某建筑物的漂浮倾斜事故分析及综合整治措施

刘延海 徐玲玲 李丽霞

（1.张家口市京北建设有限公司，河北 张家口075000；2.河北建筑工程学院，河北 张家口075024）

1 工程概况

本工程位于西北某市，新建工程总建筑面积：36800m2，包括客房、会议楼、餐厅及员工宿舍.用地北侧和东侧为湖面，南侧和西侧分别为规划道路.发生漂浮事故的楼座为2＃客房楼，东西长约58m，南北宽约36m，结构形式为钢筋混凝土框架结构，梁筏基础.建筑特点是高低跨联体（纯地下室+南侧地上三层），建筑物层数低，重量轻，如图1所示.地下室除四周挡土墙外，在高低跨交界处设有一道纵向混凝土墙.

图1 建筑物剖面图

2＃客房楼于2007年5月开始基坑的开挖施工，在完成基础垫层工作后，因某些原因停工.2008年5月恢复施工，考虑到剔除原垫层对地基土的扰动，在清除垫层后增设300mm的碎石垫层，继续进行施工.10月15日主体结构封顶，11月24日地下室四周2∶8灰土回填完成.11月26日施工单位停止降水.12月13日施工单位在放50线的过程中，发现地下室顶板北侧高于南侧200mm.14日北、南侧高差增至420mm，15日北、南侧最大高差达485mm.

2 事故原因分析

经过仔细分析，此楼发生不均匀漂浮的主要原因是施工单位过早停止降水，地下水位升高造成的倾覆力过大.另一个原因是抗倾覆荷载，如地上部分二次砌筑墙体、管道和室内外装修、地下室内0.7m厚垫层和地下室北区顶板上1.05m厚覆土等均还未完成.

在现场情况调查后，对现状建筑物的抗浮设计进行校核，地下水对建筑物的浮力高达4.8t／m2，地下水总浮力为11117t.结构自重抗浮荷载按照全部建筑物自重的80%考虑，仅为12206.4t.北侧纯地下室部分的地下水总浮力4218t，而结构自重抗浮荷载仅为3294t，不及地下水浮力的80%.由于1＃楼建筑为高低跨联体，北区纯地下一层，南区地下一层地上三层框架，建筑物荷载重心与地下水浮力重心不重合，建筑物荷载重心偏向南侧，距地下室南侧外墙约13.88m，地下水浮力重心距地下室南侧外墙约17.5m；两者差值3.62m.地下水浮力产生的转动力矩为194547.5t·m；建筑物自重荷载的抗转动力矩为169419.3t·m；两者相差15%.在此条件下停止降水后，尽管建筑物总荷载大于地下水浮力值，由于北侧纯地下室部分结构荷重不足以抵抗转动力矩，以南侧地下室东西外墙为轴顺时针转动，北侧开始上浮，仅48小时北侧地下室外墙顶板处上浮480mm.

3 建筑物倾斜综合整治措施

结合根据现场实际情况，提出应采取以下几个步骤对倾斜建筑物进行处理：1）建筑物结构的检测及鉴定；2）建筑物纠倾；3）抗浮措施实施；4）工程验收.

3.1 建筑物结构的检测及鉴定

本工程建筑物主体结构施工完成，地上部分二次砌筑墙体部分完成.在对建筑物地基与基础、地下室及地上框架结构、围护结构进行了全面检查.由于建筑物上浮，基础与地基脱离，粉细砂有可能随地下水流不均匀进入，因此在基础垫层下铺有300mm的碎石层，阻止流砂的形成.地下室顶板有顺钢筋布置的细微裂缝，经分析为无害裂缝.建筑物承重构件基础底板、梁及地下室外墙、柱、顶板、梁，地上结构框架梁、柱全部进行了混凝土、钢筋的检测，检测结果符合本地区地震设防烈度8度设计要求.

