文／程鵬 湖南中南水電水利工程建設(shè)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410014

郭風(fēng)云 湖南省工程地質(zhì)礦山地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)所 湖南長(zhǎng)沙 410000

1、工程背景

該項(xiàng)目擬建場(chǎng)地位于株洲市蘆淞區(qū)五里墩中學(xué)西南側(cè)1.2km 處，規(guī)劃用地面積為95164.92m2，此次勘察場(chǎng)地規(guī)劃總建筑面積33962.50m2，為道田安置房一期建筑面積，該場(chǎng)地地勢(shì)較低洼，為農(nóng)田改造魚(yú)塘，建筑物層高為1+6F，擬建建筑物平面布置沿航工路呈矩形排列。預(yù)整平至架空層底板地坪標(biāo)高，填土6-7m。建筑物具體情況見(jiàn)下表1：

表1 建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)一覽表

根據(jù)項(xiàng)目原勘察報(bào)告資料可知，該項(xiàng)目2014年8月進(jìn)行了地質(zhì)勘察工作，原始地形標(biāo)高介于52.31-55.59m。地下水位標(biāo)高約54.0m 左右。場(chǎng)地地層自上而下分別為耕植土、粉質(zhì)粘土、粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。

各地層特征如下：

（1）填筑土：黃褐色、褐色，可塑-軟塑，濕-飽和，可見(jiàn)植物根系及腐植物，含有機(jī)質(zhì)。層厚為0.60-1.90m，平均1.28m，層底高程50.86-54.75m；（2）淤泥：黃色、黃褐色，可塑，濕，刀切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無(wú)搖震反應(yīng)。厚度為0.70-2.40m，平均1.62m，層底高程49.31-53.35m；（3）粉砂：黃色、褐黃色、灰黃色，濕-稍濕，可塑-硬塑，由花崗巖風(fēng)化殘積而成，一般不含大于2mm 顆粒，夾砂質(zhì)粘性土團(tuán)塊，礦物基本風(fēng)化成土狀。厚度為3.20-9.00m，平均5.83m，層底高程41.99-49.35m；（4）全風(fēng)化花崗巖：黃褐色、灰白色，硬塑-堅(jiān)硬，巖芯呈硬砂土塊狀，組織結(jié)構(gòu)已基本破壞，但尚可辨認(rèn)，可見(jiàn)長(zhǎng)石粉晶粒，云母碎屑及少量黑色風(fēng)化礦物，該層遇水易軟化、崩解，且隨深度增加，風(fēng)化程度逐漸減弱。厚度為1.10-6.00m，平均2.85m，層底高程38.69-45.25m；（5）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：黃褐色、灰白色、麻灰色，堅(jiān)硬，巖芯以硬土塊狀、砂粒狀為主，組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞，礦物成分已顯著變化，巖芯遇水易軟化，裂隙發(fā)育，巖體破碎，可用手折斷，干鉆不易鉆進(jìn)，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。層底高程23.99-38.02m；（6）弱風(fēng)化花崗巖：麻灰色、灰白色、雜色，巖芯呈中-長(zhǎng)柱狀，節(jié)長(zhǎng)一般10-30cm，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD ≥80%，較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ類，屬較硬巖。層底高程23.82-33.86m。

2、工程區(qū)水文地質(zhì)條件

據(jù)勘察報(bào)告結(jié)論，在組成場(chǎng)地的各巖土層中，耕植土①含較多上層滯水、粉質(zhì)粘土②含少量的孔隙水，為相對(duì)隔水層；粘性土③全風(fēng)化花崗巖④強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑤含孔隙水，為中-弱含水層；中風(fēng)化花崗巖⑥含少量的基巖裂隙水?？辈爝^(guò)程中各鉆孔均見(jiàn)初見(jiàn)水位，初見(jiàn)水位埋深在3.0m 左右，勘察結(jié)束后統(tǒng)一對(duì)各鉆孔進(jìn)行了水位觀測(cè)，各孔靜止水位與孔口持平，穩(wěn)定水位標(biāo)高為54.00m 左右，為長(zhǎng)期水文地質(zhì)條件形成的結(jié)果。

由此可知，場(chǎng)地中對(duì)工程有影響的主要地下水仍為覆蓋層中的孔隙水，勘察期間地形標(biāo)高介于52-55m，地下水標(biāo)高約為54.0m，水位埋深很淺。附近有溪溝作為最低排泄基準(zhǔn)面，標(biāo)高約為53.0m，水位降幅空間不大，但一旦填土，卻極有可能大幅上升，這是本工程水文地質(zhì)的一個(gè)典型特征——埋深淺，降幅少。

