某在建工程地下室上浮結構檢測鑒定及加固分析

張長雷

安徽省建設工程測試研究院有限責任公司 安徽 合肥 230051

1 工程概況

1.1 項目概述

合肥某在建工程地下室為鋼筋混凝土框架結構，地下室建筑面積約為22000m2，地下層數(shù)1層，地面覆土，設計覆土厚度為1.2m。基礎為樁基礎加防水板，樁基為預應力管樁，設計樁基不作為抗拔樁使用，防水板厚度為250mm，地下室頂板厚度為150mm。該地下室位于兩棟12層的主樓之間，設計為地下車庫，地下室頂板標高為-1.35m，底板板面標高為-4.85m。地下室頂板、底板及框架梁柱混凝土設計強度等級為C30，防水板抗?jié)B等級P6。

1.2 場地地質及地下水綜述

根據(jù)巖土工程勘察報告（詳勘），場地現(xiàn)狀為耕地，地貌為河漫灘地貌單元。場地內地基巖土構成層序自上而下為：①層耕土，層頂高程6.01m～6.94m，層厚0.50m～1.40m。②層粉質黏土，層頂埋深0.50m～1.40m，層厚0.50m～1.80m。③層淤泥質粉質黏土，層頂埋深1.50m～2.50m，層頂高程3.91m～5.13m。④層粉土夾粉細砂，層頂埋深3.50m～5.20m，層頂高程1.44m～3.20m。⑤層粉細砂層頂埋深7.30m～9.30m，層頂高程-2.75m～-0.70m，層厚2.80m～6.10m。⑥層中粗砂夾礫石，層頂埋深11.40m～13.80m，層頂高程-7.49m～-4.75m，層厚18.40～21.20m。

該場地地下水類型為上層滯水和潛水。上層滯水主要賦存于①層耕土層中，無自由穩(wěn)定水面，主要補給來源為大氣降水，地下水位隨季節(jié)變化，主要以蒸發(fā)方式排泄，并受地表水徑流影響；潛水主要賦存于②層粉質黏土、③淤泥質粉質黏土、④層粉土夾粉細砂、⑤層粉細砂、⑥層中粗砂夾礫石層中，主要以側向徑流方式補給和排泄。抗浮設防水位按建筑建成后室外地坪下1.00m（確保水系連通）取值，室外地坪標高為-0.150m。

2 現(xiàn)場調查及損傷檢測

2.1 地下室底板脫空情況調查

該項目在完成主樓及地下室主體結構施工時，地下室頂板未覆土，正值合肥夏汛期，遭遇持續(xù)強降雨。施工方巡查發(fā)現(xiàn)地下室出現(xiàn)局部上浮，框架柱、底板及頂板出現(xiàn)裂縫變形等情況后，采取鉆取3處直徑100mm的泄壓孔、搭設支撐等臨時處理措施，并在泄壓孔周邊砌筑水池。泄壓水頭最大高度約為1.2m，水質基本呈清澈，未見淤泥、渾濁等，水池底見少量細沙，這與地下室底板位于⑤層粉細砂層比較符合。由于底板厚度為250mm，厚度較薄，采用管道內控鏡、探鉤調查底板脫空情況。經(jīng)調查，泄壓孔處土層因受水流沖擊產(chǎn)生松動、流失，泄壓孔周邊0.5m范圍發(fā)現(xiàn)底板輕度脫空情況。

