余曉飛

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 廣州 510500）

0 引言

自21 世紀(jì)以來，隨著城市建設(shè)步伐的加快，城市建設(shè)用地日益緊張，地下室作為人防臨時掩體及車庫功能得到越來越大的推廣和應(yīng)用。近年由于設(shè)計單位、施工單位輕視地下室上浮的潛在問題，部分地下室在施工過程或投入使用過程中出現(xiàn)不同程度的上浮破壞。

由于土體的空隙及巖體的裂隙賦存大量的地下水，地下水對埋置于巖土體之中或之上的地下結(jié)構(gòu)或洼式結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生浮力，若結(jié)構(gòu)的自重小于浮力時將發(fā)生上拱或上浮失穩(wěn)破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常使用甚至整體安全性［1］。地下室上浮破壞的形式主要有局部抗浮失效、局部整體抗浮失效、整體抗浮失效［2］。每逢雨季，地下室的抗浮問題日益突出。

本文針對中山某住宅小區(qū)地下室上浮事故進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、檢測鑒定，并結(jié)合地下室整體抗浮與局部抗浮計算復(fù)核，對上浮損傷事故的原因進(jìn)行定性分析，提出相應(yīng)的處理建議，為類似工程的檢測與鑒定提供參考案例。

1 工程概況

中山某住宅小區(qū)地下室尚未投入使用，地下室頂板尚未覆土，頂板采用正交主次梁板結(jié)構(gòu)，底板為筏板結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，未設(shè)置抗拔樁，結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計圖紙一致，平面布置如圖1 所示。地下室底板按后澆帶分區(qū)澆筑，區(qū)域劃分如圖1所示，其中柱腳涌水的負(fù)一層位于6號區(qū)域。

圖1 地下室平面布置（按后澆帶澆筑時間分為16區(qū)）Fig.1 Floor Plan of the Basement

該工程南側(cè)緊鄰私人水塘，西側(cè)相隔10 m處為另一私人水塘，北側(cè)為市政道路，地形鳥瞰圖如圖2所示。

圖2 住宅小區(qū)地形鳥瞰圖Fig.2 Aerial View of the Residential Area

2 事故調(diào)查

2.1 事故經(jīng)過

自2019 年7 月開始，受長時間強(qiáng)降雨影響，至2019 年8 月2 日，發(fā)現(xiàn)中山某住宅小區(qū)地下室個別底板與柱腳交接處有裂縫，框架柱根部大量涌水，柱腳涌水框架柱位于“6號區(qū)域”（見圖1）；且部分構(gòu)件存在不同程度的受損。

2.2 地下水位調(diào)查

根據(jù)委托方提供的工程資料，該工程地下室原抗浮設(shè)計水位為絕對標(biāo)高2.500 m（相對標(biāo)高-2.250 m）；委托方發(fā)現(xiàn)地下室損傷當(dāng)日（2019年7月～8月強(qiáng)降雨期間）周邊共有10 臺降水井，其中僅4 臺降水井正常工作，井內(nèi)實(shí)際水位為絕對標(biāo)高2.850 m（相對標(biāo)高-1.900 m）；經(jīng)周邊環(huán)境調(diào)查，該項目南側(cè)及西側(cè)均毗鄰水塘，參考《建筑工程抗浮設(shè)計規(guī)程：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-125—2017》第4.2.2 條，本次復(fù)核驗算擬投入使用后的計算水位取室外地坪標(biāo)高，即絕對標(biāo)高3.150 m（相對標(biāo)高-1.600 m）。

3 結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測［3］

3.1 底板厚度檢測

現(xiàn)場采用鋼卷尺結(jié)合鉆芯法檢測地下室底板厚度。檢測結(jié)果表明，抽檢的大部分底板厚度不符合設(shè)計要求（300 mm），底板厚度實(shí)測值與設(shè)計值的偏差為（-6）～（-50）mm。

3.2 混凝土強(qiáng)度檢測

現(xiàn)場采用鉆芯法檢測地下室的承臺、底板混凝土強(qiáng)度。檢測結(jié)果表明，抽檢的承臺混凝土抗壓強(qiáng)度值介于28.3～63.0 MPa 之間；抽檢的底板混凝土抗壓強(qiáng)度值介于30.0～69.0 MPa之間。

