某工程地下室上浮原因及加固处理

某工程地下室上浮原因及加固处理张朝林（福建晟凯建设工程有限公司）摘要：某在建工程地下室受到地下水浮力作用产生不均匀上浮，最大上浮量达到243mm，导致地下室柱梁板结构损伤。通过对受损结构检测，分析上浮原因及结构破坏机理，在此基础上对地下室结构进行永久性抗浮处理和结构加固处理，成功地解决了工程上浮事故问题。关键词：上浮；损伤；裂缝；加固1·工程概况某工程总建筑面积18989m2，平面上呈“L”形，从北至南依次由附楼（5层）及主楼（15层）组成，有一层地下停车库，建筑面积3996m2，主楼南面部位为纯地下室，建筑面积1264.9m2，地下室一层高4.0m，详见图1。本工程地下室主楼部分采用梁板式筏板基础，基础板底厚700mm，纯地下室部分为独立基础加抗水板，基础板厚300mm，未设计抗浮桩，采用底板及顶板覆土及结构砼自重抗浮。本工程于2010年3月9日开工，2011年5月10日主体封顶，2012年10月28日后浇带浇筑完毕后，准备回填土时，由于地下室排水不及时，外加下雨，地表水的入侵，地下水位升高，产生浮力，浮力大于砼自重，纯地下室部分局部上浮，部分梁、柱及现浇板产生裂缝。该工程建设场地土层自上而下依次为：①层杂填土，透水性强、层厚1.3～1.7m；②层粉质粘土，透水性一般，层厚2.6m；③层含泥卵石，透水性好，层厚4.7m；④层粉质粘土，地下水的稳定水位1.8～3.1m，水位变化幅度约1.3m。经现场检查发现，纯地下室中部拱起后有裂缝的柱数量较多，所有柱裂缝形式基本相同，有2根柱角柱头混凝土局部压碎，均为基础梁与柱交叉部位上方150mm左右，水平裂透，裂缝宽度0.50～1.10mm之间，现场检测共发现8根柱有裂缝，典型柱裂缝示意图见图2。基础梁出现裂缝也是中间部位，竖向裂透，裂缝宽度0.82～2.20mm之间，典型梁裂缝示意图见图3。南面剪力墙中间跨多处开裂，并存在渗水现象。裂缝宽度0.15～0.55mm，长度880～2300mm之间，东面剪力墙中部基础板底出现渗水现象，剪力墙裂缝示意图见图4。地下室顶板多处开裂，也是集中在中部，并存在渗水现象。裂缝宽度0.03～0.12mm，长度560～3150mm。2·地下室上浮及裂缝成因分析2.1原工程抗浮设计本工程原设计采用“配重抗浮”的方法进行抗浮设计，即采用结构自重及基础部位和顶板上部的覆土来抵抗地下水浮力，没有考虑锚杆抗浮或抗拔桩进行抗浮设计。2.2地下室上浮的主要原因在地下室施工时有基坑支护、井点降水等措施，基坑内基本无水。主体结构封顶，砖墙砌筑完成后进行后浇带的浇筑，地下室有两条后浇带，第一条后浇带分布在主楼和附楼交界处，第二条后浇带设在主楼和纯地下室交界处，两条后浇带两侧均设有降水井，后浇带浇筑完后继续降水。事故发生时，由于连日的大雨，地面排水系统不畅，正处于冬季，正常应该为干燥少雨季节，现场抽水也不是很到位，使地下水位急剧上升。且事故发生时地下室底板未回填和顶板未覆土，主楼北面地下室由于结构砼自重大，处稳定状态，南面纯地下室部分设计为覆土抗浮，致使纯地下室部分的水浮力超过结构实际自重，产生向上浮力，使混凝土构件受损出现不同程度裂缝。设计时对地下水位高度控制未提出对纯地下室部位的施工控制要求，也是本工程地下室施工阶段上浮的主要原因。2.3裂缝产生原因分析纯地下室部分地下停车库中间向上的浮力，使基础梁中部表面受弯、梁底受压产生相对较大的剪应力，相邻基础梁端部也产生跨递减的剪应力。当应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生剪切裂缝。由于中间柱产生弯剪变形，使顶板中部与梁交接部位应力相对集中，使中部顶板产生裂缝。顶板设计厚度为180mm，梁高800～1000mm，基础高1000mm，柱截面尺寸为550mm×550mm，梁刚度明显大于柱刚度，纯地下室部分地下停车库中间的上浮作用会对柱底部和顶端产生水平推力，在柱底部和梁端产生剪切裂缝。由于地下室周边回填土对剪力墙和周边主楼，附楼对地下室起到了约束作用，导致地下室上浮状态中间大，四周小。3·施工抗浮降水卸压处理技术措施⑴设置沉降观测点30个，观测时间在抽（降）水期间日测2次，结构回落近于稳定后每月二次。⑵在室内地下室底板中部设2个直径φ53mm圆孔自溢（泄）水，并在孔周砌蓄水池，供抽水外排。⑶在大楼建筑室外周边新增6个抽水井，采用人工挖孔方式，深度挖至地下室底板下500mm，进行抽水降水。