四川某大廈地下車庫隆起事故原因分析與加固處理方法研究

樊 清 向 越

中國建筑西南勘查設計研究院有限公司

1 引言

隨著國家經濟的飛速發展帶來的高速城市化，地面空間資源越發匱乏，地下空間的高度開發和利用已經成為主流，地下車庫、地下商業綜合體、地鐵換乘車站綜合樞紐等大型地下結構不斷涌現。同時，由于全球變暖的趨勢未曾改變，環境變化帶來的極端天氣[1]譬如持續性的暴風雨，導致城市開始頻繁出現內澇，對地下結構抗浮造成極大威脅。

本文針對四川某大廈地下車庫底板在經歷特大暴雨過后出現涌水、開裂及隆起事故，開展了現場檢測，對水文、勘查資料進行了復核及數據分析，明確了該事故的開裂、隆起原因，對結構破壞特征進行了分析并結合受力機理按實際工況對地下車庫錨固結構體系進行了局部抗浮驗算，并基于上述工作開展了該地下車庫結構工程的永久抗浮加固方法研究。

2 工程概況

2.1 現狀

四川某大廈位于城市中心區域，始建于2011年，建筑物主樓部分地上18 層、地下3 層，主樓基礎為筏板基礎，主樓外純地下車庫為框架結構，基礎采用柱下獨立基礎加抗水板形式，抗水板厚400mm、鋼筋為雙層雙向C12@170，主樓筏板及純地下車庫抗水板板面標高均為-15.4m。2018 年7 月初連日強降雨后，純地下車庫底板出現開裂、涌水；隨后對涌水及滲水部位采用注射聚氨酯類膨脹材料進行堵漏處理，堵漏處理過程中對板面找平層、板面鋼筋保護層進行了局部鑿除，后續地下室底板出現隆起現象，最大變形值達212mm。

2.2 環境條件

四川某大廈詳勘報告，建筑物場地土屬于岷江水系I 級階地，地下水類型主要為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，主要由地表水、大氣降水補給，卵石層透水性良好。主樓采用筏板基礎并以中密及以上卵石層作為基礎持力層；純地下室部分荷載較小，進行抗浮驗算，若不滿足抗浮要求，應采取抗浮措施，建議采用抗浮錨桿，抗浮水位采用近十年豐水期最高水位埋深2.8m，相對高程為498.00m，±0絕對標高500.800m。

四川省水務局及氣象站相關資料，2018成都市入汛后，共有10 條次河流超過警戒水位或保證水位，其中7 月11 日18 時40分，沱江三皇廟水文站洪峰流量達7810m3/s，超過警戒水位4.44m，超過保證水位2.64m，為三皇廟水文站建站以來歷史第二大洪水。

該工程塔式起重機安裝方案以及錨桿工程施工資料：塔吊基礎尺寸7.1m×7.1m×1.7m，混凝土強度等級C35，基礎平面位置位于7～8軸之間，中心點距離3軸線22.5m，距離F軸線9.2m，與F軸夾角14°，抗浮錨桿施工錨入塔吊基礎內。塔吊基礎與抗水板分開澆筑，抗浮錨桿未穿透塔吊基礎進入抗水板，抗水板與塔吊基礎無可靠連接。

3 現場檢測情況

3.1 場地水位調查

根據現場實際情況，選取并鉆探建筑物北側、東側及西側周邊3個降水觀測井點位，4月17日～4月28日期間測得水位數據見表1。

表1 水位測試結果

3.2 地下室隆起區域板面、梁底標高測量

對隆起區域及周邊板面進行了標高測量，隆起區域與邊緣處正常區域最大高差為212mm；對隆起區域框架梁底部標高進行測量，框架梁底部標高最大差值8mm，隆起區域框架梁梁底標高未見明顯增加。

3.3 地下室抗水板開裂、強度、抗滲檢測

根據芯樣混凝土單軸抗壓強度試驗結果，混凝土單軸抗壓強度最大值為43.5MPa，最小值為38.8MPa，標準值36.3MPa，滿足設計等級C30 的強度要求。根據混凝土抗滲性能試驗結果，抗水板混凝土抗滲等級達到P8，滿足設計等級P6的抗滲要求。

現場調查時發現隆起區域及周邊找平層均已鑿除，混凝土板面滿布止水針頭，局部板面鋼筋保護層被剔除且板面鋼筋已出現明顯屈服，鑒于此，對最早出現涌水的7×1/G軸柱邊進行鉆芯取樣，芯樣表觀未見空洞，存在明顯斜向45°沖切裂縫特征且開裂處伴有黃色填充注射材料痕跡。

4 抗浮穩定性與隆起原因分析

4.1 抗浮穩定分析

對原設計方案中的抗浮錨桿進行了計算復核，結算結果表明原設計抗浮錨桿方案能滿足原抗浮水位2.8m 埋深的計算要求。

根據隆起區域存在塔吊基礎且該基礎與抗水板無有效可靠連接措施，塔吊基礎范圍內抗浮錨桿未能進入抗水板形成整體受力；根據隆起區域框架柱、梁的現場檢測及測量結果，框架柱無上浮情況出現，框架構件未見開裂或變形，整體框架工作正常；2018年7月事故出現時臨近基坑已停止降水，且大氣降水明顯增加，基于以上三點對驗算模型做以下三點假定：（1）柱下獨立基礎部分無上浮相對位移；（2）地下水浮力經與上部結構自重部分抵消后等效為作用于抗水板上的均布荷載；（3）抗浮錨桿簡化為具有一定剛度的彈性支座，塔吊基礎范圍內的抗浮錨桿忽略不計，改為按塔吊基礎厚度考慮自重荷載。