3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋配置及鋼筋保護(hù)層厚度檢測

現(xiàn)場采用局部鑿除保護(hù)層和鋼筋探測儀相結(jié)合的方法，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋規(guī)格、數(shù)量、間距、保護(hù)層厚度等進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明，抽檢的底板板面鋼筋直徑符合設(shè)計要求，其中大部分板面鋼筋間距的實(shí)測值與設(shè)計值的偏差超出規(guī)定允許偏差范圍，不符合設(shè)計要求。抽檢的大部分底板板面鋼筋保護(hù)層厚度不符合設(shè)計及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范：GB 50204—2015》要求。

3.4 底板混凝土抗?jié)B等級檢測

現(xiàn)場采用鉆芯法對地下室底板的混凝土抗?jié)B等級進(jìn)行抽樣檢測。檢測結(jié)果表明，抽檢的底板混凝土均符合P6抗?jié)B等級的設(shè)計要求。

3.5 構(gòu)件變形檢測

現(xiàn)場采用經(jīng)緯儀對該工程具備觀測條件的柱構(gòu)件的變形進(jìn)行檢測。結(jié)構(gòu)變形檢測結(jié)果表明，該建筑抽檢的負(fù)一層柱柱頂側(cè)向位移（含結(jié)構(gòu)本身施工偏差）范圍為2～40 mm（H/1850～H/93），僅1 個柱側(cè)向位移過大；柱頂側(cè)向位移無規(guī)律性，各方向均有構(gòu)件存在較大側(cè)向位移，且位移較大的框架柱位置分布無規(guī)律性。

4 結(jié)構(gòu)損傷檢查

4.1 承臺的受損及連接情況檢查

現(xiàn)場開鑿與涌水柱腳交接的承臺（7×H、8×H），檢查承臺的裂縫、破碎情況和底板與承臺的連接是否符合設(shè)計要求。

柱腳涌水部位周邊損傷缺陷檢測結(jié)果表明，7×H、8×H、柱腳處存在蜂窩、疏松及涌水現(xiàn)象，與承臺面交界處存在環(huán)向裂縫，裂縫寬度22.00～39.00 mm。開鑿承臺表面混凝土后發(fā)現(xiàn)柱腳與承臺面交界處至板底存在貫穿斜向裂縫，最大裂縫寬度介于10.00～17.00 mm之間，裂縫自板底延伸至柱腳與承臺面交界處，裂縫寬度逐漸變小。裂縫大樣如圖3所示。承臺裂縫損傷如圖4所示。

圖3 承臺裂縫大樣Fig.3 General of the Foundation Crack

圖4 承臺損傷Fig.4 The Damage of the Foundation

承臺與底板連接情況檢查結(jié)果表明，承臺與底板同一標(biāo)高，承臺鋼筋直徑符合設(shè)計要求；底板與承臺交接處僅布置單層鋼筋與承臺連結(jié)，未發(fā)現(xiàn)雙層鋼筋，不符合板面筋拉通、板底筋在承臺邊錨固的設(shè)計要求。鋼筋布置詳見圖5。

圖5 承臺鋼筋布置（未設(shè)置板面筋貫通承臺）Fig.5 Steel Placement of the Foundation

4.2 承臺混凝土澆筑情況檢測

現(xiàn)場采用局部抽芯檢查地下室承臺混凝土澆筑是否存在分層現(xiàn)象。檢測結(jié)果表明，抽檢部分承臺混凝土澆筑存在分層現(xiàn)象，其中與涌水柱腳交接的承臺混凝土澆筑均存在分層現(xiàn)象。芯樣分層如圖6所示。

圖6 承臺芯樣分層Fig.6 The Core Layering Placement

4.3 柱、圍護(hù)砌體墻構(gòu)件損傷缺陷檢查

依據(jù)《房屋裂縫檢測與處理技術(shù)規(guī)程：CECS 293∶2011》［4］，現(xiàn)場對委托區(qū)域的構(gòu)件進(jìn)行損傷普查，部分裂縫損傷照片詳見圖7。通過對本次裂縫及損傷檢查結(jié)果的統(tǒng)計，按照不同裂縫及損傷所處的位置及分布特征，對地下室中不同位置存在的裂縫及損傷進(jìn)行歸類，主要有如下幾種類型：

