四川某大廈地下車庫(kù)隆起事故原因分析與加固處理方法研究

樊 清 向 越

中國(guó)建筑西南勘查設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展帶來(lái)的高速城市化，地面空間資源越發(fā)匱乏，地下空間的高度開發(fā)和利用已經(jīng)成為主流，地下車庫(kù)、地下商業(yè)綜合體、地鐵換乘車站綜合樞紐等大型地下結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。同時(shí)，由于全球變暖的趨勢(shì)未曾改變，環(huán)境變化帶來(lái)的極端天氣[1]譬如持續(xù)性的暴風(fēng)雨，導(dǎo)致城市開始頻繁出現(xiàn)內(nèi)澇，對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗浮造成極大威脅。

本文針對(duì)四川某大廈地下車庫(kù)底板在經(jīng)歷特大暴雨過后出現(xiàn)涌水、開裂及隆起事故，開展了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)水文、勘查資料進(jìn)行了復(fù)核及數(shù)據(jù)分析，明確了該事故的開裂、隆起原因，對(duì)結(jié)構(gòu)破壞特征進(jìn)行了分析并結(jié)合受力機(jī)理按實(shí)際工況對(duì)地下車庫(kù)錨固結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了局部抗浮驗(yàn)算，并基于上述工作開展了該地下車庫(kù)結(jié)構(gòu)工程的永久抗浮加固方法研究。

2 工程概況

2.1 現(xiàn)狀

四川某大廈位于城市中心區(qū)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(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，主樓外純地下車庫(kù)為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)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(kù)抗水板板面標(biāo)高均為-15.4m。2018 年7 月初連日強(qiáng)降雨后，純地下車庫(kù)底板出現(xiàn)開裂、涌水；隨后對(duì)涌水及滲水部位采用注射聚氨酯類膨脹材料進(jìn)行堵漏處理，堵漏處理過程中對(duì)板面找平層、板面鋼筋保護(hù)層進(jìn)行了局部鑿除，后續(xù)地下室底板出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，最大變形值達(dá)212mm。

2.2 環(huán)境條件

四川某大廈詳勘報(bào)告，建筑物場(chǎng)地土屬于岷江水系I 級(jí)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(bǔ)給，卵石層透水性良好。主樓采用筏板基礎(chǔ)并以中密及以上卵石層作為基礎(chǔ)持力層；純地下室部分荷載較小，進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，若不滿足抗浮要求，應(yīng)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(duì)高程為498.00m，±0絕對(duì)標(biāo)高500.800m。

四川省水務(wù)局及氣象站相關(guān)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(shí)40分，沱江三皇廟水文站洪峰流量達(dá)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(lái)歷史第二大洪水。

該工程塔式起重機(jī)安裝方案以及錨桿工程施工資料：塔吊基礎(chǔ)尺寸7.1m×7.1m×1.7m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，基礎(chǔ)平面位置位于7～8軸之間，中心點(diǎn)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(chǔ)內(nèi)。塔吊基礎(chǔ)與抗水板分開澆筑，抗浮錨桿未穿透塔吊基礎(chǔ)進(jìn)入抗水板，抗水板與塔吊基礎(chǔ)無(wú)可靠連接。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

3.1 場(chǎng)地水位調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取并鉆探建筑物北側(cè)、東側(cè)及西側(cè)周邊3個(gè)降水觀測(cè)井點(diǎn)位，4月17日～4月28日期間測(cè)得水位數(shù)據(jù)見表1。

表1 水位測(cè)試結(jié)果

3.2 地下室隆起區(qū)域板面、梁底標(biāo)高測(cè)量

對(duì)隆起區(qū)域及周邊板面進(jìn)行了標(biāo)高測(cè)量，隆起區(qū)域與邊緣處正常區(qū)域最大高差為212mm；對(duì)隆起區(qū)域框架梁底部標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，框架梁底部標(biāo)高最大差值8mm，隆起區(qū)域框架梁梁底標(biāo)高未見明顯增加。

3.3 地下室抗水板開裂、強(qiáng)度、抗?jié)B檢測(cè)

根據(jù)芯樣混凝土單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，混凝土單軸抗壓強(qiáng)度最大值為43.5MPa，最小值為38.8MPa，標(biāo)準(zhǔn)值36.3MPa，滿足設(shè)計(jì)等級(jí)C30 的強(qiáng)度要求。根據(jù)混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果，抗水板混凝土抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P8，滿足設(shè)計(jì)等級(jí)P6的抗?jié)B要求。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)隆起區(qū)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(hù)層被剔除且板面鋼筋已出現(xiàn)明顯屈服，鑒于此，對(duì)最早出現(xiàn)涌水的7×1/G軸柱邊進(jìn)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(wěn)定性與隆起原因分析

4.1 抗浮穩(wěn)定分析

對(duì)原設(shè)計(jì)方案中的抗浮錨桿進(jìn)行了計(jì)算復(fù)核，結(jié)算結(jié)果表明原設(shè)計(jì)抗浮錨桿方案能滿足原抗浮水位2.8m 埋深的計(jì)算要求。

