某办公楼工程地下室上浮事故实例分析及处理

地基与基础

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王子安,等:某办公楼工程地下室上浮事故实例分析及处理

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年第23卷第6期

收稿日期:2009-09-02;修改日期:2009-09-28

作者简介:王子安(1986-),男,安徽定远人,合肥工业大学硕士生;

关 群(1962-),女,江苏扬州人,博士,合肥工业大学副教授.

某办公楼工程地下室上浮事故实例分析及处理

王子安, 关 群

(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009)

摘 要:文章通过某办公楼地下室上浮事故处理实例,综合考虑各种因素,分析了其产生的原因,通过技术和经济分析,提出了解决地下室抗浮及结构加固处理方案,可为今后类似问题的分析和处理提供参考。关键词:地下室;抗浮;排水;加固

中图分类号:TU924 文献标识码:A 文章编号:1673-5781(2009)06-0848-03

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。本文通过对某工程实例进行分析并提出和处理方案。

1 工程概况及上浮状况

某办公楼工程建筑面积约为99870m 2

,地上24层为框架剪力墙核心筒结构,地下2层,设计为地下停车场。1-2轴、9-13轴和20-26轴为地下室两层,2-9层和13-20轴为地上24层。1-20轴为人工挖孔桩桩基基础,21-26轴及1#

、2#

车道为独立基础,底板厚为350mm,地下室深度为9.75m 。主体施工结束半年后,发现地下室底板及外墙出现了裂缝和渗漏,并在18-19轴/D-E 轴间出现拱起达200mm 左右。经专家会审分析认为,该地下室产生破坏的原因主要是地下室抗浮能力不足,从而在地下水位升高

的情况下,部分结构因受的浮力超出了承受范围,从而使底板起拱,导致板和和墙体的变形与开裂。

2 工程场地地质与水文条件

由勘察单位提供的勘察报告,本工程场地岩土层分布自上而下依次为: 1层杂素填土:厚0.3~7.3m,透水性强, 2层淤泥质素填土:厚0~3.2m,渗透系数K =1.0 10-5cm/s; 1层黏土,层厚0.0~2.9m,渗透系数K =1.0 10-7cm/s, 2层粘土,层厚1.3~2.4m,渗透系数K =1.0 10

-6

cm/s; 层粉质

黏土夹细粉砂,层厚2.5~5.3m,渗透系数K = 1.0 10-5cm/s; 层强分化砂岩,层厚2.1~3.4m,渗透系数K =1.0 10-4

cm/s; 层中分化砂岩夹泥岩,层厚大约15m,透水性差。

场地地下水类型分为两类:一类为上层滞水,分布在 1层杂素填土、 2层淤泥质素填土中,水量较大。由于本工程所在地雨量充足,受大气降水和地表排水

的补给。另一类为层间水,分布于 层粉质黏土夹细粉砂、 层强分化砂岩及 层中分化砂岩夹泥岩表部,含水量一般。

场地单元地貌为江淮丘陵,由于本工程设有2层地下室,深度超过9m,施工时周边回填土不易压实,故对本地下室抗浮产生影响的为上层滞水。

3 抗浮验算及上浮、裂缝成因分析

通过对上浮事故现场情况勘查了解,发现现场裂缝主要位于附跨采用独立基础部分上部的底板和墙体部位,且开裂现象较严重,裂缝开展较长,经观测,上浮量较大的属于伸出主体塔楼外的地下室,此地上部分作为室外景观部分,压重轻。

(1)设计抗浮力取值小于工程场地实际。由于本工程基坑深度大,周边回填土不易压实,在适逢暴雨时,地表水大量渗入,填土中地下水位可至地表,考虑上浮是在建筑物主体已建成,故地下室抗浮验算为:建筑物质量/水浮力 安全系数[1]。

根据文献[2]规定,永久荷载的分项系数,当其效应对结构有利时,对结构的倾覆、滑移或漂浮验算应取

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0.9,按文献[3]规定,抗浮力安全系数应大于1.05~1.10。由此可得计算公式为