2.2 地下室構件損傷檢測

經(jīng)普查，該地下室受損區(qū)域集中在A軸~W軸交2軸~14軸，受損區(qū)域面積為862m2，框架柱和頂板出現(xiàn)損傷，未見框架梁出現(xiàn)裂縫。受損構件主要表現(xiàn)形式：①受損數(shù)量，共計9根框架柱、2處頂板出現(xiàn)裂縫，柱底多于柱頂，頂板出現(xiàn)裂縫情況較少；②受損嚴重程度依次為框架柱底、柱頂和頂板，柱底裂縫偏大，柱裂縫最大寬度為0.12～0.54mm，裂縫最大深度為4～10cm，個別柱底混凝土壓碎；3根框架柱頂均為角部裂縫，局部鑿除裂縫，梁主筋未出現(xiàn)屈服彎曲現(xiàn)象；頂板裂縫基本呈斜直線展開，裂縫基本延伸至板邊，所抽檢裂縫最大寬度為0.21～0.72mm，裂縫為貫通裂縫。受損構件裂縫檢測結果詳見表1。

表1 受損構件裂縫檢測結果

3 結構檢測

3.1 地下室結構施工質量檢測

根據(jù)《混凝土結構現(xiàn)場檢測技術標準》GB/T 50784-2013及委托要求，經(jīng)現(xiàn)場檢測，受損框架柱的混凝土現(xiàn)齡期強度、截面尺寸、鋼筋配置及鋼筋保護層厚度符合設計及規(guī)范要求；抽檢的柱頂主筋直徑符合設計及規(guī)范要求；受損柱最大傾斜量為7mm（此數(shù)值包括施工偏差），未超過《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50204-2015規(guī)定的限值；受損頂板的板厚、鋼筋配置及鋼筋保護層符合設計要求，受損板周邊的框架梁混凝土強度符合設計要求；底板三處泄壓孔的芯樣混凝土抗壓強度符合設計要求。由于地下底板未出現(xiàn)嚴重脫空現(xiàn)象。查閱施工質保資料，管樁的低應變和承載力檢測結果合格，排除地下室局部上浮與施工質量之間存在因果關系。

3.2 地庫與相鄰主樓相對高差、頂板及底板相對高差

現(xiàn)場采用全站儀檢測該地庫與相鄰主樓相對高差，共布置28各測點，基準點為主樓1m線位置。其中，13個測點最大高差為（1~10）mm，14個測點最大高差為（11~20）mm，1個測點最大高差為23mm。經(jīng)檢測，地庫相對于相鄰主樓向上最大偏移23mm，上述數(shù)值包括施工偏差。

現(xiàn)場采用全站儀檢測頂板及底板的相對高差，反映其變形情況。基準點為上浮區(qū)域外的頂板和底板，共檢測17塊頂板、9塊底板。經(jīng)檢測，頂板相對高差最大為25mm，底板相對高差最大值為23mm，上述數(shù)值包括施工偏差。

4 局部抗浮穩(wěn)定驗算、上浮原因分析

該一層地下室基礎為樁基礎加防水板，設計采用頂板覆土壓重的抗浮措施，覆土設計厚度為1.2m，覆土容重按18kN/m3，地下室頂板標高為-1.35m，底板板面標高為-4.85m，底板厚度為250mm，抗浮設防水位按擬建建筑建成后室外地坪下1.00m（確保水系連通）取值，室外地坪標高為-0.150m。經(jīng)調查了解地下室上浮前期，主體結構完后，停止降水措施，且頂板未進行覆土。按照設計工況和實際工況進行局部抗浮驗算，根據(jù)地庫實際軸網(wǎng)布置，選取其中負荷面積最大處進行復核，負荷面積為5.5m×7.8m，室外地坪標高為-0.150m，抗浮水位按室外地坪下1.0m計算。地下室局部抗浮驗算結果詳見表2。

表2 地下室局部抗浮驗算結果

由表2可知，在設計工況下，地下室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)剛好滿足規(guī)范《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB 50007-2011抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.05的要求；實際工況下，未考慮覆土壓重等抗力，地下室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB 50007-2011的要求。