经过上述措施的初步处理，地下室底板和顶板中部弓起部位缓慢回落，经过4天的处理后，底板和顶板最大上浮量由原来的243mm降至为50mm左右，结构上浮得到了初步较好的控制。同时构件随着结构的复位，裂缝宽度变小甚至闭合。4·对受损结构进行加固处理鉴于施工现场各部位产生裂缝特征，仔细记录裂缝宽度、长度及深度，数据根据裂缝部位特征及破坏程度有针对性做出裂缝修复方案，加固方案处理原则：⑴梁：底板梁裂缝出现在中部，结构受损支座没有影响，可采用碳纤维布处理，顶板梁根部出现裂缝，安全度下降较大，有斜裂缝，采用粘钢加固。⑵板：底板加固先用环氧树脂封闭后再增设一道柔性防水层以防裂缝复发。⑶柱：微小裂缝采用环氧树脂封闭，柱上、下端出现裂缝的采用外包钢，单边非贯通缝可直接用环氧树脂封闭，裂缝长且贯通应灌结构裂缝专用胶封闭后，再贴碳纤维布。具体加固措施施工要点如下：⑴裂缝灌浆基层处理→裂缝表面封闭、安设裂缝→灌浆→拆除底座、恢复基层厚状。①用钢丝刷或角磨机清除裂缝周围粉刷层，直至露出砼基层表面。②沿裂缝走向每隔300mm设置一注浆底座，用结构胶贴安设底座，使其中心对准裂缝。③用环氧树脂将裂缝封严，贯穿裂缝两面均要封闭。④环氧树脂固化后将注入器装上灌注胶，并安装在底座上，慢慢加压使裂缝内胶水充分饱满。⑤胶水在常温下养护72小时固化，然后清除注胶底座。⑵外包型钢———高强度无收缩灌浆料截面加大法加固施工工艺。①钢构套加固柱时，应在柱四角外贴角钢，角钢应与外围的扁钢缀板焊接。当遇楼板时，角钢应穿过楼板，梁、柱交接部位，外加加强型角钢锚固。②角钢上、下两端应有可靠的连接或锚固。对柱的加固，角钢下端应锚固于基础中；中间应穿过各楼板，上端应伸至加固层的顶板底；若相邻两层柱的尺寸不同，可将上下柱型钢交汇于楼面，并利用其内外间隔嵌入厚度不小于10mm的钢板焊成水平钢框，与上下柱角钢及上柱子钢箍相互焊接固定。③加固前应卸除或大部分卸除作用在梁上的活荷载。④原有的梁、柱表面应清洗干净，采用环氧树脂压力灌浆封闭裂缝。⑤楼板凿洞时，应避免损伤原有钢筋。⑥构架的角钢应采用夹具在两个方向夹紧，缀板应分段焊接。⑶碳纤维布加固施工技术要求①对被粘贴部位的混凝土构件表面进行处理，用砂轮或角磨机打磨混凝土表面以除去表面疏松层及油污等杂质，直至完全露出新的混凝土界面，并用压缩空气将表面浮灰清除干净，经清理打磨后的混凝土表面，若局部有凹陷，应先用修补砂浆填充找平。②碳纤维布转角粘贴时，对梁棱角应打磨成圆弧角，进行圆化处理，圆弧角的半径梁应≥20mm、柱应≥25mm。③应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，且在表面指触干燥后尽快进行找平处理；找平层表面指触干燥后尽快进行粘贴碳纤维布。④将粘贴纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布，多层粘贴时应在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴。⑷聚合物砂浆修补施工工艺工序如下：施工准备工作→基层处理→涂刷界面剂→涂抹聚合物砂浆。①施工准备工作清理施工工作面障碍，搭设脚手架，对要使用的材料、机具做好施工准备工作。②基层处理先凿除混凝土构件表面疏松层，并对混凝土构件表面进行打磨处理，钢筋采用钢丝刷进行除锈处理。③涂刷界面剂涂刷前24h，施工人员应对原混凝土构件表面洒水以使其充分湿润，在喷涂聚合物砂浆前，均匀涂刷界面剂于混凝土构件表面。④涂抹聚合物砂浆按配比要求配置高强度聚合物砂浆，分层涂抹于待修整的加固构件，每道厚度以不大于10mm为宜。后一道喷抹应在前一道初凝后进行，最后喷抹之前的一层或几层应保持粗糙面，以便于层与层之间达到更好的结合效果，最后一层一次抹平收光。梁、柱棱角部位应做好收抹灰收边，楼板应做到修补后平整，满足碳纤维布粘贴施工要求。5·结束语本工程地下室经加固处理后，根据沉降观测数据，未再产生结构沉降不均匀问题；裂缝封闭加固后，增设一道柔性防水层，解决底板受损后二次受力渗水等问题。因异常气候的暴雨排水及地表水等室外排水措施不当，使地下室周围积水汇聚增多，地下水位急剧上升，均可导致未采用抗浮措施或筏板式基础类型地下室施工过程中产生上浮的工程质量问题的发生。施工人员在上述基础类型地下室施工过程中采取基坑合理设置排水点，缓浇后浇带，地下室与基坑间预留孔洞，无上部建筑物的地下室底板及上部应及时按设计要求覆土等措施来预防和解决地下室的上浮问题。