地下室上浮事故实例分析与处理

2014-09-14易鹏

中国新技术新产品 2014年10期

易鹏

（广东湛江 524000）

建筑工程地下室结构自重和上覆土不足以抵消地下水浮力，可通过加设垂直抗浮锚杆的做法来免除地下水浮力造成的不安全影响，从而确保了地下室结构的稳定性和安全性。应用此种做法多出现于沿海城市，处理地下水浮力问题多采用垂直抗浮锚杆的做法，取得效果良好。垂直抗浮锚杆施工便捷且成本低廉，因而应用较为广泛。

1 工程概况

湛江某大厦工程项目占地面积为17100平方米，规划设计为综合性酒楼，包括56层塔楼、3层地下空间结构和7层商业裙楼，选用桩基础形式，基础设计开挖深度为10米，施工现场周边主要包括各类商业建筑、住宅建筑和城市交通要道等。施工场地地质依次分为7个地质岩层，即素土层、粉砂层、粗砂层、粉质粘土层、、中砂层、波层状粘土层和粉质粘土层。桩基础采A类PHCФ400*95mm/高强预应力管桩。地下室底板采用C30S8防水混凝土，地下室剪力墙采用C35S8防水混凝土。所有建筑物的结构形式均为框架结构，而地下基础的结构形式则为天然基础加设抗拔锚杆。本项目建设地点的地形较为平坦，项目所处地区为南亚热带，常年降雨量较大，地下水位高，与湛江水系相通。在地下室结构成型、部分建筑主体结构将近封顶且地下室顶板覆土未完工，受连续降雨天气影响，地下室结构出现了不同程度的上浮问题。其中，有上部框架结构的地下室未出现整体上浮，而未有上部框架结构的地下室出现了整体上浮问题，地下室部分底板构件、柱构件、梁构件和部分顶板构件出现了不同程度的开裂。从地下室车库的横断面看，受到地下室整体上浮问题的影响，地下车库的侧面墙也出现了不同程度的开裂。

2 地下室上浮事故分析与处理

2.1 事故原因分析

（1）地质情况。根据项目建设地点的地质勘察报告来看，本项目±0.000标高为黄标4.39米，地下室结构基础底板的设计标高为-6.6米，处于砂质粘土结构层，属于中粗粒黑云花岗岩残积土，积土厚度为8.0米～18.4米，其持力层分布较为稳定，拥有0.81孔隙率和2.4MPa压缩模量，其土体凝聚力为29.5kPa，内摩擦角度为28.4°，且未有振动液化土存在，属弱透水层，承载标准值可达到210kPa，最高地下水位为1.8米。根据现场验槽结果来看，地下室所处底层土质的情况和地质勘察报告对持力层情况描述基本一致，地基开挖施工正值湛江地区雨季，地下水极为丰富，地下水位几乎达到了地质勘察报告中给出的最高地下水位。

（2）抗浮力设计。本项目在施工图设计中对抗浮力设计主要采取了三个方面的措施，即地下室基坑内分层回填1.35米厚的石粉屑并夯实、地下室底板外挑0.4米且肋形反梁挑头至边和地下室侧面墙0.5米范围以内采取2:8石灰土分层回填。按照地质勘察报告所描述的地下水位情况，本项目地下室最大浮力为：

