地下室上浮事故实例分析及处理

地下室上浮事故实例分析及处理
摘要：近年来，随着城市建设的发展，地下空间的建设项目日趋增多，由于设计、施工等诸多因素的不完善，地下室工程质量事故频繁出现，最为常见的就是地下室上浮事故。

文章通过某工程地下室底板隆起事故处理实例分析并提出处理方案。

关键词：地下室地板；抗浮；排水；加固
一、工程概况
某项目水位相对较高。

该项目占地约5万平米，地下室两层（基坑围护结构采用钻孔桩外加2排∮600水泥土搅拌桩），投影面积约3万平米，做停车场使用。

基础形式为桩基，主要为高强预应力管桩（PHC500A型），单桩抗拔力承载力特征值为500KN。

四周采用围合点状布置塔楼，楼高100米，地下室顶板中间部位0.00作绿化休闲区，留有800厚覆土以便绿化和种植乔木。

在发现底板隆起后，马上采用措施在底板隆起地方开孔放水，刚开的孔水冲上来的水柱达到3米左右，随着开孔的增加，流出的水量逐渐减少且隆起的板块处于稳定。

项目地质情况根据地质报告显示，场地于强风化以上的覆盖层范围内,主要埋藏地层为①人工填土②淤泥③粉质粘土④砾砂⑤强风化层⑥中风化，残积土为软弱土及中硬土，强风化层层厚0.50～7.10米，层顶标高-14.67～-34.68米，地质报告建议抗浮设计水位标高2.5M，相当于地面以下1.50M。

二、事故分析
主要原因就是地下室无降水措施而连下暴雨造成水头压过高水浮力大于当时的结构自重。

我们首先查看抗浮设计计算书，地下室抗浮计算：按地质报告建议，抗浮设计水位为绝对高程2.5m，其相对高程为－5.0m。

高强预应力管桩桩型为A型，直径φ500，壁厚125，管桩混凝土有效预压应力3.5MPa，桩内纵向预应力钢筋10φ9，每米重3.68KN。

桩身抗拔承载力设计值：Rpl＝3.5×3.14×(2502－1252) N＝515 KN；公式5.2.9-2)
单桩抗拔极限承载力标准值：Uk＝∑ξsi·λi·qsi·u·li＝1090KN；(公式5.2.8)
单桩自重（取17m长桩的浮重）：Gp＝17×[3.68－10×(3.14×0.252)]＝29KN
由于施工期间，在底板及顶板负荷加载前就已停止降水，在大雨后水位接近设计抗浮水位的情况下，桩的拔力情况分析：
计算取地下室柱网标准跨8.1m×8.1m，地下室底板面相对标高为-9.50M，底板厚度为450MM。

顶板厚180，加上主次梁，折算厚度为300：25×0.3＝7.5 KN/m2；
半地下室楼面板厚120，加上主次梁，折算厚度为180：25×0.18＝4.5 KN/m2；
底板厚450：25×0.45＝11.25 KN/m2；
柱子600×600，净高为（9.2－1.1－1.8）＝6.3m ：25×0.6×0.6×6.3＝56.7 KN；
两桩承台在底板底面以下的厚度为1.35m：25×1.35×2.5×1.0＝84 KN；
地梁：25×(7.1×0.55×0.4＋5.6×0.45×0.4)＝64 KN；
地下室底板300厚石粉：0.4X22=8.8 KN/m2;
800厚园林覆土: 0.8X18=14.4 KN/m2
则标准跨每根柱底处自重力为：
8.12×（a＋b＋c+g+h）＋d＋e＋f＝8.12×（7.5＋4.5＋11.25+8.8+14.4）＋56.7＋84＋64＝3252 KN
浮力（此时不考虑分项系数）为：10×（9.5＋0.45－5.0）×8.12＝3247 KN
按照建筑结构荷载规范2006版3.2.5
永久荷载分项系数,当其对结构不利时,对由可变荷载效应控制的组合,取1.2;当其对结构有利时,取1.0;此时浮力(考虑分项系数)为:1.2X3247=3896KN;减去自重需考虑的上浮力为:3896-3331=565KN，而柱下桩数为两根，也就是说设计时已考虑了设计水位对正常使用工况下的影响，如果在施工时始终进行了降水，控制水位在地下室底板以下，就不可能出现上面说的情况。

三、事故处理
1详细了解事故情况：在底板上对应每个柱顶的位置布置沉降观测点107个，每天观测一次，连续观测一个月，观测数据显示，顶板上浮已基本处在稳定状态，观测到最高上浮位移为246mm。

2工程桩质量状态的判断：为确认原工程桩的质量，检测接头位置的工作状态。

首先选择处在上浮位移最大区域的工程桩进行桩身接头位置完整性检测，随机抽取2根。

基桩检测结果及分析
检测结论：
通过对基桩的综合分析，可判定如下结论：
1）、桩号为1108的基桩，在-4.0m至-3.2m处存在缺陷；
2）、桩号为1066的基桩，在-7.0m至-6.1m处存在缺陷；
注：缺陷可能是桩头之间的焊接所引起的，但从反射的波形分析来看没有发现接头处焊完全空缺的情况。