圖7 結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損（部分）Fig.7 The Damage of the Structural Member

⑴地下室框架柱9×P、9×N、10×N、11×N、12×N柱頂存在水平裂縫，裂縫寬度介于0.15～0.40 mm 之間，且柱10×N、11×N、12×N 柱頂角部存在混凝土破碎現(xiàn)象，柱9×P 柱頂角部混凝土表面存在疏松現(xiàn)象；框架柱10×N 柱腳存在露筋銹蝕現(xiàn)象，并引起開裂，裂縫寬度為0.05 mm。

⑵ 框架柱14×M 柱頂存在水平環(huán)狀裂縫，裂縫寬度為0.05 mm，柱頂角部混凝土表面存在剝落現(xiàn)象；框架柱8×N柱腳混凝土表面存在剝落現(xiàn)象。

⑶部分圍護(hù)砌體墻存在貫穿斜向裂縫，裂縫寬度介于1.0～4.0 mm之間。

5 結(jié)構(gòu)驗算復(fù)核

本次驗算復(fù)核分為設(shè)計條件、當(dāng)日實(shí)際條件和擬投入使用條件3個工況，各工況參數(shù)如表1～表3所示。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：GB 50007—2011》［5］，每個工況分別驗算其整體抗浮及底板抗沖切性能。因該地下室底板尚未發(fā)現(xiàn)裂縫損傷，本次不對局部抗浮進(jìn)行驗算。驗算結(jié)果如表4、表5所示。

表1 設(shè)計條件下結(jié)構(gòu)計算參數(shù)取值一覽Tab.1 Structural Calculation Parameter Value List（Design Condition）

表2 當(dāng)日實(shí)際條件下結(jié)構(gòu)計算參數(shù)取值一覽Tab.2 Structural Calculation Parameter Value List（Actual condition）

表3 擬投入使用后結(jié)構(gòu)計算參數(shù)取值一覽Tab.3 Structural Calculation Parameter Value List after Completion

表4 各工況整體抗浮對比結(jié)果一覽Tab.4 Comparison Results of Each Operating Condition（Integral Anti-floating）

表5 各工況抗沖切驗算對比結(jié)果一覽Tab.5 Comparison Results of Each Operating Condition（Anti-punching Sheer Calculation）

6 結(jié)構(gòu)受損原因分析

6.1 柱腳涌水分析

該地下室涌水柱腳與承臺交接處存在寬度大于20 mm 的環(huán)狀裂縫，說明承臺內(nèi)部已開裂，并延伸至柱腳四周與承臺交接處。開鑿承臺后發(fā)現(xiàn)承臺側(cè)面存在貫穿斜向裂縫，從地下室底板延伸至柱腳與承臺交接處，裂縫寬度隨延伸方向變小。開鑿的承臺中，一個承臺與柱腳之間的產(chǎn)生的斜向裂縫發(fā)展角度小于45°，且開裂范圍大于h0；另一個承臺裂縫發(fā)展平緩，從底板板底延伸至柱腳與承臺交接處角度突然變陡，如圖3所示，均不符合柱對承臺的沖切破壞機(jī)理［6］，故判斷該裂縫并非由結(jié)構(gòu)承載力不足而引起。

通過鉆芯法可發(fā)現(xiàn)與涌水柱腳交接的承臺混凝土澆筑均存在分層現(xiàn)象，混凝土澆筑間歇期過長降低了結(jié)合面的層間粘結(jié)強(qiáng)度［7］。因此可判斷承臺混凝土存在分層現(xiàn)象導(dǎo)致地下水通過縫隙進(jìn)入承臺內(nèi)部。根據(jù)《地下室周邊各降水井水位及抽水泵工作情況統(tǒng)計表》，8 月2 日當(dāng)天降水井未能完全工作導(dǎo)致地下底板存在較大的承壓水頭；通過檢測發(fā)現(xiàn)底板鋼筋僅有一層鋼筋貫通承臺，未能有效限制承臺的開裂；根據(jù)現(xiàn)場普查發(fā)現(xiàn)涌水柱腳混凝土外表質(zhì)量較差，存在疏松、蜂窩的現(xiàn)象，致使柱腳空隙較大。因此，水流導(dǎo)致縫隙寬度變大，一直開裂至柱腳與承臺交接處，通過柱腳產(chǎn)生涌水。

