地下室工程抗浮锚杆加固处理

2016-07-26陈氏凤

浙江建筑 2016年5期

关键词：抗浮底板锚杆

万　成，陈氏凤

(1.同济大学土木工程学院，上海 200092；2.杭州宏华置业有限公司，浙江杭州 311100；3.浙江建设职业技术学院，浙江杭州 311231)

地下室工程抗浮锚杆加固处理

万成1，2，陈氏凤3

(1.同济大学土木工程学院，上海 200092；2.杭州宏华置业有限公司，浙江杭州 311100；3.浙江建设职业技术学院，浙江杭州 311231)

摘要：针对地下室采用筏板基础，实例分析由于地下水浮力作用造成地下室底板局部上浮起拱变形问题，依据不同工况下抗浮安全稳定性验算结果，结合现行规范采用抗浮锚杆进行加固处理，并分析了地下室抗浮加固措施的经济效果，实践证明抗浮锚杆加固处理方案是一种较为可行的抗浮措施。

关键词：地下室筏板基础；抗浮锚杆；加固处理；工程造价

在城镇化建设进程中，建筑的体量和规模越来越大，地下室结构应用也越来越多，地下空间的合理利用不断扩大，由于地下水浮力作用造成地下室整体或局部的拱变形产生裂缝导致严重漏水，甚至造成严重人员伤亡和财产损失。当地下水位上升，对地下室底板产生浮力，基底反力减少；当浮力继续增大，直至等于或大于结构荷载时，基底反力等于零，地下室的结构抗浮不满足要求，需要采取其他处理加固措施[1-3]。如《建筑地基基础设计规范(GB 50007—2011)》《高层建筑筏形与箱形基础技术规范(JGJ 6—2011)》《高层建筑岩土工程勘察规程(JGJ 72—2004)》等规范对地下室抗浮措施有不同的说明，一般采取降低地下水位、增加结构自重和回填土的深度、增设抗浮桩(锚杆)等一种或几种的组合的方法。在施工阶段和使用阶段，地下室抗浮措施略有不同，不同阶段的工程实践表明[4-7]：合理采用抗浮锚杆来保证地下室的抗浮措施，可以节约材料，缩短施工工期，有效控制工程造价，具有明显的推广优越性。

笔者通过实例分析由于地下水浮力作用造成地下室底板局部上浮起拱变形问题，结合现行规范采用抗浮锚杆进行加固处理，优化抗浮锚杆设计方案和措施。

1工程概况

某新建工程场地地形有起伏，地面标高在3.14～7.65 m之间，主要由7栋6～12层公寓及附属2层商铺组成。建筑物采用框架剪力墙结构，其中有5栋单体建筑通过位于2#、3#、4#楼与6#、7#楼之间一层的地下室(-/①轴)相连。单体建筑地下室部分有2层，采用人工挖孔桩基础，底板混凝土厚度400 mm，混凝土强度等级C30，承台、地梁、底板采用自防水混凝土，抗渗等级P6。

图1为地下室的基础平面图，其中单层地下室部分是指图示的中间部分，南北是单体建筑的基础，整个地下室相通，施工阶段设置纵横后浇带。整个地下室长度173.20 m，宽度38.10～45.30 m；纯地下室顶板面标高-1.700 m，板厚200 mm，混凝土强度等级为C30，顶板覆土厚度1.40 m。地下室设计采用筏板基础和抗浮锚杆(技术参数见表1中说明部分)，筏板板面标高-6.300 m，筏板厚400 mm，框架柱板底设有两个方向的板带(板带宽度2 500 mm，厚度450 mm)和反向柱帽，反向柱帽长宽2 500 mm、高450 mm，混凝土强度等级为C30。

图1　地下室基础平面图

根据地质勘察报告，场地勘察深度(30 m)范围内地基土地层结构可划分为5层8亚层，场地上部地下水类型属孔隙潜水，主要受大气降水及平原河流水系侧向补给，并与河、塘呈互为补给关系，以侧向径流、居民生活用水及蒸发为主要排泄途径，地下水水位动态变化随气候和季节性年变化幅度为0.50～1.5 m,抗浮设计水位标高4.00 m(黄海高程)。

2地下室底板局部起拱变形问题分析

2.1地下室底板局部上浮变形问题的情况

由于整个地下室顶板准备施工SBS卷材防水层，西侧外侧没有回填土，严重积水，水位比地下室顶板低约600 mm，水面约20 m2。在施工巡查过程中，发现地下室-轴、②-⑤轴区域(图1中的西侧)出现了地下室底板面高低差异较大，该区域汽车坡度两侧的砖墙体与顶板梁和构造柱之间的粉刷层有较明显的长裂缝，地下室顶板的梁、板、柱等没有发现裂缝等一系列现象，因此初步判断地下室底板局部可能上浮变形。通过对该上浮区域底板进行约一个多月的变形测量监测，证实了初步判断，测出该区块地下室底板变形上浮最大值263 mm。