根據(jù)現(xiàn)場調查及上述局部抗浮穩(wěn)定驗算結果，綜合分析地下室局部上浮的主要原因：①擬建場地地下水類型為上層滯水和潛水，地下室雖已回填，但回填土未進行有效壓實，地下室與基坑之間形成肥槽。雨水進入肥槽，滲入板底，引起板底水浮力增大。當水浮力大于結構自重時，地下室發(fā)生上浮情況；②地下室主體結構完成后，停止降水措施，且未在頂板部位按照設計要求覆土。周邊環(huán)境發(fā)生變化后，地下室缺少必要抗浮力，導致地下室上浮。

5 地下室構件損傷程度評價

根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》GB 50010-2010、《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50204-2015，結合檢測結果，評價框架柱、頂板的損傷程度。對于淺表層裂縫或裂縫寬度小于0.3mm的構件，評為一般缺陷。一般缺陷不會對結構性能、使用功能造成嚴重影響，但有礙觀瞻，也應及時處理，并重新檢查驗收；柱底或柱頂混凝土壓碎、裂縫深度超過鋼筋保護層厚度及裂縫寬度大于0.3mm的構件，評為嚴重缺陷。嚴重缺陷影響結構安全使用，應采取相應的加固處理措施[1-2]。

6 加固處理措施

6.1 抗浮加固措施

地下室出現(xiàn)上浮跡象后，應及時采取底板開孔泄壓、頂板及底板增加壓重等臨時應急措施，同時延長底板與室外降水之間的滲流途徑或切斷水力聯(lián)系，減少外界環(huán)境變化的影響。常見的抗浮處理措施有設置抗浮錨桿、設置抗拔樁抗浮、增加結構配重等方法。針對本項目采取抗浮加固措施：在頂板分級覆土，以便地下室構件盡快復位，減少損傷。分級覆土過程中，監(jiān)測構件的變形情況。做好基坑與地下室之間的地面硬化措施，疏通排水渠道，啟用周邊降水井。采取處理措施后，根據(jù)監(jiān)測結果，地下室相對于相鄰主樓明顯復位，沉降趨于穩(wěn)定。

6.2 受損構件加固措施

對地下室底板出現(xiàn)輕度上浮脫空情況，在底板出現(xiàn)變形較大部位和原泄壓孔位置，采取注漿加固措施。注漿加固設計前，應進行室內漿液配合比試驗和現(xiàn)場注漿試驗，確定設計參數(shù)，施工方法和設備。應采用跳孔間隔注漿，且先外圍后中間的注漿順序。當?shù)叵滤魉佥^大時，應從水頭高的一端開始注漿[3]。

對于淺表層裂縫或裂縫寬度小于0.3mm的一般缺陷構件，可采取裂縫封閉等修補措施。

對于柱底和柱頂混凝土壓碎情況，可對壓碎部位混凝土進行置換處理；對于裂縫深度超過鋼筋保護層厚度及裂縫寬度大于0.3mm的框架柱，采取壓力灌漿裂縫處理。壓力灌漿處理完畢后，再采取粘鋼加固框架柱[4]。對出現(xiàn)裂縫的頂板和底板，使用壓力灌漿處理完畢后，在頂板兩面雙向粘貼碳纖維，底板板面垂直于裂縫粘貼鋼板并用鋼板壓條、錨栓錨固，加強板的整體性和提高承載力。

7 結束語

地下室上浮一直是地下結構工程面臨的突出問題。近年來，許多學者和專家開展了既有建筑或在建工程地下室上浮的相關研究工作，尤其是在建工程地下室上浮方面的研究[5-7]。在建工程由于施工過程中，未能及時按照設計要求增設壓重等荷載，加之遭遇強降雨，地下室底板與室外地面之間的水頭差增大，浮力作用值增大，建筑自重及壓重等抗力不足，易導致地下室上浮，構件發(fā)生變形、開裂等現(xiàn)象。筆者以合肥某在建工程地下室局部上浮問題為例，通過現(xiàn)場調查、檢測、分析上浮原因等，評價地下室結構構件的損傷程度，提出加固處理措施。經(jīng)過抗浮處理和加固后，地下室在后續(xù)的使用過程中未出現(xiàn)異常情況。