萬(wàn)　成，陳氏鳳

(1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092；2.杭州宏華置業(yè)有限公司，浙江 杭州 311100；3.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231)

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地下室工程抗浮錨桿加固處理

萬(wàn)成1，2，陳氏鳳3

(1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092；2.杭州宏華置業(yè)有限公司，浙江 杭州 311100；3.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231)

摘要：針對(duì)地下室采用筏板基礎(chǔ)，實(shí)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變形問(wèn)題，依據(jù)不同工況下抗浮安全穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范采用抗浮錨桿進(jìn)行加固處理，并分析了地下室抗浮加固措施的經(jīng)濟(jì)效果，實(shí)踐證明抗浮錨桿加固處理方案是一種較為可行的抗浮措施。

關(guān)鍵詞：地下室筏板基礎(chǔ)；抗浮錨桿；加固處理；工程造價(jià)

在城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程中，建筑的體量和規(guī)模越來(lái)越大，地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)用也越來(lái)越多，地下空間的合理利用不斷擴(kuò)大，由于地下水浮力作用造成地下室整體或局部的拱變形產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致嚴(yán)重漏水，甚至造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)?shù)叵滤簧仙瑢?duì)地下室底板產(chǎn)生浮力，基底反力減少；當(dāng)浮力繼續(xù)增大，直至等于或大于結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，基底反力等于零，地下室的結(jié)構(gòu)抗浮不滿(mǎn)足要求，需要采取其他處理加固措施[1-3]。如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007—2011)》《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范(JGJ 6—2011)》《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程(JGJ 72—2004)》等規(guī)范對(duì)地下室抗浮措施有不同的說(shuō)明，一般采取降低地下水位、增加結(jié)構(gòu)自重和回填土的深度、增設(shè)抗浮樁(錨桿)等一種或幾種的組合的方法。在施工階段和使用階段，地下室抗浮措施略有不同，不同階段的工程實(shí)踐表明[4-7]：合理采用抗浮錨桿來(lái)保證地下室的抗浮措施，可以節(jié)約材料，縮短施工工期，有效控制工程造價(jià)，具有明顯的推廣優(yōu)越性。

筆者通過(guò)實(shí)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變形問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范采用抗浮錨桿進(jìn)行加固處理，優(yōu)化抗浮錨桿設(shè)計(jì)方案和措施。

1工程概況

某新建工程場(chǎng)地地形有起伏，地面標(biāo)高在3.14～7.65 m之間，主要由7棟6～12層公寓及附屬2層商鋪組成。建筑物采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其中有5棟單體建筑通過(guò)位于2#、3#、4#樓與6#、7#樓之間一層的地下室(-/①軸)相連。單體建筑地下室部分有2層，采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，底板混凝土厚度400 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，承臺(tái)、地梁、底板采用自防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)P6。

圖1為地下室的基礎(chǔ)平面圖，其中單層地下室部分是指圖示的中間部分，南北是單體建筑的基礎(chǔ)，整個(gè)地下室相通，施工階段設(shè)置縱橫后澆帶。整個(gè)地下室長(zhǎng)度173.20 m，寬度38.10～45.30 m；純地下室頂板面標(biāo)高-1.700 m，板厚200 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，頂板覆土厚度1.40 m。地下室設(shè)計(jì)采用筏板基礎(chǔ)和抗浮錨桿(技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1中說(shuō)明部分)，筏板板面標(biāo)高-6.300 m，筏板厚400 mm，框架柱板底設(shè)有兩個(gè)方向的板帶(板帶寬度2 500 mm，厚度450 mm)和反向柱帽，反向柱帽長(zhǎng)寬2 500 mm、高450 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

圖1　地下室基礎(chǔ)平面圖

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地勘察深度(30 m)范圍內(nèi)地基土地層結(jié)構(gòu)可劃分為5層8亞層，場(chǎng)地上部地下水類(lèi)型屬孔隙潛水，主要受大氣降水及平原河流水系側(cè)向補(bǔ)給，并與河、塘呈互為補(bǔ)給關(guān)系，以側(cè)向徑流、居民生活用水及蒸發(fā)為主要排泄途徑，地下水水位動(dòng)態(tài)變化隨氣候和季節(jié)性年變化幅度為0.50～1.5 m,抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高4.00 m(黃海高程)。