3经与设计单位复核后，对顶板上进行2米厚的石粉进行堆载，再对各点进行沉降观测，在堆载一个月后，上浮点位基本复位。

4经多方分析，决定采用在底板上增加抗浮锚杆进行处理。

4.1抗浮锚杆承载力特征值估算：
Fa=∑qsiuili=25×3.14×0.2×9=141.3(KN)
4.2标准跨8.1m×8.1m里均匀布置抗浮锚杆4根，每根抗浮锚杆抗拔力设计值为565/4=141.25(KN)＜Fa，符合要求。

在原混凝土底板上新增400厚混凝土底板，原底板仅作为基底垫层考虑，抗浮锚杆成孔直径200（150）mm，在8.1m×8.1m区域内均匀布置4根锚杆，设计锚杆主筋为3φ22。

锚杆定位误差不大于5cm，垂直度偏差不大于1%，当遇到柱位置时，向跨中调整锚杆间距，数量不变，锚杆成孔要求先采用直径200mm 成孔到强风化岩面，遇强风化后采用150mm成孔，成孔深度要求进入强风化岩层不少于5.0m或中（微）风化岩层不少于2.5米。

锚杆采用二次注浆成锚，第一次常压注1：0.5纯水泥浆，水泥采用P.O.42.5R普硅水泥，初凝后进行第二次注纯水泥浆，水灰比1：0.5，第二次注浆压力≥1.5MPa，第二次注浆水泥用量≥20kg/m,可根据试验结果适当调整，锚杆清孔时必须将泥浆清除干净。

锚杆主筋需接长时，采用套筒对接，对接后抗拉强度应不小于钢筋的抗拉强度，锚杆主筋与底板连接处涂抹环氧树脂防腐，在水泥浆中掺加水泥量3%的钢筋阻锈剂。

4.3抗浮锚杆检测，本次地下室抗浮锚杆施工共163根，根据规范要求，抗浮锚杆检测数量为3根，试验时单根锚杆抗拔力设计值取170KN，检验荷载按设计图纸要求取设计抗拔力的1.5倍，即255KN。

经检测，3根抗浮锚杆在最大检验荷载作用下变形均趋于稳定，经综合分析，受检的3根锚杆符合抗拔力验收标准，满足设计要求。

锚杆试验荷载-位移数据
4.4后期沉降观测：锚杆完成施工后，堆载也逐步卸去，在卸载后半年的时间里，对地下室顶板进行了沉降观测，观测点最大上浮位移值为22.3mm,平均位移值为17.6mm。

目前，尚未找到规范对该限值的规定，但就工程使用效果来看，还是比较合理和可以接受的。

4.5抗浮锚杆变形的理论计算：
锚杆在抗拔过程中，其变形由以下四个部分组成：∑S=S1+S2+S3+△S，式中：∑S为锚杆总变形，S1为锚杆自由段变形，S2为锚固段的拉伸变形，S3为土体的剪切变形，△S为锚固段与土体的相对变形。

假定锚固段、土体处在弹性变形阶段，通过弹性力学理论可计算出S1、S2、S3，运用双曲线函数可表达出锚固段与土体的相对变形，锚杆总变形可写成：∑S=式中，P为张拉荷载；lf为自由段长度；lm为锚固段长度；Eg为钢筋弹性模量；Es为锚固体弹性模量；Gs为土体剪切模量；Ag为锚筋截面积；A为锚杆截面积；d为锚固体直径;τs为平均摩阻力；rm为剪切影响半径；a、b为锚固体与土体接触面有关参数。

在本工程中，锚固地层为粘土层，锚固段长为17米，自由段为1米，锚固钢筋为3φ22，工作荷载为140KN，土层摩阻力为120KPa，钢筋弹性模量为2.1×105MPa, 锚固体弹性模量为1.13×105MPa, 土体剪切模量为10Mpa，剪切影响半径取15d（d 为锚固体直径），a取0.0202m3/MN，b取7.08 m3/MN，因此可计算出S1=0.58mm，S2=0.34mm，S3=3.24mm，△S=16.12mm, ∑S=20.28mm，由此可见，理论计算值与试验数据是基本吻合的。

因为规范对锚杆位移限值没有明确的规定，从本工程实例和试验的结果来分析，在砾质粘土中，锚杆的上浮位移限值取≤25mm是可行的。

四、结论
1忽视地下室抗浮设计和施工将造成重大工程问题，会出现较大的安全事故，同时也会造成较大的经济损失和不必要的麻烦；
2抗浮锚杆用于地下室抗浮加固是一种可靠的技术措施，但要做好设计
及质量监督管理，防止出现二次事故；
3土层抗浮锚杆地下室在正常使用状态下，上浮位移限值可取≤25mm；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。