某地下室上浮事故分析處理和檢測加固

■ 蘭 嵐 Lan Lan

某地下室上浮事故分析處理和檢測加固

■ 蘭 嵐 Lan Lan

某商業廣場地下車庫受到地下水浮力作用產生不均勻上浮，導致地下結構構件損傷嚴重，說明設計時對地下水位估計不足。通過對結構構件的檢測，分析上浮原因及結構破壞機理，提出合理的加固建議，對今后預防和處理類似地下室上浮事故具有借鑒作用。

地下室上浮；損傷；抗浮；加固修復

1 工程概況

某商業廣場，建于2002年，地下室一層，地面為廣場。地下室建筑面積約1萬m2，底板標高-3.7m，層高3.5m，柱網尺寸98m×98m，跨度有5.4m和8.4m兩種。基礎采用預應力管樁基礎，樁長27m（3節9m長的樁連接而成），樁徑500mm，其中，框架柱軸線[⑤～⑩，為雙樁基礎，其余均為單樁基礎（圖1）。地下室底板400mm、頂板220mm，四周剪力墻厚度250mm。2013年10月，受到臺風暴雨影響，該廣場地下水位明顯上升，地下室出現不同程度的抬升及柱子開裂現象。

2 事故損壞分析及處理措施

2.1 事故概況

本工程地下室基礎為樁+底板基礎，地面為活動廣場，設計采用“自重抗浮+抗拔樁”的方法進行抗浮計算，即采用結構自重和抗拔樁來抵抗地下水浮力。地下正常水位約為-0.5m；在遭遇連續多日大雨后，地面排水系統不暢，地下水位明顯上升，致使地下室的水浮力超過結構實際自重和抗拔樁的抗拔承載力，地下室整體出現上抬，上抬量約300～400mm；地下室四周為剪力墻結構，有一定的制約作用，加上地下室外墻室外回填土的摩阻力和地下室墻板的壓重，導致地下室四周上浮量小于中間上浮量，中部上凸，從而框架柱柱根、節點多處產生裂縫。

地下室上抬過程中，其底板和四周剪力墻未發現有明顯開裂、滲漏現象，可能引起柱承臺與樁連接處出現脫落損壞、三根連接的樁在連接處出現脫落、樁與柱承臺整體出現上抬三種損壞情況，地下室整體樁基礎抗拔承載力已不能滿足抗浮承載力要求。

2.2 抗浮驗算

2.2.1 抗浮驗算公式

抗浮驗算采用公式：0.9R≥Ff

式中，Ff—地下水浮力；

R—抗浮力，這里指結構自重和抗拔樁抗拔力。另外，抗浮驗算時，抗浮力只計入永久作用且采用標準荷載，可變作用和側壁上的摩擦力不應計入[1]。

圖1 房屋軸網圖

2.2.2 地下室抗浮力計算

地下水浮力的計算可采用阿基米德原理，即：Ff= rwh（由于本次雨水漫至地面，因此h為地下室底板至地面高度）。

地下室抗浮力：R=R1+R2+R3+R4

式中，R1—頂板及梁的折算荷載；

R2—柱的折算荷載；

R3—底板的折算荷載；

R4—樁的抗拔承載力。

經驗算，Ff＞0.9R，地下室所受浮力大于地下室整體的抗浮力，即地下室的抗浮力不滿足要求，故出現地下室已有的上浮現象。

2.3 上浮事故的應急處理

由于地下室上浮是一種趨勢發展，上浮變形較緩慢，發生地下室上浮事故，應盡快采取措施增加壓重和降低地下水位，減少水浮力，停止地下室的上浮趨勢[2]。要使上浮的地下室壓回原位，常用的處理方式有：①加載，即快速增加地下室的重量，主要在翹起的樓板上堆置重物，或者直接往地下室灌水，利用水重加壓；②抽水，即地下室上浮因地下水位過高所引起，現場啟動原有的抽水井或另行打設抽水井以降低水壓；③解壓，即地下室底板以鉆機或破碎機鑿孔，底板下方的地下水即可由此宣泄；④洗砂，即利用高壓水擾動地下室側墻邊的土壤，以降低其摩擦阻力[3]。

本次地下室上浮后，根據實際情況在地下室中部開設泄水點進行排水解壓，周邊原有的抽水井進行抽水以降低水壓。

3 結構鑒定與加固處理

3.1 沉降變形測量

地下室抬升后，采取抽水和解壓的方式進行應急處理（在地下室中部開設4個泄水點排水），對廣場地表布置16個沉降監測點（D1～D16），地下室泄水點處布置了4個測點（Q1～Q4）進行監測（圖2）。暴雨過后，地下室整體出現下沉復位，地下室上浮后7d的沉降監測情況如下：地下室整體下沉約22.0～286.2mm，其中中部測點沉降量為119.2～286.2mm，4個泄水點Q1～Q4沉降量為147.5～269.9mm，四周外圍沉降量明顯小于中部測點沉降量。