总浮力：

地下室结构自重：

地下室回填土方重：

总抗浮力：

抗浮系数：

（满足规范的基本要求）。

（3）施工过程。

地下室在完成施工后于正常状态下抗浮力是充足的，但是在地下室基础底板施工正处雨季，降水量大，地下室基坑内排水系统不完善，且未采取其他适当的抗浮力手段，在地下水位升至最高位置就会造成总抗浮力不足的问题，由此引起地下水上浮。而停止降水期间，地下水位相对较低，浮力小，上浮力要克服底板自重和底板与地下室基地的粘着力，上浮过程较为缓慢。在这一过程中，地下水位随地下水于土体渗透而自然下沉，与此同时，底板基面残存泥沙量较少，复位阻力小，因此难以快速复原。随着基坑周边土的不断回填，地下水位重新上升，浮力逐步增大，且地下室底板与基底粘着力在前期已遭破坏，因此这一阶段地下室底板的上浮速度明显加快，上浮至一定高度，基坑周边的回填土发生坍塌，地表水和地下水形成径流，大量的泥沙倒入基底面，于地下室底板和基地之间形成泥沙质垫层，同时地表水径流导致泥沙质垫层两端薄厚不一，底板中部呈悬空状态。地下室基坑水位继续攀升，浮力继续增大，当浮力增加到可以克服地下室结构自重、地下室底板与基底粘着力和地下室底板与侧壁少量回填土的摩擦力时，整个地下室结构相当于上浮的空箱子，此时地下室受到的总浮力为58552.82kN（此时地下室内未回填土方），此时抗浮力主要由三部分组成，即：

地下室结构自重：26362.27kN（此时地下室内未回填土方）；

地下室基础底板外挑部分的覆土重：3116.52kN（施工中本部分覆土未经夯实发生的折减）；

地下室基坑侧面墙壁的摩擦力：10820.88kN。

伴随着地下水位的继续上升，基坑周边的回填土方发生坍塌，侧面墙壁的摩擦力完全失效，此时的总抗浮力为29478.79kN，抗浮系数则为：29478.79/58552.83=0.5035≤ 1.05，总浮力大于抗浮力，因而地下室会发生上浮事故。

2.2 地下室加固处理（加设垂直抗浮锚杆）

加设垂直抗浮锚杆工艺流程如图1所示。

（1）每个分段垫层在施工完毕并保证初凝即可进行定位放样，利用全站仪测放各个工区抗浮锚杆的孔位，以木桩做标记并依次编号，锚杆的孔位偏差可允许控制在50mm以内；

图1 加设垂直抗浮锚杆工艺流程图

（2）衬垫木枋保证钻进的平稳性，确保整个打眼成孔过程不受晃动影响，采用掉线法精调钻杆的垂直度，控制偏差在1%以内，钻头要对准锚杆孔位；

（3）打眼成孔直径为Φ150，各孔位可允许偏差应控制于±50mm以内，根据现场施工需要，打眼成孔过程技术管理人员应时刻注意成孔内的返浆变化，即时调整工艺以保证打眼成孔顺利进行，成孔的深度通常要求比设计深200mm左右。打眼成孔过程以泥浆循环护壁规避塌孔；

（4）首先以泥浆清孔，然后利用压力泵注清水洗孔，排除沉渣，直到孔口位置有清水返出且再无大量沉渣即可，特别注意清孔时间不宜太长，主要考虑长时间清孔可能会造成塌孔而影响到灌浆质量；

（5）利用塔吊或钻机架将锚杆和灌浆管同步吊放入孔，安装过程中注意锚杆不得受到扭曲、弯折，下锚过程如遇到杆体无法下放至孔底，需将锚杆拔出，然后重新扫孔和下锚；

图2 锚杆立面大样图

（6）注浆加设垂直抗浮锚杆对地下室作加固处理的最后一道工序。注浆的作用主要体现于填充土层孔隙以形成锚固体，可避免锚杆过度锈蚀，同时形成锚杆抗拔力。本项目应用加设垂直抗浮锚杆工艺，其注浆主要采用孔底返浆法，注水灰比为0.45和强度等级为42.5R普通硅酸盐水泥浆，水泥浆应保证良好的流动性便于泵送。注浆过程利用压浆泵，以Φ30 PVC胶管做导管，连接压浆泵和下锚，连接下锚一端在注浆过程中应保证与孔底15cm的距离，当注浆从孔口溢出即可将注浆导管逐步提出。因浆液凝固时收缩使浆而回落，必须及时进行补浆。值得注意的是，在注浆完成以后，锚杆头需做临时支撑，锚杆体不得承受外力或移动，确保锚杆一直处于孔心位置。如图2所示，即为成型以后的垂直抗浮锚杆结构大样。