綜上，柱腳涌水的主要原因是基礎(chǔ)承臺混凝土分層澆筑時施工縫的接合面處理不當(dāng)。

6.2 柱裂縫損傷分析

該地下室部分柱柱頂或柱腳角部混凝土破碎，其中部分破碎處沿柱角對角線位置存在水平裂縫，符合大偏心受壓破壞的特征［8］；部分柱存在多處柱角破碎或水平環(huán)狀裂縫，系由該柱反復(fù)受到不同水位標(biāo)高的水浮力引起。根據(jù)現(xiàn)場對裂縫的檢查、委托方提供的資料及結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果表明，8 月2 日當(dāng)天地下室頂板位置未覆土，地下水位產(chǎn)生的上浮力大于結(jié)構(gòu)自重，不滿足整體抗浮承載力要求，使柱頂破壞。因此以上裂縫主要由地下室整體上浮引起。

6.3 砌體墻裂縫分析

部分圍護(hù)砌體墻存在貫穿斜向裂縫，形狀呈倒八字形，裂縫寬度介于1.0～4.0 mm 之間；且墻體位于板跨中部，當(dāng)?shù)叵滤划a(chǎn)生的上浮力大于結(jié)構(gòu)自重時，跨中板帶上拱引起墻身開裂。因此可判斷以上裂縫主要由地下室上浮引起。

7 處理建議

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)受損原因分析，建議對該地下室進(jìn)行以下幾個方面的處理：①立即采取有效降水措施［9］，并保證地下車庫頂板覆土回填前降水井的持續(xù)工作；②對承臺混凝土澆筑分層情況進(jìn)行普查，并對混凝土施工縫接合面處理不當(dāng)?shù)某信_進(jìn)行處理；③對開裂受損的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)處理，對存在露筋銹蝕、蜂窩酥松的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)處理。

8 結(jié)語

通過本案例及本人接觸的幾個地下室上浮事故可總結(jié)出，地下室上浮破壞主要有3類：①地下室整體抗浮失效，主要體現(xiàn)在柱頂或柱腳混凝土破碎壓潰，且存在水平環(huán)狀裂縫；部分砌體墻出現(xiàn)“倒八字”斜向裂縫；②承臺混凝土層間間歇時間過長而產(chǎn)生冷縫，導(dǎo)致地下水從板底流進(jìn)柱腳，使柱腳環(huán)狀開裂并出現(xiàn)滲水涌水現(xiàn)象；③地下室局部抗浮失效或抗?jié)B等級不滿足設(shè)計要求，主要體現(xiàn)在底板開裂［10］。其中①、②、③類破壞均與抗浮水位有關(guān)，而對①類的抗浮設(shè)計應(yīng)從基礎(chǔ)及自重優(yōu)化開始考慮［11］，②、③類的抗浮設(shè)計則與底板（承臺）有關(guān)。本案例主要發(fā)生①、②類破壞，其誘因主要有：設(shè)計單位、巖土勘察單位對抗浮水位的誤判，一旦暴雨來臨，地面的地表水全流入基坑形成“腳盆”效應(yīng)［12］；施工單位的施工質(zhì)量、排水控制不滿足設(shè)計要求，其中基礎(chǔ)承臺混凝土分層澆筑時施工縫的接合面處理不當(dāng)導(dǎo)致柱腳嚴(yán)重受損。

地下水位直接影響水浮力的大小，因此設(shè)計單位、勘察單位應(yīng)根據(jù)工地的場地環(huán)境、建筑使用空間謹(jǐn)慎選擇抗浮水位。施工單位也要嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工，特別是在暴雨或頂板尚未覆土期間，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測與檢查，必要時采取強(qiáng)降水等措施。

地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞不盡相同，但以整體抗浮失效最為嚴(yán)重，因此對每個地下室項目，參建各方應(yīng)重視水浮力對地下室的影響，盡量避免上浮事故發(fā)生。