地下室沉降趨于穩定時，現場對地下室框架柱柱根高程進行測量，測得地下室柱根高程為-8～54mm，中部區域柱根高程相對高于四周柱根高程。

現場對地下室框架柱傾斜狀況進行測量，框架柱傾斜方向均無一致性，傾斜率相對較小，在0.5‰～5.0‰之間。

3.2 結構構件損傷檢測

地下室上浮后，部分框架柱中部、根部及節點處出現嚴重開裂損壞，裂縫寬度為2～4mm，為剪切型貫穿性裂縫，局部混凝土壓碎，混凝土剝落，鋼筋外露；另外，地下室中部設有分隔墻的區域結構損壞嚴重，主要由于該區域剛度相對較大，分擔的結構應力及產生變形相對較大（圖3～8）。

圖2 房屋沉降測點圖

地下室混凝土構件設計強度為C30，現場采用回彈取芯法檢測構件的強度，基本滿足設計強度要求。

3.3 結構加固處理

根據現場結構損傷情況以及結構狀況分析可見，地下室混凝土結構構件在地下室上浮時產生不同形式及不同程度的損壞，需要采取多種加固處理方法；且地下室頂板所受荷載提高，則頂板承載力也需提高，所以在加固受損構件的同時，也必須對原有結構進行加固處理。本工程對損壞構件采用的加固處理方法主要有以下幾種。

（1）對于節點處出現了錯位、混凝土壓碎的損壞嚴重的框架柱，鑿除開裂壓碎的混凝土，在柱外側周邊植筋，采用擴大截面法加固。

（2）部分框架柱端、柱中部出現水平裂縫，節點處出現豎向及斜向剪切裂縫，降低了其抗剪承載力。對裂縫采用壓力灌注環氧樹脂結構膠進行填充封閉，并采用黏貼碳纖維布環形箍加固，節點區域采用鋼結構加固[4]。

（3）地下室梁、板、墻等裂縫經灌漿處理后，采用碳纖維或黏鋼等方式進行加固。

圖3 柱頂節點處開裂、壓碎

圖4 柱根部開裂

圖5 柱中部斜向裂縫

圖6 柱節點處有位移、混凝土壓碎

圖7 柱根斜向貫穿性裂縫

圖8 柱中部斜向裂縫、鋼筋外露

（4）地下室整體抗浮承載力不滿足要求，由于廣場上方無法新增上覆荷載，地下室層高限制無法增設底板厚度，因此對框架柱基礎增設抗拔樁[5]，或在基礎底板下注漿加固，增加地下室整體荷載，以提高地下室整體的抗浮承載力。

4 結論及建議

（1）設計時對地下水位估計不足或者對抗浮力計算出現偏差，是造成本次工程事故的主要原因。對地下水位高度的選取，除應參考地質勘察報告提供的地下水埋深，還應根據城市排水設施和能力、暴雨季節對地下水位的變化影響，合理確定地下水的抗浮設計高度；另外，應充分考慮地下水浮力的影響，在最不利條件下進行整體抗浮驗算，整體抗浮滿足但局部有不滿足時，可采取增加結構剛度的措施,如柱下集中設置抗拔樁,適當提高剛度，確保整體性,以免造成工程事故和經濟損失。

（2）地下室上浮后，應做好應急抗浮處理措施，室內開設排水孔，但必須控制好地下水位的下降速度，做好沉降觀測，避免過快的歸位變形對地下室造成二次損傷。

（3）由于地下室結構破壞形態復雜，在加固方案的選取時必須充分分析其破壞程度及破壞原因，分別采取有針對性的加固措施。

[1]丁力,丁堅平,楊平波.某新校區實驗樓地下室上浮事故分析[J].勘察科學技術,2013(2).

[2]陸漢時,黃輝.地下室上浮原因分析及其處理和預防[J].建筑施工,2013(8).

[3]劉文竟,楊建中,王霓,張國輝.某地下室上浮事故的檢測鑒定及加固處理[J].工業建筑,2010(6).

[4]張奕薇,張瑞興.大型鋼筋混凝土水池上浮開裂事故的處理方法[J].建筑技術,2003(4).

[5]婁華明,朱冰芬.地下車庫上浮處理和預防的探討[J].建筑安全,2013(1).

Analysis, Disposal, Inspection and Reinforcement of the Floating Accident of a Basement

The underground garage of a shopping mall was occurred with uneven f oating due to under ground water buoyancy and resulted in severe damage of under ground structural elements, which indicates the under ground water level was under evaluated in design. By inspecting structural elements, analyzing reasons of floating and the mechanism of damage to structure, it proposed reasonable suggestion on reinforcement which can be used as reference for preventing and disposing similar basement f oating accidents in future.

basement f oating, damage, anti-f oating, reinforcement repair

2016-01-08）

蘭嵐，上海建耘建設工程檢測有限公司工程師。