥板的連接情況進行檢測，檢測結果表明，該工程上浮較大區域的樁頭與基礎閥板存在空隙，已經脫開。

5　原因分析

1）選擇預制管樁做抗拔樁有設計缺欠。

2）樁與基礎底板連接有問題，見圖1。

圖1　抗拔樁與基礎連接

單樁抗拔力設計值280 kN、極限值560 kN，與預制管樁點焊連接。經過驗算和施工現場試驗，單樁抗拔力和單根連接鋼筋抗拔力均滿足設計要求。但是，經過計算和調查，設計的這種連接方式只可以抵抗280 kN的抗拔力，當超過設計值時，這種連接就會破壞。

3）降水方面。天津地區地下水位較高，主體結構施工完成就停止降水，根據地質勘察報告，靜止水位為-0.5m，水浮力相當于8.8m。按此計算，在主體結構完成時單樁的抗拔力達447 kN，遠遠超過設計值單樁和單根鋼筋抗拔力設計值，在沒有超過單樁抗拔力極限值時就超過了連接鋼筋抗拔力，因此造成連接鋼筋脫開破壞。

6　處理方案

6.1有組織排水方案

此方案是在地下2層的墻上打孔，控制水位，減小浮力，使建筑物不上浮。這種方法要長期降水，后期費用大，而且存在安全隱患。

6.2鉆孔灌注裝方案

地勘報告中所給出的地質數據，只到達地下室底板下12m左右。根據經驗數值，φ500mm的鉆孔灌注樁的單樁承載力與同條件的φ400 mm預制管樁單樁承載力相近，取為特征值280kN。經計算得樁2二層人防范圍內面層做法，此部分需要增加樁數71根。則地下室需要增加的總樁數為1065根。

此方案需要在混凝土底板開孔，對地板造成很大破壞，而且在4 m高的地下室內施工，施工難度巨大，工程成本很高，包括開洞、鉆孔灌注樁總費用要達到1000萬元。

6.3錨桿方案

正常情況下，一般采用土錨桿。土錨桿是先處理基礎以下的土體，再將錨桿錨入土體，達到獲取抗拔力的效果。但是本工程主體已經施工完成，土體處理難度更大。受巖土錨桿的啟發，本工程有1114根長12.0m，直徑400mm的預應力混凝土抗拔管樁可以利用。因此采用將錨桿錨入原來抗拔樁的方案。

7　補樁計算

1）目前的狀態下，各層地面的面層做法還未施工，建筑物自重為基礎底板以上模型倒算恒載43.0 kN/m2，地下室底板自重15.0kN/m2，抗浮水位水浮力88kN/m2。

抗拔樁及壓重須補足的抗浮力為88-0.9×（43+15）=35.8（kN/m2）。

2）若考慮在地下室2層底板上結合面層做法壓重0.4m厚的鋼筋混凝土，地下1層至0層每層0.1 m厚的混凝土面層，地上2～3層每層0.05 m厚的混凝土面層做法，壓重合計17.5kN/m2。

抗拔樁須補足的抗浮力為35.8-0.9×17.5=19.25（kN/m2）。

建筑物底板總面積為13 140 m2，則抗拔樁總抗力為252945kN。

3）根據原設計樁位圖，抗拔樁共有1 195根。扣除位于柱下和剪力墻下無法進行連接節點補強的樁位，共有1114根抗拔樁可用。總體上說每根抗拔樁只要承受227kN拉力即可。但是考慮到上部荷載分布的不均勻以及抗拔樁布置的不均勻，不能保證各抗拔樁的受力完全均衡，為避免抗拔樁連接被各個擊破，錨桿連接設計應以原設計的單樁承載力特征值280kN為好。

4）錨桿連接設計。選用6mφ51mm×8mm鋼質錨桿。

8　中空注漿錨桿施工

8.1施工工藝

1）中空注漿錨桿及注漿參數。按照原設計每樁內設1根錨桿，插入預應力管樁樁心內錨固4 m。桿身抗拉強度極限值不低于640kN。

2）水泥漿液采用灰砂比1∶0.5～1∶1的水泥砂漿或水灰比0.45～0.55的純水泥漿，具體配比試驗確定。為增加磨阻力水泥采用膨脹水泥，水泥漿中氯化物含量不得大于水泥重量的0.1%。注漿體的抗壓強度值不低于30MPa。

3）工藝流程。中空注漿錨桿施工工藝流程見圖2。

圖2　中空注漿錨桿施工工藝

8.2施工方法

采用水鉆鉆孔，孔徑100 mm，要穿透底板和灌芯混凝土并用高壓水清孔和預制樁內壁。將安裝好錨頭的中空錨桿和排氣管同時插入孔內。人工安裝止漿塞、墊板和螺母。利用快速接頭將錨桿和注漿機連接。開啟注漿機器，按照設計的注漿壓力進行壓力注漿。待砂漿達到設計強度90%以上時，再度擰緊螺母，施加預應力。

本項目中空注漿錨桿與傳統的工藝有所不同，將先加預應力改為后加預應力。先安裝錨桿再注漿，注漿時壓力可達2.0 MPa，不但可以充填錨孔，而且在有裂隙的部位，漿液在注漿壓力作用下滲透進裂隙，達到改善的目的。要注意在壓力作用下錨桿的位置變化，注漿結束要將錨桿復位。待砂漿達到設計強度90%以上時，再度擰緊螺母，施加預應力。

由于在4m高的地下室內施工，因此，6 m長的錨桿需要分兩節，中間要加工套筒進行連接。

9　體會

1）大體量地下工程設計必須重視水浮力。

2）用預制樁做抗拔樁必須慎重，而且要特別重視樁與基礎的連接。

3）要根據竣工圖準確確定樁位，錨桿要錨入樁芯，內側壁必須清理干凈，錨固用水泥要采用膨脹水泥，增加錨固力。

4）本項目巧妙地將錨桿錨入原預制樁內，節約大量處理費用，為類似工程處理提供很好的方案。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.012

□劉杰/天津三建建筑工程有限公司。

□TU473.1+3

□C

□1008-3197（2015）02-30-02

□2015-01-13

□田偉/男，1968年出生，高級工程師，天房集團，從事工程技術管理工作。