为防止变形进一步加大，对该上浮区域地下室底板采取了开孔泄水的措施来降低底板下面的水压力，开孔泄水后地下室局部上浮的底板逐渐回落了约240 mm，地下室底板混凝土在单体建筑外轴线附近出现了长长的混凝土贯穿性裂缝，同时不断有水流出。见图2、图3。

图2　地下室北侧底板裂缝

图3　地下室南侧底板裂缝

2.2地下室底板局部上浮原因分析

2.2.1地基土层局部置换不及时

工程地质勘察报告中显示地下水埋藏较浅，地下室基础的地质土层③-1的水平渗透系数Kh=6.1×10-7cm/s，垂直渗透系数Kv=4.5×10-7cm/s。纯地下室设计长度173.20m，宽度38.10～45.3m。在实际基坑施工过程中，在-轴单层地下室底板②-⑤轴范围的土方开挖到设计标高后，发现有淤泥质黏土，故采用级配砂石换土。在地下室的后浇带完全封闭后，施工单位没有按照要求对地下室剪力墙与基坑围护结构形成的空间进行回填土施工，不重视基坑施工的降排水。雨水的不断汇集，导致局部地下室底板水浮力远远大于地下室底板承受的结构荷载和对应抗浮锚杆极限承载力之和，引起地下室底板局部上浮起拱变形产生裂缝。

2.2.2工程降水排水措施不到位

施工准备阶段，周边场地高，基坑低，基坑西南侧有雨水集汇点，原排水明沟沿基坑南侧向东排出河道。在基坑施工阶段，采取放坡土钉支护措施，原排水明沟部分被破坏，只能靠人工用水泵将汇集雨水抽到城市道路的雨水管中；若是不及时人工排水，基坑周边的侧向径流、雨季期间雨水等就可能流向基坑，不断渗入地下室底板下面的换填砂石土层空隙处。

2.2.3地下室底板起拱变形的内外因分析

地下室底板起拱变形的内因是地下室的抗浮措施——抗浮锚杆抗拔承载力取值偏小，没有满足局部抗浮安全稳定系数(表1)；外因是不及时排出基坑周边雨水，造成地基土层置换形成的储水空间水浮力不断增大，超过了局部地下室结构自重和对应的抗浮锚杆抗拔承载力之和，引起地下室局部起拱变形。

2.3地下室工程抗浮稳定安全性验算

根据《建筑地基基础设计规范(GB50007—2011)》规定，建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，一般情况下抗浮稳定安全系数可取1.05。《高层建筑筏形与箱形基础技术规范(JGJ6—2011)》规定，当建筑物地下室的一部分或全部在地下水位以下时，应进行抗浮稳定性验算，系数可根据工程重要性和确定水位时统计数据的完整性取1.0～1.1。本实例针对地下室工程(按照最大跨柱网尺寸)不同工况下局部抗浮稳定安全性验算结果见表1，其中工况 Ⅰ 的不及时降水、顶板完成覆土的K值出现大于1.05是表明顶板覆土与否对地下室抗浮作用是有影响的。工况 Ⅱ 表明该地下室工程局部抗浮安全稳定系数没有达到规范要求，必须采取抗浮加固措施。

表1　地下室工程工况Ⅰ、Ⅱ局部抗浮稳定安全性验算

备注：±0.00m等于黄海高程5.30m，抗浮水位4.00m。地下室结构底板面标高-6.30m，地下室顶板标高-1.70m。

底板厚度400mm，板带厚度450mm，板带宽度2.30m；顶板厚度180mm(梁尺寸wkl：400×800，wl：300×650)。

地下室柱网尺寸(横向×纵向)：6.30m(6.20、6.3、6.0、7.50m)×8.10m(6.00、6.60、8.10m)。

原抗浮锚杆设计参数：长度为8.30m，锚固段830mm，锚固体水泥砂浆M30直径120mm，注浆压力5MPa，锚杆体用Ⅲ级直径20的钢筋，抗拔设计承载力35kN，梅花状布置，间距2m。

Ⅰ表示按照图纸施工，Ⅱ表示施工过程中取消板带的做法，其他按照图纸施工，其中K=(G0+G1+N2)/F0。

3地下室工程抗浮锚杆加固处理

3.1抗浮锚杆加固处理方案原则

针对该实例工程地下室变形起拱问题，工程局部抗浮稳定安全系数没有满足现行规范的要求(表1)。地下室结构施工已经完成和地下室顶板覆土厚度的条件限制，使得原设计的抗浮钢筋锚杆基本失效。其次，严格按照现行的相关规范的要求，暂不考虑地下室空间结构抗浮变形的能力和地下室带钢筋网地坪混凝土的自重，合理确定锚杆的抗拔设计承载力，优化锚杆分布的位置，明确锚杆的数量，选用先进的锚杆施工工艺和严格有效的控制措施组织施工。最后，地下室底板的变形及产生的裂缝，采用预注浆对空隙进行填充。对砂石换土处采取预注浆将砂石土中的水尽可能地置换成水泥浆，及时对地下室外围的回填土进行施工防止积水，以阻止底板下的水压力的进一步增加。

