地下室上浮处理措施

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地下室上浮处理措施

山东茂隆新材料 2020-11-16 1896


 引起地下室上浮的原因是地下水浮力大于建筑物当时的上部荷重,造成这种情况可能是设计上的疏失,也可能是施工的大意。例如,设计人员忽视了大体积地下室主体建筑外上部荷重较轻的受力单元的浮力验算或浮力的设计地下水位标高取值有误;施工过程太早停止人工降低地下水的措施,地下室回填土的回填质量太差无法形成有效摩擦力或施工场地排水不畅地表水倒灌等是地下室发生上浮事故的主要原因。因此,对于地下室上浮事故应仔细分析其原因,并针对性采取相应的应急处理措施与技术处理措施,以最大程度减小其对结构造成的不利影响。

  一、地下室上浮的工程实例分析

  某工程为人工挖孔桩和箱形地下室基础,地下室埋深14.00m,长150.00m,宽71.50m(局部99.85m);上部建筑为框剪结构,包括五层裙楼和双塔楼 (A区主塔楼39层,D区塔楼24层);E区部位只有地下室,没有裙楼。工程完工后进行系统沉降观测时,发现-0.05m板上浮,最大点达149mm,位于E区;此时在E,C区段一些近柱边的框架梁端出现上宽下窄的贯穿性结构裂缝。通过分析,认为地下室上浮工程事故的主要原因有:

  1.设计抗浮力取值小于工程场地实际。本工程设计对地下水位高度估计不足,对基础局部抗浮未考虑及未提出施工控制要求,是本工程地下室在施工阶段上浮的主要原因。事后经实测地下水最大水头大于12.00m,并经复核地下室底板水压达138.5kN/m2;而上浮波及的E区和C区段地下室单桩基础直径为1000mm~1200mm,长度为12m~20m,布桩间距为9000mm×9000mm的人工挖孔钢筋混凝土桩基,不可能承受差距极大的抗拔力(原设计为承受建筑物上部竖向下传荷载)。

  2.设计未考虑基础地下室结构局部抗浮受力差异。上部建筑高低悬殊,甚至同体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。地下室上浮差值最大达138mm,地下室局部结构强度不足以抗拒,导致混凝土梁板开裂;在上浮最大区段正是位于无裙楼部位,裂缝情况也最严重。

  3.施工组织抗浮防范意识不强。工程施工在地下室回填后即停止了降水,地下水位恢复,又因其他原因暂时停止施工,并未作沉降观测,以致发现混凝土结构出现裂缝,仍未觉察是地下室上浮所致。滞后近2个月才认识到事故原因,未能在第一时间内采取有效措施,加剧了本工程地下室和裙楼数层混凝土结构构件裂缝发展程度,增加了结构裂缝补强的工程量。

  二、地下室上浮的应急处理措施

  发生地下室上浮事故,首先应尽快采取措施增加压重和降低地下水位,减少水浮力,停止地下室的上浮趋势,其次应分析地下室上浮是否造成建筑结构的破坏,破坏的程度是否可以修复,根据大部分上浮案例的分析结果证明,由于地下室上浮是一种趋势发展,上浮变形较缓慢,上浮对结构的破坏大部分是可修复的。在结构仍可使用的前提下,就要想办法使上浮的地下室压回原位,最直接的方法是迅速增加结构物的重量。若此方法失败,则须设法消除作用于底板水浮力,或者进一步清除底板下方的淤泥及侧壁的土壤常用的处理方式不外乎加载、抽水、解压或洗砂等数种。处理方式可视现场实际状况,单独使用或数种并用皆可,其处理原则是要使上浮的建筑物适度下沉,以利后续上部结构的施工。因地下室常因卡在土中和受底板下方淤积的泥砂影响,上浮的建筑物很难使其回沉至原始高程,经现场处理后残留的上浮量可能须变更建筑设计或依赖后续施工进行修正,而底板下方的空隙则以灌注水泥沙浆的方式补实,几种常用处理措施如下:

