某地下室上浮事故的典型损伤评估与分析

陈哲铭

(广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州 510500)

0 引言

随着国内大型高层商业建筑的普及，大体积地下室的使用已是普遍现象。在地下室上浮事故逐渐增多的当今，对事故中受损构件进行标准化的应急评估，可提高评估效率，使得加固、修复工作能及时开展，从而提高地下室上浮事故处理的时效性与安全性。

1 工程概况

广东某建筑工程，上部结构为多塔高层商业办公楼及商业裙楼，采用框架-剪力墙结构。该建筑物的地下室共5层，主要采用柱板或梁柱框架结构。纯地下室、裙房及多层结构采用天然地基上片筏基础(柱位局部加厚)，基础设正交布置的抗浮锚杆，设计要求锚杆入中微风化岩4m，单根锚杆的抗拔力特征值为500kN。该建筑物地下室平面布置如图1所示。

该建筑物毗邻地铁施工项目，地铁隧道部分位于该建筑物地下室下方，隧道顶距离建筑物底板底部最近约为7m。至上浮发生时，该建筑物主体塔楼结构已基本完成。

图1 地下室平面布置

2019年10月，施工单位现场的技术人员发现地下室局部区域存在异常情况，组织检查后确认地下室存在局部上浮的现象，部分混凝土柱、柱帽、侧墙及板构件开裂，且裂缝及损伤存在发展迹象。部分混凝土构件损伤如图2所示。

图2 部分混凝土构件受损外观

2 检测内容与结果

(1)对该建筑物地下室上浮情况进行初步调查，并对受损构件进行现场确认，大致确认该建筑物地下室主要受损区域与严重受损区域。地下室受损范围如图3所示。

图3 地下室受损范围

(2)对该建筑物地下室检查范围内的柱、柱帽、梁、侧墙、底板、楼板及填充墙体的裂缝、损伤、渗水情况进行全面检查和检测。检查结果表明，该建筑物地下室部分底板和楼板构件存在严重的变形、开裂、钢筋屈曲等现象；部分柱构件存在沿构件斜截面裂缝，且存在混凝土破碎现象；部分柱构件柱帽存在水平、斜向或竖向裂缝；部分侧墙存在多条“倒八字”斜向裂缝或多条近似平行的竖向裂缝；多个填充墙构件存在斜向裂缝，裂缝下端靠近地下室上浮区域；部分楼板、填充墙构件存在轻微裂缝。典型的裂缝、损伤如图4～图7所示。

图4 负五层柱帽水平开裂图5 负四层侧墙存在方向一致的斜向裂缝图6 负四层板面混凝土开裂、变形、钢筋屈曲图7 负四层柱的顶板板底混凝土沿柱帽边缘开裂、变形,钢筋屈曲

(3)对该建筑物地下室受损区域具备观测条件的侧墙、柱、底板及楼板构件的变形进行检测。检测结果表明，检测范围内侧墙构件的平面外位移量介于0 mm～38mm之间，柱构件的柱顶水平位移量介于2 mm～23 mm之间；底板相对高差值介于-48mm～+137mm之间，负四层～负二层楼板相对高差值介于-26mm～+130mm之间。

(4)采用斜测法对与直接受损构件相邻的柱构件上端及下端部采用超声法检测混凝土缺陷，对12个柱构件共21个区域进行了混凝土超声波缺陷检测。检测结果表明，该区域内有一个负二层柱下部区域(南面)存在2个异常测点，其它11个构件共20个区域在检测区域内未发现异常测点。

3 结构受损评估

3.1 评估原则

本次对检测区域内构件外观存在严重开裂、损伤或变形的构件定义为严重受损，对存在一般开裂或损伤的构件定义为中等受损，对存在局部缺陷或损伤的构件定义为轻度受损。

(1)对于重要的结构构件，如竖向承载构件(柱构件的柱身及柱帽或塔楼剪力墙构件等)，当出现影响构件承载能力的损伤时，应评为严重受损构件，并立即进行加固或替换处理。

(2)对于一般的结构构件，如楼板、地下室侧壁等，当出现受地下室局部上浮直接影响的损伤时，应评为严重受损或中等受损构件，并立即进行加固处理。出现其余损伤且损伤情况较轻时，可评估为轻度受损构件，并进行修复处理。

(3)对于非结构构件，如填充墙等，当出现受地下室局部上浮直接影响的损伤时，应评为中等受损构件。出现其余损伤且损伤情况较轻时，可评估为轻度受损构件，并进行修复处理。