3、地形邊界變化

原始地形標(biāo)高介于52.31-55.59m，多為魚(yú)塘。目前工程區(qū)正負(fù)零標(biāo)高已達(dá)到60.50m 左右，西側(cè)路面標(biāo)高60.60m，東側(cè)道路標(biāo)高61.00m。地下室底板面高程55.50m，車庫(kù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高55.08m，結(jié)構(gòu)梁底高程54.70m。與原始地形相比，整體填筑厚度達(dá)6m 左右，現(xiàn)狀地形邊界已經(jīng)大為改變。簡(jiǎn)圖如下圖1所示。

圖1 地下室結(jié)構(gòu)地形示意圖

4、裂縫變形特征

2017年6月3-4#樓區(qū)間地下車庫(kù)找平層施工完畢，7月底板即開(kāi)始出現(xiàn)微裂縫。裂縫自地下室中心向四周發(fā)展，跨度較大的柱子中部變形也特別明顯，排柱之間甚至已經(jīng)貫通，局部滲水，裂縫大的找平層甚至出現(xiàn)明顯擾動(dòng)跡象。

柱間發(fā)育，排柱之間已經(jīng)貫通。裂縫分布見(jiàn)下圖2。

圖2 底板裂縫圖

5、水位監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介

裂縫產(chǎn)生后，施工立即委托專業(yè)隊(duì)伍開(kāi)展了地下水水位監(jiān)測(cè)工作，地下水位監(jiān)測(cè)孔位于事故地下室四周，自2018年5月至2018年6月，進(jìn)行了連續(xù)一個(gè)月的水位監(jiān)測(cè)。水位監(jiān)測(cè)鉆孔孔徑110mm，水位監(jiān)測(cè)孔孔深8.0m，鉆孔完成后進(jìn)行清洗鉆孔，鉆孔清洗完畢后放入直徑65mm 的PVC 塑料管，水位管底部設(shè)置1m 的沉淀段，沉淀段以上為濾水段，濾水段管壁設(shè)6～8 列6mm 孔徑的濾水孔，濾水段外壁用3～5 層紗網(wǎng)包裹，綁扎牢固，鉆孔與管間用砂回填至孔口以下200mm，以上用粘性土回填壓實(shí)。監(jiān)測(cè)孔平面分布位置見(jiàn)下圖3：

圖3 監(jiān)測(cè)孔平面分布示意圖

地下水監(jiān)測(cè)情況主要如下：

（1）SW01 孔最高穩(wěn)定水位出現(xiàn)在6月24日，水位深度2.65m，標(biāo)高57.57m；SW02 孔最高水位出現(xiàn)在6月24日，水位深度2.55m，標(biāo)高57.92m；SW03孔最高水位出現(xiàn)在6月23日，水位深度2.14m，標(biāo)高59.09m；SW04 孔最高水位出現(xiàn)在5月28日和6月12日，水位深度1.81m，標(biāo)高59.80m；（2）SW01 孔穩(wěn)定水位變化范圍2.65m～4.83m（5.45m 為初見(jiàn)水位），相對(duì)應(yīng)標(biāo)高55.39m～57.57m；SW02 孔穩(wěn)定水位變化范圍2.55m～3.53m（5.52m 為初見(jiàn)水位），相對(duì)應(yīng)標(biāo)高56.94m～57.92m；SW03 孔穩(wěn)定水位變化范圍2.14m～2.66m（2.68m 為初見(jiàn)水位），相對(duì)應(yīng)標(biāo)高58.57m～59.09m；SW04 孔穩(wěn)定水位變化范圍1.81m～3.84m，相對(duì)應(yīng)標(biāo)高57.77m～59.80m；（3）監(jiān)測(cè)周期內(nèi)大致出現(xiàn)三次降雨過(guò)程，第一次出現(xiàn)在5月30日～6月5日，第二次出現(xiàn)在6月13日，第三次出現(xiàn)在6月19日～6月22日，附圖中水位變化曲線也能大致反映此情況，從圖中可以看出水位變化有時(shí)有延遲情況；（4）整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)SW01 孔～SW03 孔水位較為穩(wěn)定，SW04 孔受降雨影響較大，表現(xiàn)為水位升的快降得也快。分析其原因?yàn)椋篠W04 孔受地勢(shì)影響，東側(cè)靠近擋墻，高度落差達(dá)5.0m 多，降雨時(shí)受擋墻阻隔的影響排水通道不完全，不能短期內(nèi)形成排水通道，水位急劇上升，但是當(dāng)通道一旦形成，受高差的影響，水位就能迅速降低；SW01 孔～SW03 孔，有完善的排水通道，水位變化平緩。

