上層滯水對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的影響及處理措施

江西建工第一建筑有限責(zé)任公司 南昌 330001

1 工程概況

某工程為地下1 層、地上3 棟33 層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室建筑面積為10 817 m2，長(zhǎng)131 m，寬82 m。基礎(chǔ)為沖擊成孔灌注樁，地下室底板設(shè)計(jì)為無(wú)梁樓蓋形式，底板厚300 mm，純地下室基礎(chǔ)為一樁一承臺(tái)，外剪力墻厚300 mm，頂板厚250 mm。主樓與地下室之間設(shè)有沉降后澆帶，沉降后澆帶之間設(shè)有膨脹加強(qiáng)帶。地下室混凝土強(qiáng)度為C30，抗?jié)B等級(jí)為P6。

根據(jù)地勘報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況，該地塊坐落在袁河沖擊二階地上，上部為雜填土，下部為粉質(zhì)黏土、粗砂及碎石土，場(chǎng)地的地下水主要為孔隙潛水及上層滯水，下伏基巖裂隙水，地下水位埋深0.00～6.8 m，標(biāo)高71.75～83 m，綜合區(qū)域的水文地質(zhì)單元地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和勘探期間是雨季的情況，地下室抗浮水位設(shè)計(jì)按照79 m考慮。地下室在上年的7月份全部完工，在次年的3月份巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)非主樓部分地下室頂、底板中部隆起及部分框架梁柱出現(xiàn)裂縫，裂縫最寬處為1.5 cm。此時(shí)主樓結(jié)構(gòu)已施工至26層、31層。經(jīng)檢測(cè)單位對(duì)地下室混凝土進(jìn)行取芯檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的C30，水泥穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求。

通過(guò)參建各方的初步分析，造成地下室隆起的原因可能是地下水位的浮力引起所致。現(xiàn)場(chǎng)在地下室底板設(shè)置了2 個(gè)泄水孔，噴出的水柱高達(dá)1.6 m，見(jiàn)圖1。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，在采取泄水孔排水約1 d以后，地下室頂板和底板隆起現(xiàn)象立刻有了很大的改變，裂縫也大部分變窄，見(jiàn)圖2。

圖1 地下室底板開(kāi)孔泄水水柱

圖2 泄水前后柱裂縫寬度的前后變化

2 地下室隆起原因分析

通過(guò)采取泄水孔降低地下水位后，地下室頂板、底板隆起和梁柱裂縫的變化情況，證實(shí)了造成地下室隆起的原因是地下水位的上升產(chǎn)生的浮力超過(guò)設(shè)計(jì)的抗浮能力所致。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告顯示的地質(zhì)情況、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和地下室周邊的情況，引起地下水位升高的原因主要有以下幾個(gè)方面：

（a）在該年的2～3月上旬，該地區(qū)持續(xù)了近1 個(gè)月的降雨，而工程場(chǎng)地坐落在袁河沖擊二階地上，整個(gè)場(chǎng)地地勢(shì)比較低，地下室基坑周邊回填土又不密實(shí)，地下室頂板及周邊道路上的地表雨水、地下水及施工用水通過(guò)回填土和地下室外墻之間的縫隙涌入地下室周邊，并且該地下室的外圍場(chǎng)地土主要為粉質(zhì)黏土，為弱透水層，涌入地下室周邊的水排不出去，滲入到地下室底板下面，造成地下水位不斷上升。

（b）在該地下室東約50 m處有一人工湖，水位在80.7 m，場(chǎng)地淺部填土層厚3～4 m，該地表水補(bǔ)給地下水，同時(shí)抬高了周邊地下水的水位。根據(jù)在基坑?xùn)|西兩側(cè)布置的水位觀測(cè)情況，西側(cè)孔的地下水靜止水位標(biāo)高在78.1 m，東側(cè)距人工湖較近的孔的地下水靜止水位標(biāo)高在79.9 m，東側(cè)距人工湖較遠(yuǎn)的孔的地下水靜止水位標(biāo)高約在78.84 m。根據(jù)上面的水位標(biāo)高情況，說(shuō)明人工湖會(huì)對(duì)周邊地下水的水位產(chǎn)生影響。

（c）根據(jù)泄水孔噴出的水柱，當(dāng)時(shí)地下水的水位標(biāo)高超出了原設(shè)計(jì)的抗浮水位。原設(shè)計(jì)地下水抗浮水位為79 m，地下室自重可抵抗地下水浮力，地下室頂板覆土以后可抵抗4 m左右的水浮力，即使地下水位上升4 m也能夠抵抗地下室的整體上浮。但當(dāng)時(shí)地下室還沒(méi)有全部施工完，非主樓部分地下室的頂板未覆土，當(dāng)?shù)叵滤贿_(dá)到一定高度，水浮力就超過(guò)了地下室的抗浮能力，造成非主樓部分地下室從周邊往中部隆起，框架柱向中間傾斜，梁柱呈現(xiàn)斜向和水平裂縫。而主樓部分由于上部結(jié)構(gòu)已施工至26層、31層，主樓部分的自重能抵抗地下水的浮力，因此該部分地下室未出現(xiàn)裂縫。