3.2 评估结论

(1)2个底板及11个楼板存在严重变形、开裂、钢筋屈曲等现象，评估为严重受损构件；9个柱构件存在沿构件斜截面裂缝、混凝土破碎或柱帽水平、斜向、竖向裂缝，裂缝宽度介于0.2～5.0mm之间，评估为严重受损构件。

(2)6段侧墙存在多条“倒八字”斜向裂缝或多条近似平行的竖向裂缝，评估为中等受损构件；27个填充墙构件存在斜向裂缝，裂缝下端靠近地下室上浮区域，裂缝宽度介于0.10～10.0mm之间，评估为中等受损构件。

(3)27个楼板构件板底存在轻微裂缝，裂缝宽度介于0.10～0.55mm之间，评估为轻度受损构件；1段侧墙存在轻微竖向裂缝，裂缝宽度介于0.15～0.40mm之间，评估为轻度受损构件；11个填充墙构件在洞口处存在竖向或水平裂缝，裂缝宽度介于0.3～4.0mm之间，评估为轻度受损构件。

4 典型受损构件分析

4.1 柱构件

严重受损区域内部分柱构件存在混凝土破碎、箍筋张开等现象，裂缝与损伤位于较为薄弱的柱头，且主要发生在柱身一侧。经分析，该损伤主要是由于该批柱构件受到地下室上浮的直接影响，柱构件下端直接受到向上的浮力作用，但上端仍受到地下室整体结构的约束，从而发生轴心受压破坏或小偏心受压破坏。存在该损伤的柱构件因混凝土破碎导致有效截面积减小，箍筋张开导致对纵向钢筋的约束失效，受压承载能力受到严重削弱，且柱构件极易发生失稳。

4.2 柱帽

严重受损区域内部分柱帽存在水平、斜向或竖向裂缝。经分析，该损伤主要是由于地下室局部上浮区域内及区域周边柱构件复杂受力而导致。直接受到上浮作用的柱构件，对柱帽产生冲切影响，柱帽帽身对应产生冲切裂缝，或将该冲切作用传至柱帽与楼板交接处，沿交接处产生裂缝。部分上浮区域周边的柱构件因一侧受上浮作用，产生弯矩，因柱帽刚度较为薄弱，柱帽帽身亦会出现受弯裂缝。考虑到柱帽的几何形状，冲切裂缝与受弯裂缝均可能表现为水平、斜向或竖向裂缝，宜通过三维绘图方式对裂缝进行描述，对柱帽各面裂缝进行综合分析。

4.3 侧墙、填充墙

受损区域内侧墙、填充墙存在走向基本一致的多条斜向裂缝，其中部分侧墙的斜向裂缝呈“倒八字”，填充墙构件的斜向裂缝下端靠近地下室上浮区域。侧墙与填充墙的斜向裂缝均为地下室上浮导致的典型裂缝，主要是由于底板与楼板受到地下室上浮影响，产生向上变形，而与变形的板构件相接的墙构件水平两端均受到约束，导致刚度较大的墙身因变形不协调而产生多条方向基本一致的斜向裂缝。其中因地下室侧墙墙身较长且整浇为一体，导致中部向上变形时，产生“倒八字”斜向裂缝。该类斜向裂缝的特征为均贯穿墙身，地下室侧壁构件的斜向裂缝存在渗水现象。

4.4 板构件

严重受损区域内板面、板底存在较为明显的裂缝或混凝土破碎、钢筋屈曲现象。该类损伤可分为两类：(1)板构件受下部柱帽直接冲切影响，在柱帽周边产生贯穿板厚的错位裂缝，并伴随有楼板钢筋保护层脱落、破碎，楼板钢筋屈曲等现象；(2)板构件因地下室上浮导致向上变形，板底出现受弯裂缝，裂缝不贯穿板厚。对板构件进行裂缝与损伤检查时，应检查板面及板底裂缝是否对应，根据裂缝是否贯穿进行分析。

5 结语

本文基于某建筑工程地下室上浮事故案例，对于地下室上浮事故的应急评估提供了一个可供借鉴的方法与思路。评估的具体流程：

(1)现场勘察，了解事故情况。

(2)根据现场勘察，初步划定严重受损区域与主要受损区域。

(3)对受损区域内的构件进行裂缝与损伤检查，绘制裂缝损伤示意图。

(4)对侧墙、柱、底板及楼板构件的变形进行检测。

(5)对严重受损区域内未有肉眼可见损伤的重要构件进行超声法检测。

(6)构件受损评估。

在构件受损评估步骤中，本文定义了三个构件受损评估等级：严重受损、中等受损与轻度受损，并提出受损评估原则，应根据构件的受损严重程度与对整体结构安全的重要性进行综合考虑，并根据实际情况以统一标准进行构件受损评估。