6、設(shè)計(jì)參數(shù)簡(jiǎn)介

按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，本工程框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)間距6-8m，事故區(qū)正負(fù)零標(biāo)高60.50m，地下室頂板高程59.60m，地下室面底板面部標(biāo)高55.50m，底板底部標(biāo)高55.08m,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)梁底高程54.70m，地下室梁板混凝土標(biāo)號(hào)C35，底板厚250mm，配置雙向雙層鋼筋12@150鋼筋二級(jí)筋，防滲等級(jí)P6，地下室底板迎水面保護(hù)層50mm，背水側(cè)保護(hù)層25mm，設(shè)計(jì)抗浮水位為57.00m，實(shí)際覆土標(biāo)高61.10m，原勘察報(bào)告測(cè)量水位標(biāo)高最高為54.00m，地形改變后，水位標(biāo)高已經(jīng)隨地形改變，標(biāo)高介于57.57-59.80m，高出原勘察水位約3m，高出設(shè)計(jì)抗浮水位約0.7-2.0m。

7、驗(yàn)算前提

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)總體驗(yàn)算，柱垂直度、高程均未見(jiàn)異常，本工程3-4 號(hào)棟整體抗浮應(yīng)該說(shuō)是滿足設(shè)計(jì)要求的。所以本工程主要驗(yàn)算局部抗浮。主要驗(yàn)算過(guò)程見(jiàn)下節(jié)。

8、底板變形及裂縫驗(yàn)算

按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第7.2.2 條，考慮到地下水頭梯度變化，以58m 標(biāo)高水位（2.5m 高水頭）進(jìn)行底板變形驗(yàn)算，具體如下：

水頭荷載為25kpa，以單位寬度進(jìn)行板撓度計(jì)算，原12@150 鋼筋單位寬度鋼筋面積為754mm2，Es=2.0×105N/mm，Ec=3.15×104N/mm，h0=200mm。

按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第7.2.5 條，θ 取值1.6，將以上參數(shù)代入上述公式，用倒梁法計(jì)算，按兩端鉸接支座計(jì)算跨中撓度可達(dá)到72mm,按固定端支座跨中撓度為24mm。遠(yuǎn)大于規(guī)范允許值。當(dāng)然值得說(shuō)明的是，這只是理想彈性狀態(tài)下的分析，實(shí)際工況中如果達(dá)到如此變形，早已進(jìn)入裂縫工況，本計(jì)算只是做校核之用。

同時(shí)，以結(jié)構(gòu)整體計(jì)算程序采用盈建科系列軟件,版本號(hào)4.0，以新的地下水水頭作用下進(jìn)行了結(jié)構(gòu)重新配筋計(jì)算，結(jié)果如下圖4所示：

圖4 新水頭作用下地下室底板（局部）配筋計(jì)算值

12@150 單位延米筋量753mm2（上圖圖面中間配筋單位為cm2），14@150 單位延米筋量1026mm2，18@150 單位延米筋量1696mm2。按新的水頭值設(shè)計(jì)，雙層鋼筋大多要設(shè)計(jì)為16@150 甚至18@150,才能滿足設(shè)計(jì)要求。很顯然，原設(shè)計(jì)所配鋼筋是偏少的。雖然鋼筋可能對(duì)板體剛度貢獻(xiàn)值不一定明顯，但對(duì)裂縫控制應(yīng)該是有積極作用的。