[錨固結構局部抗浮穩定算例一]

參照錨桿實際布置情況，對局部錨固體系進行受力計算，兩端框架柱設為嵌固端，跨中框架柱等效為剛性支座，抗浮錨桿等效為彈性支座（圖1），最大彎矩出現在框架柱支座處（圖2），與實際裂損情況一致。

[錨固結構局部抗浮穩定算例二]

采用YJK1.9.3 版計算軟件對地下室整體進行抗浮模擬計算，計算過程中假定抗水板剛度無變化，其余各參數假定同算例一，一階段抗水板位移云圖（圖3），綜合考慮部分抗浮錨桿的失效后進行二階段抗水板位移模擬分析（圖4）計算結果與現場實際隆起區域規律一致，抗水板位移模擬值為135mm 小于實際值212mm。

圖1 柱間板帶錨固體結構力學模型

圖2 柱間板帶錨固體結構彎矩簡圖

圖3 抗浮水位時的位移云圖D-1.0

圖4 抗浮錨桿失效后的位移云圖D-2.0

4.2 隆起成因分析

綜合所有相關工程、水務資料及后期檢測、鑒定、計算分析，該工程事故原因可從以下三個方面論述。

（1）“天”指的是天氣、外部環境帶來的非可預見的影響因素，根據四川省成都地區1961 年至2011 年近50 年的降水量［2］，按每10年進行了對比分析，其中2001年至2011年為成都市年降水距平百分率最低的10 年，勘查報告取2001 年至2010 年10 年間豐水期最高水位作為抗浮水位偏不保守；同時2018 年7 月成都市頻繁出現特大暴雨，持續時間以及降水量均突破歷史最高水平，基于此，地下室抗水板受到的水浮力已達到甚至突破設計極限狀態。

（2）“地”指的是場地因素，本工程場地地下水類型主要為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，主要由地表水、大氣降水補給，卵石層透水性良好，豐富的地表水涌入地下，在抗水板下方形成碗狀結構受力特征［3］，同時由于塔吊基礎內的抗浮錨桿未能與抗水板基礎形成整體受力，基于此，抗浮體系局部出現薄弱點并率先于柱邊出現沖切破壞特征。

（3）“人”指的是人為因素，在調查取證過程中發現，7月份出現涌水時抗水板未見明顯隆起變形，在堵漏施工進行過程中對抗水板上部150mm厚找平層以及板面鋼筋保護層進行較大面積鑿除，對所有滲水及涌水點位進行注射聚氨酯等膨脹材料進行封堵，此后抗水板出現明顯隆起。堵漏前由于水壓力可通過裂縫及薄弱處噴射進行壓力釋放，且抗水板剛度未被削弱，人為因素干擾后水壓力釋放通道被封堵且抗水板剛度被削弱，導致抗水板迅速出現隆起、鋼筋出現明顯屈服。

4.3 地下車庫抗浮及加固施工方法研究

本工程地下室抗水板開裂、破壞，影響地下室的正常使用，需對地下室進行抗浮加固處理重點是平衡水浮力，目前地下室的水浮力主要有3種平衡方法［4］：在結構上加恒載來平衡浮力的“壓重法”；用抗拔樁或抗拔錨桿來平衡浮力的“抗拔法”；從地下室底板將地下水引排的“引排法”。

由于建筑物處于市中心，整體降水方案對周邊建筑影響較大，對各類方案計算比選，壓重法計算所需配重影響后期車庫使用，即使結合引排法也無法根治，故選用止水帷幕局部降水泄壓后增設抗浮錨桿的方法進行永久抗浮處理。方案采用雙管高壓旋噴注漿法，新增高壓旋噴樁數量為210 根，樁徑為500mm，搭接寬度不應小于200mm，旋噴樁樁端進入基巖確保止水帷幕效果；通過計算新增41 根抗浮錨桿，單根錨桿特征值取450kN，梅花形布置，新增抗浮錨桿提供抗浮力滿足局部抗浮計算要求；通過計算配置L 形短鋼筋連接抗水板及塔吊基座，對新舊混凝土界面進行處理，使塔吊基座與抗水板形成整體抗浮體系，該區域抗浮錨桿提供的抗浮力作為額外安全儲備。

5 結束語

本文針對四川某大廈地下車庫因暴雨引發的抗水板局部隆起、開裂事故，通過現場檢測以及勘查、設計、施工、水文等工程資料綜合分析，明確了事故原因以及結構破壞機理，并基于此開展了局部永久抗浮加固方法研究。工程事故的發生通常不是某種單一因素導致的，而是多種因素綜合影響下的結果。本文研究工作對地下室局部上浮問題具有一定參考意義。