2地下室底板局部起拱變形問(wèn)題分析

2.1地下室底板局部上浮變形問(wèn)題的情況

由于整個(gè)地下室頂板準(zhǔn)備施工SBS卷材防水層，西側(cè)外側(cè)沒(méi)有回填土，嚴(yán)重積水，水位比地下室頂板低約600 mm，水面約20 m2。在施工巡查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地下室-軸、②-⑤軸區(qū)域(圖1中的西側(cè))出現(xiàn)了地下室底板面高低差異較大，該區(qū)域汽車(chē)坡度兩側(cè)的磚墻體與頂板梁和構(gòu)造柱之間的粉刷層有較明顯的長(zhǎng)裂縫，地下室頂板的梁、板、柱等沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫等一系列現(xiàn)象，因此初步判斷地下室底板局部可能上浮變形。通過(guò)對(duì)該上浮區(qū)域底板進(jìn)行約一個(gè)多月的變形測(cè)量監(jiān)測(cè)，證實(shí)了初步判斷，測(cè)出該區(qū)塊地下室底板變形上浮最大值263 mm。

為防止變形進(jìn)一步加大，對(duì)該上浮區(qū)域地下室底板采取了開(kāi)孔泄水的措施來(lái)降低底板下面的水壓力，開(kāi)孔泄水后地下室局部上浮的底板逐漸回落了約240 mm，地下室底板混凝土在單體建筑外軸線附近出現(xiàn)了長(zhǎng)長(zhǎng)的混凝土貫穿性裂縫，同時(shí)不斷有水流出。見(jiàn)圖2、圖3。

圖2　地下室北側(cè)底板裂縫

圖3　地下室南側(cè)底板裂縫

2.2地下室底板局部上浮原因分析

2.2.1地基土層局部置換不及時(shí)

工程地質(zhì)勘察報(bào)告中顯示地下水埋藏較淺，地下室基礎(chǔ)的地質(zhì)土層③-1的水平滲透系數(shù)Kh=6.1×10-7cm/s，垂直滲透系數(shù)Kv=4.5×10-7cm/s。純地下室設(shè)計(jì)長(zhǎng)度173.20m，寬度38.10～45.3m。在實(shí)際基坑施工過(guò)程中，在-軸單層地下室底板②-⑤軸范圍的土方開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，發(fā)現(xiàn)有淤泥質(zhì)黏土，故采用級(jí)配砂石換土。在地下室的后澆帶完全封閉后，施工單位沒(méi)有按照要求對(duì)地下室剪力墻與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的空間進(jìn)行回填土施工，不重視基坑施工的降排水。雨水的不斷匯集，導(dǎo)致局部地下室底板水浮力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地下室底板承受的結(jié)構(gòu)荷載和對(duì)應(yīng)抗浮錨桿極限承載力之和，引起地下室底板局部上浮起拱變形產(chǎn)生裂縫。

2.2.2工程降水排水措施不到位

施工準(zhǔn)備階段，周邊場(chǎng)地高，基坑低，基坑西南側(cè)有雨水集匯點(diǎn)，原排水明溝沿基坑南側(cè)向東排出河道。在基坑施工階段，采取放坡土釘支護(hù)措施，原排水明溝部分被破壞，只能靠人工用水泵將匯集雨水抽到城市道路的雨水管中；若是不及時(shí)人工排水，基坑周邊的側(cè)向徑流、雨季期間雨水等就可能流向基坑，不斷滲入地下室底板下面的換填砂石土層空隙處。

2.2.3地下室底板起拱變形的內(nèi)外因分析

地下室底板起拱變形的內(nèi)因是地下室的抗浮措施——抗浮錨桿抗拔承載力取值偏小，沒(méi)有滿(mǎn)足局部抗浮安全穩(wěn)定系數(shù)(表1)；外因是不及時(shí)排出基坑周邊雨水，造成地基土層置換形成的儲(chǔ)水空間水浮力不斷增大，超過(guò)了局部地下室結(jié)構(gòu)自重和對(duì)應(yīng)的抗浮錨桿抗拔承載力之和，引起地下室局部起拱變形。

2.3地下室工程抗浮穩(wěn)定安全性驗(yàn)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007—2011)》規(guī)定，建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，一般情況下抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)可取1.05。《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范(JGJ6—2011)》規(guī)定，當(dāng)建筑物地下室的一部分或全部在地下水位以下時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，系數(shù)可根據(jù)工程重要性和確定水位時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的完整性取1.0～1.1。本實(shí)例針對(duì)地下室工程(按照最大跨柱網(wǎng)尺寸)不同工況下局部抗浮穩(wěn)定安全性驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1，其中工況 Ⅰ 的不及時(shí)降水、頂板完成覆土的K值出現(xiàn)大于1.05是表明頂板覆土與否對(duì)地下室抗浮作用是有影響的。工況 Ⅱ 表明該地下室工程局部抗浮安全穩(wěn)定系數(shù)沒(méi)有達(dá)到規(guī)范要求，必須采取抗浮加固措施。