9、事故原因分析

（1）地形條件，本工程周邊市政道路普遍與小區(qū)正負(fù)零齊平或者略高，西側(cè)路面標(biāo)高60.30m，東側(cè)小區(qū)正負(fù)零標(biāo)高62.50m，西北側(cè)道路交點(diǎn)標(biāo)高61.5m，北側(cè)道路標(biāo)高62.5m，南側(cè)稍低，也可達(dá)到58.76m 左右，然而南側(cè)道路離4 號(hào)棟地下室仍有相當(dāng)距離，排泄條件很差。可以總體認(rèn)為該項(xiàng)目地下室占據(jù)了一較為低洼空間，恰好是集水的有利場(chǎng)所，地形上來(lái)講具備地下水長(zhǎng)期匯聚的基本條件；（2）場(chǎng)地地下水隨地勢(shì)改變，已經(jīng)明顯高于原設(shè)計(jì)抗浮水位值約1～2m 不等；（3）場(chǎng)地回填土質(zhì)多為黏土，透水性差，又未設(shè)置專門的集排水構(gòu)造及措施，地下水有匯聚的可能，但排泄條件很差，即使單位時(shí)間入滲量極小，在足夠長(zhǎng)時(shí)間作用下可以產(chǎn)生相當(dāng)?shù)乃?，另外，從物理的角度看，即使水量總體不大，只要充滿了地下室外側(cè)土體孔隙，即可產(chǎn)生相當(dāng)?shù)母×π?yīng)。放大效應(yīng)尤其明顯；（4）地下水的季節(jié)性變化。地下水是一種流體，不像巖土體隨時(shí)間變化其特性改變較為有限，地下水季節(jié)性變化尤為明顯，雨季和旱季差別很大。往往某些項(xiàng)目在旱季可能是穩(wěn)定的，雨季后經(jīng)常發(fā)生事故；（5）結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作工況考慮不足。以上節(jié)計(jì)算數(shù)據(jù)可知，在新的地下水水頭作用下，地下室底板抗裂和變形數(shù)據(jù)不能滿足要求；（6）設(shè)計(jì)對(duì)地形邊界條件改變后的地下水隨之改變的情況預(yù)計(jì)不足，或者說(shuō)勘察單位沒(méi)有作相應(yīng)的聲明，導(dǎo)致地下室底板基本就是沒(méi)有考慮高水頭工況。事后再看，從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，即使勘察單位未提供地形改變后的抗浮水位，設(shè)計(jì)也應(yīng)對(duì)抗浮工況有足夠的重視。完全割裂各專業(yè)之間的緊密聯(lián)系，以避責(zé)來(lái)推脫設(shè)計(jì)缺陷，是不負(fù)責(zé)任和不專業(yè)的體現(xiàn)。優(yōu)秀或者有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，應(yīng)對(duì)此類工程有足夠的敏感度和控制意識(shí)，在設(shè)計(jì)圖紙交付前可以委托相關(guān)單位進(jìn)行地下水專題研究；（7）行業(yè)積累欠缺，地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)沒(méi)有總結(jié)。從全國(guó)范圍看，其實(shí)多省已經(jīng)發(fā)生多起因抗浮產(chǎn)生的官司糾紛，部分項(xiàng)目處罰金額還比較巨大。從技術(shù)角度不太好分析，因?yàn)槭鹿氏嚓P(guān)方因各種原因不會(huì)隨意公開(kāi)工程資料，部分項(xiàng)目的事故原因有時(shí)候會(huì)簡(jiǎn)單或者無(wú)腦到讓人咂舌。但是有一點(diǎn)是毋容置疑的，地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)亟待總結(jié)形成規(guī)范，某種地質(zhì)條件，某種邊界條件，某種結(jié)構(gòu)形式可以適應(yīng)哪些變形要求，都宜有具體的數(shù)據(jù)支撐。以期可以警惕后人，枉走彎路。

結(jié)語(yǔ)：

本工程因建筑規(guī)劃需要進(jìn)行了大面積填土作業(yè)，場(chǎng)地標(biāo)高改變較大，整體填高約6m。地下水隨之上升約2～3m。本文以新的地下水頭進(jìn)行了地下室部分的局部抗浮驗(yàn)算，結(jié)論說(shuō)明，原設(shè)計(jì)不滿足局部抗浮工況要求。地下水頭上升對(duì)板體撓度和裂縫有非常敏感、迅速的影響。從工程施工完畢尚未驗(yàn)收的情況看，地下水邊界條件的改變導(dǎo)致的浮力效應(yīng)很快體現(xiàn)出來(lái)，地下室底板變形過(guò)大繼而開(kāi)裂滲水，給項(xiàng)目交付帶來(lái)較大的負(fù)面影響。經(jīng)驗(yàn)算可知，采用概念設(shè)計(jì)，適當(dāng)考慮周邊條件改變后可能引起的水位變化，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，是完全可以避免這類事故的。此類工程事故不涉及到主體結(jié)構(gòu)安全，但是非常影響設(shè)計(jì)口碑和工程交付，況且安置房項(xiàng)目性質(zhì)較為特殊，經(jīng)濟(jì)、安全、科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)顯得尤為敏感和重要，當(dāng)然，這也應(yīng)該是廣大勘察設(shè)計(jì)從業(yè)者一直應(yīng)該努力的方向。