  1.加载。加载即是设法快速增加地下室的重量,以克服水浮力及地下室侧墙与土壤间的摩擦力,使卡在土层中的地下室可沉回原位。简单的加载方式可于一楼楼板上堆置重物,包括钢筋或尚未运离现场之支撑、钢板桩等有份量的物品,主要放置于翘起的角落,但要注意核算楼板的承载能力。另一种快速加载的方法则是直接往地下室灌水,利用水重加压。但加载并不保证能达到所需的效果,增加的载重或许能克服水浮力及侧墙与土壤间的摩擦力,但淤积于底板与基地土之间的泥砂则阻止地下室下沉。继续增加载重只会使淤积的泥砂更紧密,进一步的下沉则难以发生。

  2.抽水。地下室上浮乃因地下水位过高所引起,因此可于现场重行启动原有的抽水井或另行打设抽水井以降低水压。但因地下室上浮后常卡在地层中,仅将地下水位降低并不足以令地下室下沉,须配合加载或洗砂等措施始能见效。但抽水的确是处理地下室上浮的基本动作,消灭上浮的动力后其他配套动作方可达到事半功倍的效果。

  3.解压。某些上浮的案例因地层特性或场地限制以致无法抽水,此时蓄积于基础底板下方的地下水压可藉解压孔消除。所谓解压孔即是于地下室底板以钻机或破碎机凿孔,底板下方的地下水即可由此宣泄。某些运气较好的案例上浮的地下室在底板解压后即回沉至可接受的程

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度,否则仍须采用加载或洗砂等配套措施。此外若上浮的地下室外侧有足够使用之空地,可考虑将周边土塌方部份挖除,如此可自行解除作用于地下室侧墙的摩擦力,使地下室较易于下沉。

  4.洗砂。若抽水、解压及加载等较简单的补救措施无法达到预期的效果,则可考虑进行洗砂作业。洗砂的方法有二,一是利用高压水扰动地下室侧墙边的土壤,以降低其摩擦阻力,但扰动后的土可能顺势流入底板下方,造成底板下方淤泥沉积众多,反而不利于后续作业,采用侧壁洗砂须加倍谨慎。洗砂的另一方法则是利用高压水经由洗砂孔冲散并洗出基础底板下方淤积之泥砂,使地下室得以顺利下沉。洗砂作业前须先评估底板下方泥砂淤积的范围,并于该范围内选取数个或十数个适当位置,凿穿基础底板作为洗砂孔。洗砂作业另须使用污水马达抽除洗出的泥水,其配置方式是在基础底板凿出开孔,或利用已凿出之洗砂孔,放入污水马达抽除以高压水由侧壁或底板下方洗出的泥砂、洗砂作业须有耐心,持续作业可观察到地下室稳定而缓慢的下沉。

  三、地下室上浮的技术处理措施

  地下室发生上浮后,应采取有效应急措施尽快控制地下室的上浮趋势并使地下室基本恢复到原设计标高。但地下水不可能持续采用人工降低,临时压重也需拆除。因此,当经验算,建筑物的荷重不足于抵抗地下室所受的浮力或地下室局部受力单元的垂直荷重不足于抵抗浮力时,就必须采取抗浮技术措施。抗浮桩可能是建筑工程抗浮设计应用最广的技术措施。应该说所有的工程桩,只要桩身抗拉强度足够大,均可以作为抗浮桩。有扩大头的桩,因桩头与土体产生剪切作用,抗拔力较大;大部分的桩是因桩身与土体之间的相互变形趋势形成的摩擦力而起到抗拔作用,抗拔力较小。地下室底板所受浮力基本是均匀分布的,而上部荷重的传递是通过柱子或墙集中受力,浮力和上部荷重的平衡是通过地下室底板的板和梁来传递,因底板和梁的刚度相对较小,因此抗浮桩的设计要求分布比较密,受力比较均匀,单桩抗拔力并不需要很大。小口径的锚杆桩因其施工工艺简单,造价低,质量可靠,抗拔能力强,在抗拔设计中得到较广泛的应用。


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