表1　地下室工程工況Ⅰ、Ⅱ局部抗浮穩(wěn)定安全性驗(yàn)算

備注：±0.00m等于黃海高程5.30m，抗浮水位4.00m。地下室結(jié)構(gòu)底板面標(biāo)高-6.30m，地下室頂板標(biāo)高-1.70m。

底板厚度400mm，板帶厚度450mm，板帶寬度2.30m；頂板厚度180mm(梁尺寸wkl：400×800，wl：300×650)。

地下室柱網(wǎng)尺寸(橫向×縱向)：6.30m(6.20、6.3、6.0、7.50m)×8.10m(6.00、6.60、8.10m)。

原抗浮錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)：長(zhǎng)度為8.30m，錨固段830mm，錨固體水泥砂漿M30直徑120mm，注漿壓力5MPa，錨桿體用Ⅲ級(jí)直徑20的鋼筋，抗拔設(shè)計(jì)承載力35kN，梅花狀布置，間距2m。

Ⅰ表示按照?qǐng)D紙施工，Ⅱ表示施工過(guò)程中取消板帶的做法，其他按照?qǐng)D紙施工，其中K=(G0+G1+N2)/F0。

3地下室工程抗浮錨桿加固處理

3.1抗浮錨桿加固處理方案原則

針對(duì)該實(shí)例工程地下室變形起拱問(wèn)題，工程局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)沒(méi)有滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的要求(表1)。地下室結(jié)構(gòu)施工已經(jīng)完成和地下室頂板覆土厚度的條件限制，使得原設(shè)計(jì)的抗浮鋼筋錨桿基本失效。其次，嚴(yán)格按照現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范的要求，暫不考慮地下室空間結(jié)構(gòu)抗浮變形的能力和地下室?guī)т摻罹W(wǎng)地坪混凝土的自重，合理確定錨桿的抗拔設(shè)計(jì)承載力，優(yōu)化錨桿分布的位置，明確錨桿的數(shù)量，選用先進(jìn)的錨桿施工工藝和嚴(yán)格有效的控制措施組織施工。最后，地下室底板的變形及產(chǎn)生的裂縫，采用預(yù)注漿對(duì)空隙進(jìn)行填充。對(duì)砂石換土處采取預(yù)注漿將砂石土中的水盡可能地置換成水泥漿，及時(shí)對(duì)地下室外圍的回填土進(jìn)行施工防止積水，以阻止底板下的水壓力的進(jìn)一步增加。

抗浮錨桿加固處理主要措施如下。

1)施工加固方案：對(duì)地下室底板全部范圍進(jìn)行抗浮錨桿加固。鋼筋抗浮錨桿錨固體直徑120mm，配2根直徑28的Ⅲ級(jí)精軋螺紋鋼筋，進(jìn)入中風(fēng)化泥灰?guī)r3.0m，錨桿桿體用30mm厚度的鋼板與底板鋼筋混凝土錨固，采用P42.5水泥，水灰比0.5～1.1，注漿壓力為5MPa，錨桿長(zhǎng)度10.3m，單根錨桿抗拔承載力215kN，錨桿間距為3.0m×3.0m。

2)填充式注漿：對(duì)地下室底板可能的空隙、砂石換填區(qū)塊進(jìn)行填充注漿。按照從少水處到多水處，在多水地段，應(yīng)先兩頭，后中間的施工順序進(jìn)行置換注漿?？孜恢门c加固錨桿孔位置重疊，間距6.0m×6.0m，注漿孔直徑100mm，孔深等于結(jié)構(gòu)底板厚度和墊層厚度之和，注漿壓力1.5MPa。遇相鄰的注漿孔有漿液滲出就停止注漿，進(jìn)入下一注漿孔注漿。

3)抗浮加固處理施工部署：優(yōu)化論證抗浮錨桿設(shè)計(jì)承載力、分布位置、錨桿施工工藝、注漿工藝等參數(shù)和施工方案。首先對(duì)地下室加固區(qū)域底板開(kāi)孔泄水,同時(shí)加快地下室頂板的覆土施工，然后對(duì)地下室底板混凝土開(kāi)孔進(jìn)行填充式注漿，施工抗浮錨桿，檢測(cè)合格后用高強(qiáng)遇水膨脹的材料封堵孔洞并錨固錨桿桿體，施工地下室底板結(jié)構(gòu)滲漏水，最后施工地下室混凝土地坪。