根據(jù)隆起區(qū)域存在塔吊基礎(chǔ)且該基礎(chǔ)與抗水板無(wú)有效可靠連接措施，塔吊基礎(chǔ)范圍內(nèi)抗浮錨桿未能進(jìn)入抗水板形成整體受力；根據(jù)隆起區(qū)域框架柱、梁的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及測(cè)量結(jié)果，框架柱無(wú)上浮情況出現(xiàn)，框架構(gòu)件未見開裂或變形，整體框架工作正常；2018年7月事故出現(xiàn)時(shí)臨近基坑已停止降水，且大氣降水明顯增加，基于以上三點(diǎn)對(duì)驗(yàn)算模型做以下三點(diǎn)假定：（1）柱下獨(dú)立基礎(chǔ)部分無(wú)上浮相對(duì)位移；（2）地下水浮力經(jīng)與上部結(jié)構(gòu)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(jiǎn)化為具有一定剛度的彈性支座，塔吊基礎(chǔ)范圍內(nèi)的抗浮錨桿忽略不計(jì)，改為按塔吊基礎(chǔ)厚度考慮自重荷載。

[錨固結(jié)構(gòu)局部抗浮穩(wěn)定算例一]

參照錨桿實(shí)際布置情況，對(duì)局部錨固體系進(jìn)行受力計(jì)算，兩端框架柱設(shè)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(xiàn)在框架柱支座處（圖2），與實(shí)際裂損情況一致。

[錨固結(jié)構(gòu)局部抗浮穩(wěn)定算例二]

采用YJK1.9.3 版計(jì)算軟件對(duì)地下室整體進(jìn)行抗浮模擬計(jì)算，計(jì)算過程中假定抗水板剛度無(wú)變化，其余各參數(shù)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(jìn)行二階段抗水板位移模擬分析（圖4）計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際隆起區(qū)域規(guī)律一致，抗水板位移模擬值為135mm 小于實(shí)際值212mm。

圖1 柱間板帶錨固體結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

圖2 柱間板帶錨固體結(jié)構(gòu)彎矩簡(jiǎn)圖

圖3 抗浮水位時(shí)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(guān)工程、水務(wù)資料及后期檢測(cè)、鑒定、計(jì)算分析，該工程事故原因可從以下三個(gè)方面論述。

（1）“天”指的是天氣、外部環(huán)境帶來(lái)的非可預(yù)見的影響因素，根據(jù)四川省成都地區(qū)1961 年至2011 年近50 年的降水量［2］，按每10年進(jìn)行了對(duì)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(bào)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(shí)2018 年7 月成都市頻繁出現(xiàn)特大暴雨，持續(xù)時(shí)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(dá)到甚至突破設(shè)計(jì)極限狀態(tài)。

（2）“地”指的是場(chǎng)地因素，本工程場(chǎng)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(bǔ)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(jié)構(gòu)受力特征［3］，同時(shí)由于塔吊基礎(chǔ)內(nèi)的抗浮錨桿未能與抗水板基礎(chǔ)形成整體受力，基于此，抗浮體系局部出現(xiàn)薄弱點(diǎn)并率先于柱邊出現(xiàn)沖切破壞特征。

（3）“人”指的是人為因素，在調(diào)查取證過程中發(fā)現(xiàn)，7月份出現(xiàn)涌水時(shí)抗水板未見明顯隆起變形，在堵漏施工進(jìn)行過程中對(duì)抗水板上部150mm厚找平層以及板面鋼筋保護(hù)層進(jìn)行較大面積鑿除，對(duì)所有滲水及涌水點(diǎn)位進(jìn)行注射聚氨酯等膨脹材料進(jìn)行封堵，此后抗水板出現(xiàn)明顯隆起。堵漏前由于水壓力可通過裂縫及薄弱處噴射進(jìn)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(dǎo)致抗水板迅速出現(xiàn)隆起、鋼筋出現(xiàn)明顯屈服。

4.3 地下車庫(kù)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(duì)地下室進(jìn)行抗浮加固處理重點(diǎn)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(jié)構(gòu)上加恒載來(lái)平衡浮力的“壓重法”；用抗拔樁或抗拔錨桿來(lái)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(duì)周邊建筑影響較大，對(duì)各類方案計(jì)算比選，壓重法計(jì)算所需配重影響后期車庫(kù)使用，即使結(jié)合引排法也無(wú)法根治，故選用止水帷幕局部降水泄壓后增設(shè)抗浮錨桿的方法進(jìn)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(shù)量為210 根，樁徑為500mm，搭接寬度不應(yīng)小于200mm，旋噴樁樁端進(jìn)入基巖確保止水帷幕效果；通過計(jì)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(jì)算要求；通過計(jì)算配置L 形短鋼筋連接抗水板及塔吊基座，對(duì)新舊混凝土界面進(jìn)行處理，使塔吊基座與抗水板形成整體抗浮體系，該區(qū)域抗浮錨桿提供的抗浮力作為額外安全儲(chǔ)備。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)四川某大廈地下車庫(kù)因暴雨引發(fā)的抗水板局部隆起、開裂事故，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及勘查、設(shè)計(jì)、施工、水文等工程資料綜合分析，明確了事故原因以及結(jié)構(gòu)破壞機(jī)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(fā)生通常不是某種單一因素導(dǎo)致的，而是多種因素綜合影響下的結(jié)果。本文研究工作對(duì)地下室局部上浮問題具有一定參考意義。