抗浮锚杆加固处理主要措施如下。

1)施工加固方案：对地下室底板全部范围进行抗浮锚杆加固。钢筋抗浮锚杆锚固体直径120mm，配2根直径28的Ⅲ级精轧螺纹钢筋，进入中风化泥灰岩3.0m，锚杆杆体用30mm厚度的钢板与底板钢筋混凝土锚固，采用P42.5水泥，水灰比0.5～1.1，注浆压力为5MPa，锚杆长度10.3m，单根锚杆抗拔承载力215kN，锚杆间距为3.0m×3.0m。

2)填充式注浆：对地下室底板可能的空隙、砂石换填区块进行填充注浆。按照从少水处到多水处，在多水地段，应先两头，后中间的施工顺序进行置换注浆。孔位置与加固锚杆孔位置重叠，间距6.0m×6.0m，注浆孔直径100mm，孔深等于结构底板厚度和垫层厚度之和，注浆压力1.5MPa。遇相邻的注浆孔有浆液渗出就停止注浆，进入下一注浆孔注浆。

3)抗浮加固处理施工部署：优化论证抗浮锚杆设计承载力、分布位置、锚杆施工工艺、注浆工艺等参数和施工方案。首先对地下室加固区域底板开孔泄水,同时加快地下室顶板的覆土施工，然后对地下室底板混凝土开孔进行填充式注浆，施工抗浮锚杆，检测合格后用高强遇水膨胀的材料封堵孔洞并锚固锚杆杆体，施工地下室底板结构渗漏水，最后施工地下室混凝土地坪。

3.2加固抗浮锚杆的稳定性验算

地下室抗浮锚杆施工养护期后以2倍的设计抗拔承载力对抗浮锚杆承载力进行抗拔检测报告合格，地下室局部抗浮稳定安全系数符合规范要求：K>1.05，计算见表2。

表2　地下室抗浮锚杆加固处理局部抗浮稳定安全性验算

备注：±0.00m等于黄海高程5.30m，抗浮水位4.00m。地下室结构底板面标高-6.30m，地下室顶板标高-1.70m。底板厚度400mm；顶板厚度180mm(梁尺寸wkl：400×800，wl：300×650)。地下室柱网尺寸(横向×纵向)：6.30m(6.20、6.3、6.0、7.50m)×8.10m(6.00、6.60、8.10m)。

加固的抗浮锚杆设计参数：长度为10.30m，进入中风化泥灰岩锚固段3m，直径120mm，锚杆水泥浆水灰比0.5～1.1，采用P42.5水泥，注浆压力5MPa，锚杆体用Ⅲ级直径28的钢筋2根，抗拔设计承载力215kN，间距3m×3m。

Ⅲ表示地下室加固抗浮锚杆施工的情况，其中K=(G0+G1+N2)/F0。

3.3抗浮锚杆加固的经济效果分析

在本工程实例中，原来设计地下室抗浮锚杆共计1 600根，单根造价550元，工程造价88万元。由于抗浮锚杆设计承载力取值不足，原地下室抗浮措施失效，造成地下室底板起拱变形、结构混凝土裂缝渗漏水等质量问题，严重浪费原来抗浮锚杆的工程造价，并增加了额外的加固抗浮锚杆成本和工程建设延期费用。

针对本例地下室局部上浮起拱变形问题，通过优化加固方案中抗浮锚杆的数量减少150根(节约造价38.85万元)，实际施工的抗浮锚杆共计610根，单根造价2 590元，合计造价157.99万元。在抗浮加固设计方案进行施工时，填充式注浆造价15万元，结构裂缝修补10万元，增加地坪钢筋混凝土约25万元，地下室起拱变形加固的工程造价合计208.99万元。若是原设计的抗浮锚杆承载力取值提高，增加一定的工程造价，保证地下室抗浮措施满足不同工况的要求，就不会出现地下室的起拱变形，完全可以节省事故处理的工程费用和延误交房造成的损失，这一点应该引起建设参与者的足够重视。

4结语

实践表明，地下室工程抗浮锚杆措施应该针对不同地下室位置的范围、底板的结构形式、地下室顶板的覆土深度、最大抗浮水位、地下室空间结构作用等因素，对地下室进行抗浮整体安全稳定性验算和局部安全稳定性的验算。在满足稳定安全性的条件下，合理调整抗浮锚杆的设计抗拔承载力、数量、位置等，配合地下室基础底板的刚度设计，合理降低地下水对地下室结构产生越来越大的浮力等措施，在设计阶段，通过合理优化，以合理的工程造价达到地下室起拱变形的加固处理的目的，从而减少处理地下室抗浮事故发生，来实现降低工程总造价，实现全周期工程造价控制。

参考文献

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收稿日期：2015-12-21

作者简介：万成(1968—)，男，湖北大冶人，高级工程师，从事建设工程管理工作。

中图分类号：TU94+3

文献标志码：B