3.2加固抗浮錨桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算

地下室抗浮錨桿施工養(yǎng)護(hù)期后以2倍的設(shè)計(jì)抗拔承載力對(duì)抗浮錨桿承載力進(jìn)行抗拔檢測(cè)報(bào)告合格，地下室局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)符合規(guī)范要求：K>1.05，計(jì)算見(jiàn)表2。

表2　地下室抗浮錨桿加固處理局部抗浮穩(wěn)定安全性驗(yàn)算

備注：±0.00m等于黃海高程5.30m，抗浮水位4.00m。地下室結(jié)構(gòu)底板面標(biāo)高-6.30m，地下室頂板標(biāo)高-1.70m。底板厚度400mm；頂板厚度180mm(梁尺寸wkl：400×800，wl：300×650)。地下室柱網(wǎng)尺寸(橫向×縱向)：6.30m(6.20、6.3、6.0、7.50m)×8.10m(6.00、6.60、8.10m)。

加固的抗浮錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)：長(zhǎng)度為10.30m，進(jìn)入中風(fēng)化泥灰?guī)r錨固段3m，直徑120mm，錨桿水泥漿水灰比0.5～1.1，采用P42.5水泥，注漿壓力5MPa，錨桿體用Ⅲ級(jí)直徑28的鋼筋2根，抗拔設(shè)計(jì)承載力215kN，間距3m×3m。

Ⅲ表示地下室加固抗浮錨桿施工的情況，其中K=(G0+G1+N2)/F0。

3.3抗浮錨桿加固的經(jīng)濟(jì)效果分析

在本工程實(shí)例中，原來(lái)設(shè)計(jì)地下室抗浮錨桿共計(jì)1 600根，單根造價(jià)550元，工程造價(jià)88萬(wàn)元。由于抗浮錨桿設(shè)計(jì)承載力取值不足，原地下室抗浮措施失效，造成地下室底板起拱變形、結(jié)構(gòu)混凝土裂縫滲漏水等質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重浪費(fèi)原來(lái)抗浮錨桿的工程造價(jià)，并增加了額外的加固抗浮錨桿成本和工程建設(shè)延期費(fèi)用。

針對(duì)本例地下室局部上浮起拱變形問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化加固方案中抗浮錨桿的數(shù)量減少150根(節(jié)約造價(jià)38.85萬(wàn)元)，實(shí)際施工的抗浮錨桿共計(jì)610根，單根造價(jià)2 590元，合計(jì)造價(jià)157.99萬(wàn)元。在抗浮加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工時(shí)，填充式注漿造價(jià)15萬(wàn)元，結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)10萬(wàn)元，增加地坪鋼筋混凝土約25萬(wàn)元，地下室起拱變形加固的工程造價(jià)合計(jì)208.99萬(wàn)元。若是原設(shè)計(jì)的抗浮錨桿承載力取值提高，增加一定的工程造價(jià)，保證地下室抗浮措施滿(mǎn)足不同工況的要求，就不會(huì)出現(xiàn)地下室的起拱變形，完全可以節(jié)省事故處理的工程費(fèi)用和延誤交房造成的損失，這一點(diǎn)應(yīng)該引起建設(shè)參與者的足夠重視。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，地下室工程抗浮錨桿措施應(yīng)該針對(duì)不同地下室位置的范圍、底板的結(jié)構(gòu)形式、地下室頂板的覆土深度、最大抗浮水位、地下室空間結(jié)構(gòu)作用等因素，對(duì)地下室進(jìn)行抗浮整體安全穩(wěn)定性驗(yàn)算和局部安全穩(wěn)定性的驗(yàn)算。在滿(mǎn)足穩(wěn)定安全性的條件下，合理調(diào)整抗浮錨桿的設(shè)計(jì)抗拔承載力、數(shù)量、位置等，配合地下室基礎(chǔ)底板的剛度設(shè)計(jì)，合理降低地下水對(duì)地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生越來(lái)越大的浮力等措施，在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)合理優(yōu)化，以合理的工程造價(jià)達(dá)到地下室起拱變形的加固處理的目的，從而減少處理地下室抗浮事故發(fā)生，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低工程總造價(jià)，實(shí)現(xiàn)全周期工程造價(jià)控制。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期：2015-12-21

作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)成(1968—)，男，湖北大冶人，高級(jí)工程師，從事建設(shè)工程管理工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TU94+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-3707(2016)05-0042-05

Discussion on Reinforcement Treatment of Anti-FloatingAnchor in the Basement Engineering

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