某地下室上浮事故的典型損傷評估與分析

陳哲銘

(廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣州 510500)

0 引言

隨著國內大型高層商業(yè)建筑的普及，大體積地下室的使用已是普遍現象。在地下室上浮事故逐漸增多的當今，對事故中受損構件進行標準化的應急評估，可提高評估效率，使得加固、修復工作能及時開展，從而提高地下室上浮事故處理的時效性與安全性。

1 工程概況

廣東某建筑工程，上部結構為多塔高層商業(yè)辦公樓及商業(yè)裙樓，采用框架-剪力墻結構。該建筑物的地下室共5層，主要采用柱板或梁柱框架結構。純地下室、裙房及多層結構采用天然地基上片筏基礎(柱位局部加厚)，基礎設正交布置的抗浮錨桿，設計要求錨桿入中微風化巖4m，單根錨桿的抗拔力特征值為500kN。該建筑物地下室平面布置如圖1所示。

該建筑物毗鄰地鐵施工項目，地鐵隧道部分位于該建筑物地下室下方，隧道頂距離建筑物底板底部最近約為7m。至上浮發(fā)生時，該建筑物主體塔樓結構已基本完成。

圖1 地下室平面布置

2019年10月，施工單位現場的技術人員發(fā)現地下室局部區(qū)域存在異常情況，組織檢查后確認地下室存在局部上浮的現象，部分混凝土柱、柱帽、側墻及板構件開裂，且裂縫及損傷存在發(fā)展跡象。部分混凝土構件損傷如圖2所示。

圖2 部分混凝土構件受損外觀

2 檢測內容與結果

(1)對該建筑物地下室上浮情況進行初步調查，并對受損構件進行現場確認，大致確認該建筑物地下室主要受損區(qū)域與嚴重受損區(qū)域。地下室受損范圍如圖3所示。

圖3 地下室受損范圍

(2)對該建筑物地下室檢查范圍內的柱、柱帽、梁、側墻、底板、樓板及填充墻體的裂縫、損傷、滲水情況進行全面檢查和檢測。檢查結果表明，該建筑物地下室部分底板和樓板構件存在嚴重的變形、開裂、鋼筋屈曲等現象；部分柱構件存在沿構件斜截面裂縫，且存在混凝土破碎現象；部分柱構件柱帽存在水平、斜向或豎向裂縫；部分側墻存在多條“倒八字”斜向裂縫或多條近似平行的豎向裂縫；多個填充墻構件存在斜向裂縫，裂縫下端靠近地下室上浮區(qū)域；部分樓板、填充墻構件存在輕微裂縫。典型的裂縫、損傷如圖4～圖7所示。

圖4 負五層柱帽水平開裂圖5 負四層側墻存在方向一致的斜向裂縫圖6 負四層板面混凝土開裂、變形、鋼筋屈曲圖7 負四層柱的頂板板底混凝土沿柱帽邊緣開裂、變形,鋼筋屈曲

(3)對該建筑物地下室受損區(qū)域具備觀測條件的側墻、柱、底板及樓板構件的變形進行檢測。檢測結果表明，檢測范圍內側墻構件的平面外位移量介于0 mm～38mm之間，柱構件的柱頂水平位移量介于2 mm～23 mm之間；底板相對高差值介于-48mm～+137mm之間，負四層～負二層樓板相對高差值介于-26mm～+130mm之間。

(4)采用斜測法對與直接受損構件相鄰的柱構件上端及下端部采用超聲法檢測混凝土缺陷，對12個柱構件共21個區(qū)域進行了混凝土超聲波缺陷檢測。檢測結果表明，該區(qū)域內有一個負二層柱下部區(qū)域(南面)存在2個異常測點，其它11個構件共20個區(qū)域在檢測區(qū)域內未發(fā)現異常測點。

3 結構受損評估

3.1 評估原則

本次對檢測區(qū)域內構件外觀存在嚴重開裂、損傷或變形的構件定義為嚴重受損，對存在一般開裂或損傷的構件定義為中等受損，對存在局部缺陷或損傷的構件定義為輕度受損。

(1)對于重要的結構構件，如豎向承載構件(柱構件的柱身及柱帽或塔樓剪力墻構件等)，當出現影響構件承載能力的損傷時，應評為嚴重受損構件，并立即進行加固或替換處理。

(2)對于一般的結構構件，如樓板、地下室側壁等，當出現受地下室局部上浮直接影響的損傷時，應評為嚴重受損或中等受損構件，并立即進行加固處理。出現其余損傷且損傷情況較輕時，可評估為輕度受損構件，并進行修復處理。

(3)對于非結構構件，如填充墻等，當出現受地下室局部上浮直接影響的損傷時，應評為中等受損構件。出現其余損傷且損傷情況較輕時，可評估為輕度受損構件，并進行修復處理。