3 處理措施[1,2]

3.1 對(duì)地下水位的處理

地下室上浮主要是由于上層滯水的水浮力積聚到一定程度而造成的，為減少地下水對(duì)地下室的影響，在地下室頂板未覆土之前解決的關(guān)鍵就是控制地下水位的上升和地表水的滲入。針對(duì)本工程的情況，在對(duì)地下室處理之前，首先挖除地下室周邊不密實(shí)的回填土，并用黏性土和灰土分層夯壓密實(shí)，同時(shí)做好地下室周邊的排水措施。其次在地下室周邊和內(nèi)部設(shè)置降水井降低地下水位。在地下室內(nèi)利用底板鉆的2 個(gè)泄水孔和集水井排水，在地下室周邊間隔50 m各鉆1 口降水井，在降水的過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注是否對(duì)周邊的建筑物和道路產(chǎn)生影響，并做好排水措施。通過(guò)采取以上措施，地下室頂?shù)装宓穆∑鸩糠忠鸦鞠鲁林猎瓉?lái)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，之前有的細(xì)小裂縫也基本看不到，傾斜的框架柱也恢復(fù)至垂直狀態(tài)，裂縫的寬度也變窄了，最大的裂縫在5 mm以?xún)?nèi)。

3.2 對(duì)地下室裂縫的處理

在裂縫處理之前，首先對(duì)地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫進(jìn)行檢查，明確哪些部位的裂縫屬于結(jié)構(gòu)破壞，哪些屬于非結(jié)構(gòu)破壞，針對(duì)不同的裂縫采取不同的處理措施。

（a）對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非破壞性裂縫，根據(jù)裂縫的大小及裂縫的分類(lèi)采取環(huán)氧樹(shù)脂膠泥表面封閉、壓力灌環(huán)氧樹(shù)脂漿液補(bǔ)強(qiáng)等進(jìn)行處理。

（b）對(duì)較大斜裂縫和水平裂縫的柱子，屬結(jié)構(gòu)破壞，需對(duì)其進(jìn)行植筋、包鋼進(jìn)行加固。對(duì)于柱表面混凝土破壞比較嚴(yán)重的采取植筋加固的方法，在鑿除柱子原混凝土前應(yīng)對(duì)支承在該需加固柱上的梁用鋼管頂撐進(jìn)行反頂加固（圖3），然后鑿除該柱子的表面混凝土直到露出柱子主筋，在柱子外側(cè)植加固鋼筋，重新支模澆筑混凝土。對(duì)于裂縫比較大的柱子采用注漿、外粘型鋼加固。外粘型鋼法將角鋼、鋼板箍通過(guò)螺栓和灌環(huán)氧樹(shù)脂與混凝土柱可靠地連結(jié)成一個(gè)整體，鋼板上部包裹鐵絲網(wǎng)，然后抹高強(qiáng)度等級(jí)砂漿防腐。

圖3 梁端鋼管反頂加固

（c）對(duì)于梁上的破壞性裂縫，采取注漿和粘貼碳纖維進(jìn)行加固。對(duì)于梁端部位梁底為磚砌填充墻時(shí)，拆除磚砌填充墻，植鋼筋澆筑同厚度的鋼筋混凝土墻。

（d）對(duì)于地下室的頂、底板，在保證地下室使用功能的前提下，在板面增加厚100 mm的鋼筋網(wǎng)混凝土面層。

（e）除了采取以上措施外，在地下室的頂板未覆土以前，在地下水比較豐富的區(qū)域保留地下室周邊的降水井，一直持續(xù)到地下室頂板覆土完畢。

通過(guò)采取上述的一系列措施以后，在結(jié)構(gòu)方面保證了地下室的使用安全，在功能方面保證了地下室的使用功能。目前地下室頂板已經(jīng)覆土，原有的裂縫沒(méi)有繼續(xù)發(fā)展，滲漏水的現(xiàn)象得到了很大的改觀。

4 結(jié)語(yǔ)

地下水浮力對(duì)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工影響日益突出，特別是上層滯水，設(shè)計(jì)時(shí)既要結(jié)合地質(zhì)勘探報(bào)告的地下水位，又要考慮基坑的土方回填達(dá)不到要求密實(shí)度時(shí)對(duì)地下水位的影響，以及施工時(shí)頂板不能及時(shí)覆土對(duì)地下室抗浮的影響。施工時(shí)要結(jié)合當(dāng)時(shí)的氣候條件采取必要的降排水措施，在基坑的回填時(shí)要求分層夯實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)的密實(shí)度，必要時(shí)也可向地下室內(nèi)回灌水以減少上層滯水對(duì)地下室抗浮的影響。