0.9G/F 浮 1.05~1.10

其中,G 为建筑物质量;F 浮为水浮力。

计算结果见表1所列。由表1抗浮验算,证明了本地下室抗浮设计力不足,还需施加的抗浮力为F 抗浮=1.05 101-0.9 42.6=67.7kN/m

2

表1 抗浮验算

结构部位厚度/mm 容重/(kg m -3)

总质量/(kg m -2)

地下一层上覆土100015

15

地下一层顶板(含梁柱墙)320258地下二层顶板(含梁柱墙)

26025 6.5基础底板350

25

8.75独立基础

4.35建筑物总质量G 42.6水浮力F 浮1010.9G/F 浮

0.38<1.05

(2)设计未考虑地下室结构局部抗浮受力差异。由于地下室局部区段无上部建筑,造成上部建筑结构竖向荷载重心与地下室底板平面形心不重合,基底作用力(地基反力,包括浮力)对地下室底板的荷载分布不均[4]。地下室上浮差值较大,且上浮最大区段正是位于伸出主体塔楼外的地下室部分,裂缝情况也较为严重。

(3)施工因素。施工时回填土中存在部分建筑垃圾,回填土质量不高,其含水性和透水性较强,加之本工程所在地雨天较多,地表水易渗入,水量大,这些都加剧了地下室的上浮。现场勘查中发现地下室南侧较北侧底板裂缝开展稍轻,正是由于南侧回填土质量较好,且紧邻城市道路的排水管网,部分地表水通过管网流走,减少了地表水的渗入。

另外,地下室外墙所涂刷的防水材料,降低了地下室外墙与填土之间的侧摩阻力,对地下室的抗浮也是不利的。

4 加固处理方案及上浮事故处理

地下室地板开裂、破坏,严重影响地下室的使用,必须对地下室进行抗浮加固处理。本工程根据实际情况确定的抗浮加固处理方案如下:

(1)钻孔泄水消浮。在地下室底板用钻孔机钻 100的孔,数量据设计确定为1个/100m 2。经观测钻孔一周后,已回落了上浮量的80%~90%,剩余的10%~20%的上浮量不能回落到位。

(2)平衡水浮力。水对地下室的浮力主要有3种

平衡的办法:在结构上加恒载来平衡浮力的 压重法 ;用抗拔桩或抗拔锚杆来平衡浮力的 抗拔法 ;从地下室底板将地下水引排的 引排法 [5,6]

。结合本工程实际情况并进行技术经济指标分析后,采用 引排法 。

待上浮量基本回落后,将原有 消浮 孔扩大至 500,形成浅降水井,做法见图1所示(过滤管采用 168型成型桥型过滤器;填砾为直径不大于2mm 的小卵石,经测量填至设计标高),该做法可以降低地层渗水和潜水。通过无损切割的方式对底板开槽及埋设导流管( 50),再将泄水孔内水通过导流管引入集水坑排出地下室。通过 引排法 降低地下水位,起到消除浮力的作用。该方案对环境影响小,可有效降低暴雨时期的动水压力,工程造价也较低。

图1 泄水孔示意图

(3)基础存在局部脱空部分采用压密注浆进行注实。针对由于地下室上浮造成的独立基础与持力层的脱空情况以及底板下在地下室上浮期间进入的少量填土,采用注浆进行加固和填充。为尽量减少破坏底板,注浆孔位置见图2所示,注浆孔径为70m m,注浆压力不小于0.8MPa 。

图2 基础下部注浆示意图

本文浆液采用水泥浆,水灰比0.8,采用425号普通硅酸盐水泥。浆体应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始压注,柄应在注浆过程中不停缓慢搅拌,搅拌时间应小于浆液初凝时间,水温不得超过30~35 ,并不得将盛浆桶和注浆管路在注浆体静止状态暴露于阳光下,防止浆液凝固。注浆顺序应按跳孔间隔方式进行,并采用先外围后内部的注浆方法,保证注浆密实效果。注浆结束后28d 后抽取5%的注浆孔进行注浆检