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上层滞水对地下室结构的影响及处理措施

日期：2016-5-16 16:30:31　来源：互联网　浏览数：
　

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1· 工程概况
    某工程为地下1 层、地上3 栋33 层的框架剪力墙结构，地下室建筑面积为10 817 m2，长131 m，宽82 m。基础为冲击成孔灌注桩，地下室底板设计为无梁楼盖形式，底板厚300 mm，纯地下室基础为一桩一承台，外剪力墙厚300 mm，顶板厚250 mm。主楼与地下室之间设有沉降后浇带，沉降后浇带之间设有膨胀加强带。地下室混凝土强度为C30，抗渗等级为P6。
    根据地勘报告和现场开挖情况，该地块坐落在袁河冲击二阶地上，上部为杂填土，下部为粉质黏土、粗砂及碎石土，场地的地下水主要为孔隙潜水及上层滞水，下伏基岩裂隙水，地下水位埋深0.00～6.8 m，标高71.75～83 ｍ，综合区域的水文地质单元地下水动态变化规律和勘探期间是雨季的情况，地下室抗浮水位设计按照79 m考虑。地下室在上年的7月份全部完工，在次年的3月份巡查时发现非主楼部分地下室顶、底板中部隆起及部分框架梁柱出现裂缝，裂缝最宽处为1.5 cm。此时主楼结构已施工至26层、31层。经检测单位对地下室混凝土进行取芯检测，发现混凝土强度已达到设计要求的C30，水泥稳定性满足规范要求。
    通过参建各方的初步分析，造成地下室隆起的原因可能是地下水位的浮力引起所致。现场在地下室底板设置了2 个泄水孔，喷出的水柱高达1.6 m，见图1。经现场监测，在采取泄水孔排水约1 d以后，地下室顶板和底板隆起现象立刻有了很大的改变，裂缝也大部分变窄，见图2。

    2· 地下室隆起原因分析
    通过采取泄水孔降低地下水位后，地下室顶板、底板隆起和梁柱裂缝的变化情况，证实了造成地下室隆起的原因是地下水位的上升产生的浮力超过设计的抗浮能力所致。根据地质勘探报告显示的地质情况、当地的气候条件和地下室周边的情况，引起地下水位升高的原因主要有以下几个方面：
    （a）在该年的2～3月上旬，该地区持续了近1 个月的降雨，而工程场地坐落在袁河冲击二阶地上，整个场地地势比较低，地下室基坑周边回填土又不密实，地下室顶板及周边道路上的地表雨水、地下水及施工用水通过回填土和地下室外墙之间的缝隙涌入地下室周边，并且该地下室的外围场地土主要为粉质黏土，为弱透水层，涌入地下室周边的水排不出去，渗入到地下室底板下面，造成地下水位不断上升。
    （b）在该地下室东约50 m处有一人工湖，水位在80.7 m，场地浅部填土层厚3～4 m，该地表水补给地下水，同时抬高了周边地下水的水位。根据在基坑东西两侧布置的水位观测情况，西侧孔的地下水静止水位标高在78.1 m，东侧距人工湖较近的孔的地下水静止水位标高在79.9 m，东侧距人工湖较远的孔的地下水静止水位标高约在78.84 m。根据上面的水位标高情况，说明人工湖会对周边地下水的水位产生影响。
    （c）根据泄水孔喷出的水柱，当时地下水的水位标高超出了原设计的抗浮水位。原设计地下水抗浮水位为79 m，地下室自重可抵抗地下水浮力，地下室顶板覆土以后可抵抗4 m左右的水浮力，即使地下水位上升4 m也能够抵抗地下室的整体上浮。但当时地下室还没有全部施工完，非主楼部分地下室的顶板未覆土，当地下水位达到一定高度，水浮力就超过了地下室的抗浮能力，造成非主楼部分地下室从周边往中部隆起，框架柱向中间倾斜，梁柱呈现斜向和水平裂缝。而主楼部分由于上部结构已施工至26层、31层，主楼部分的自重能抵抗地下水的浮力，因此该部分地下室未出现裂缝。
    3· 处理措施[1,2]
    3.1 对地下水位的处理   地下室上浮主要是由于上层滞水的水浮力积聚到一定程度而造成的，为减少地下水对地下室的影响，在地下室顶板未覆土之前解决的关键就是控制地下水位的上升和地表水的渗入。针对本工程的情况，在对地下室处理之前，首先挖除地下室周边不密实的回填土，并用黏性土和灰土分层夯压密实，同时做好地下室周边的排水措施。其次在地下室周边和内部设置降水井降低地下水位。在地下室内利用底板钻的2 个泄水孔和集水井排水，在地下室周边间隔50 m各钻1 口降水井，在降水的过程中应密切关注是否对周边的建筑物和道路产生影响，并做好排水措施。通过采取以上措施，地下室顶底板的隆起部分已基本下沉至原来的设计标高，之前有的细小裂缝也基本看不到，倾斜的框架柱也恢复至垂直状态，裂缝的宽度也变窄了，最大的裂缝在5 mm以内。
    3.2 对地下室裂缝的处理
    在裂缝处理之前，首先对地下室结构构件的裂缝进行检查，明确哪些部位的裂缝属于结构破坏，哪些属于非结构破坏，针对不同的裂缝采取不同的处理措施。
    （a）对于结构构件的非破坏性裂缝，根据裂缝的大小及裂缝的分类采取环氧树脂胶泥表面封闭、压力灌环氧树脂浆液补强等进行处理。
    （b）对较大斜裂缝和水平裂缝的柱子，属结构破坏，需对其进行植筋、包钢进行加固。对于柱表面混凝土破坏比较严重的采取植筋加固的方法，在凿除柱子原混凝土前应对支承在该需加固柱上的梁用钢管顶撑进行反顶加固（图3），然后凿除该柱子的表面混凝土直到露出柱子主筋，在柱子外侧植加固钢筋，重新支模浇筑混凝土。对于裂缝比较大的柱子采用注浆、外粘型钢加固。外粘型钢法将角钢、钢板箍通过螺栓和灌环氧树脂与混凝土柱可靠地连结成一个整体，钢板上部包裹铁丝网，然后抹高强度等级砂浆防腐。

    （c）对于梁上的破坏性裂缝，采取注浆和粘贴碳纤维进行加固。对于梁端部位梁底为砖砌填充墙时，拆除砖砌填充墙，植钢筋浇筑同厚度的钢筋混凝土墙。
    （d）对于地下室的顶、底板，在保证地下室使用功能的前提下，在板面增加厚100 mm的钢筋网混凝土面层。
    （e）除了采取以上措施外，在地下室的顶板未覆土以前，在地下水比较丰富的区域保留地下室周边的降水井，一直持续到地下室顶板覆土完毕。
    通过采取上述的一系列措施以后，在结构方面保证了地下室的使用安全，在功能方面保证了地下室的使用功能。目前地下室顶板已经覆土，原有的裂缝没有继续发展，渗漏水的现象得到了很大的改观。
    4· 结语
    地下水浮力对地下结构的设计和施工影响日益突出，特别是上层滞水，设计时既要结合地质勘探报告的地下水位，又要考虑基坑的土方回填达不到要求密实度时对地下水位的影响，以及施工时顶板不能及时覆土对地下室抗浮的影响。施工时要结合当时的气候条件采取必要的降排水措施，在基坑的回填时要求分层夯实达到设计的密实度，必要时也可向地下室内回灌水以减少上层滞水对地下室抗浮的影响。