3.2 評估結論

(1)2個底板及11個樓板存在嚴重變形、開裂、鋼筋屈曲等現象，評估為嚴重受損構件；9個柱構件存在沿構件斜截面裂縫、混凝土破碎或柱帽水平、斜向、豎向裂縫，裂縫寬度介于0.2～5.0mm之間，評估為嚴重受損構件。

(2)6段側墻存在多條“倒八字”斜向裂縫或多條近似平行的豎向裂縫，評估為中等受損構件；27個填充墻構件存在斜向裂縫，裂縫下端靠近地下室上浮區(qū)域，裂縫寬度介于0.10～10.0mm之間，評估為中等受損構件。

(3)27個樓板構件板底存在輕微裂縫，裂縫寬度介于0.10～0.55mm之間，評估為輕度受損構件；1段側墻存在輕微豎向裂縫，裂縫寬度介于0.15～0.40mm之間，評估為輕度受損構件；11個填充墻構件在洞口處存在豎向或水平裂縫，裂縫寬度介于0.3～4.0mm之間，評估為輕度受損構件。

4 典型受損構件分析

4.1 柱構件

嚴重受損區(qū)域內部分柱構件存在混凝土破碎、箍筋張開等現象，裂縫與損傷位于較為薄弱的柱頭，且主要發(fā)生在柱身一側。經分析，該損傷主要是由于該批柱構件受到地下室上浮的直接影響，柱構件下端直接受到向上的浮力作用，但上端仍受到地下室整體結構的約束，從而發(fā)生軸心受壓破壞或小偏心受壓破壞。存在該損傷的柱構件因混凝土破碎導致有效截面積減小，箍筋張開導致對縱向鋼筋的約束失效，受壓承載能力受到嚴重削弱，且柱構件極易發(fā)生失穩(wěn)。

4.2 柱帽

嚴重受損區(qū)域內部分柱帽存在水平、斜向或豎向裂縫。經分析，該損傷主要是由于地下室局部上浮區(qū)域內及區(qū)域周邊柱構件復雜受力而導致。直接受到上浮作用的柱構件，對柱帽產生沖切影響，柱帽帽身對應產生沖切裂縫，或將該沖切作用傳至柱帽與樓板交接處，沿交接處產生裂縫。部分上浮區(qū)域周邊的柱構件因一側受上浮作用，產生彎矩，因柱帽剛度較為薄弱，柱帽帽身亦會出現受彎裂縫。考慮到柱帽的幾何形狀，沖切裂縫與受彎裂縫均可能表現為水平、斜向或豎向裂縫，宜通過三維繪圖方式對裂縫進行描述，對柱帽各面裂縫進行綜合分析。

4.3 側墻、填充墻

受損區(qū)域內側墻、填充墻存在走向基本一致的多條斜向裂縫，其中部分側墻的斜向裂縫呈“倒八字”，填充墻構件的斜向裂縫下端靠近地下室上浮區(qū)域。側墻與填充墻的斜向裂縫均為地下室上浮導致的典型裂縫，主要是由于底板與樓板受到地下室上浮影響，產生向上變形，而與變形的板構件相接的墻構件水平兩端均受到約束，導致剛度較大的墻身因變形不協(xié)調而產生多條方向基本一致的斜向裂縫。其中因地下室側墻墻身較長且整澆為一體，導致中部向上變形時，產生“倒八字”斜向裂縫。該類斜向裂縫的特征為均貫穿墻身，地下室側壁構件的斜向裂縫存在滲水現象。

4.4 板構件

嚴重受損區(qū)域內板面、板底存在較為明顯的裂縫或混凝土破碎、鋼筋屈曲現象。該類損傷可分為兩類：(1)板構件受下部柱帽直接沖切影響，在柱帽周邊產生貫穿板厚的錯位裂縫，并伴隨有樓板鋼筋保護層脫落、破碎，樓板鋼筋屈曲等現象；(2)板構件因地下室上浮導致向上變形，板底出現受彎裂縫，裂縫不貫穿板厚。對板構件進行裂縫與損傷檢查時，應檢查板面及板底裂縫是否對應，根據裂縫是否貫穿進行分析。

5 結語

本文基于某建筑工程地下室上浮事故案例，對于地下室上浮事故的應急評估提供了一個可供借鑒的方法與思路。評估的具體流程：

(1)現場勘察，了解事故情況。

(2)根據現場勘察，初步劃定嚴重受損區(qū)域與主要受損區(qū)域。

(3)對受損區(qū)域內的構件進行裂縫與損傷檢查，繪制裂縫損傷示意圖。

(4)對側墻、柱、底板及樓板構件的變形進行檢測。

(5)對嚴重受損區(qū)域內未有肉眼可見損傷的重要構件進行超聲法檢測。

(6)構件受損評估。

在構件受損評估步驟中，本文定義了三個構件受損評估等級：嚴重受損、中等受損與輕度受損，并提出受損評估原則，應根據構件的受損嚴重程度與對整體結構安全的重要性進行綜合考慮，并根據實際情況以統(tǒng)一標準進行構件受損評估。