3.2 建筑物纠倾

针对本次事故发生的原因是地下水上升和建筑物南、北荷重不均衡所致，因此在纠倾过程应按照整体协调、平稳、缓慢的原则进行实施.确保建筑物在纠倾过程中对主体结构不产生损伤.按照整体纠倾，采用轻型井点降水法，解除应力法，后期采用堆载加压法、横向加载法进行调整.在实施过程中采用外围测量，内部对结构应力应变监测相结合的措施.

3.2.1 降 水

在对2＃客房楼采取临时降水措施后，经过一周的观测测量，建筑物回落（倾）效果明显回倾（竖向约10mm、水平约5mm），结合2＃楼施工现场情况，将建筑物北侧、东西井点继续降水.具体措施是将井点的水位由-2.7m降水至-8.0m水位，同时为了保证整体回位平稳，观测点的沉降控制每次不超过20mm，降水的稳定期定为2天.

3.2.2 解除地下室四周回填土摩擦应力

在主体结构施工完成后，建筑物地下室四周已按设计要求采用2∶8灰土回填完成.在采用了降水法纠倾后，建筑物在自重荷载的作用下回倾，但回倾的效果非常有限，主要原因是土体对地下室外墙的侧摩阻力降低了回倾的速度.为此在降水的同时还采取挖土的方法，解除土体对地下室外墙的侧摩阻力.整个实施过程中，挖土与降水同步协调进行如下：自原有回填土标高-1.5m处开始挖土，挖土速度1.0m／次.挖土时应及时对边坡作好支护，作好安全防护，避免对施工人员及周围道路建构筑物的影响，做好监测工作.挖土与地下水位的关系：水位应在回填土土体标高以下800mm.按上述原则，重复先降水、后挖土的步骤.

3.3 结构抗浮措施

3.3.1 堆载加压

在建筑物纠倾回调到位后，考虑到建筑物地基持力层为粉细砂，在地下水浮力作用下建筑物上浮过程中，基础与砂石垫层脱离，粉细砂有可能在水流的作用下，从基础底部侧面或垫层中不均匀进入，使基础底面受力不均匀.北侧上浮量较大，纯地下室部分结构自重较小，基础底部受力不均匀程度可能性大，因此，在地下室北侧顶板采取附加荷载的措施，附加荷载使用砂袋（每袋50kg），确保地下室顶板负重1.5～2t／m2，使结构自重加附加荷载的总重与南侧结构总重接近；南侧上浮量较小，自重大，基础底部受力不均匀程度可能性小，依靠结构自身重量调整不均匀性.

3.3.2 附加抗浮设计

由于工程场地的地下水充沛，主要来源于黄河流域的补给，黄河水位涨落直接影响到场地内地下水位的高低；同时考虑到建筑物的使用功能，使用方坚持要求提高抗浮设防能力，确保在使用期内不发生类似事故.抗浮安全系数由国家规范要求的1.1提高到1.2.为此，对建筑物的抗浮设计进行修改.在经过对重型混凝土、锚杆桩、增设抗浮负重构件、扩大基础底板等方案的比较后，考虑到当地的施工能力等因素，最终采取了以下方案：

（1）增设抗浮负重构件

由于地下室结构施工质量存在缺陷如混凝土不密实、有多处渗漏水现象，因此在进行附加抗浮设计时，确定对原有建筑物结构不产生任何破损的前提下，增设抗浮负重构件.抗浮负重构件利用负重构件承受土自重和土侧压力达到抵抗地下水浮力的作用.

（2）修改地下室内建筑地面垫层材料类型

在采用上述方案的情况下，同时修改地下室内建筑地面垫层材料类型.在满足使用功能的前提下，地下室地面建筑面层厚度由600mm，增加到900mm，同时将垫层材料由素填土改为素混凝土，增加建筑物的自重抵抗地下水浮力.

3.4 工程验收

综合《建筑物移位纠倾增层改造技术规范》（CECS225：2007）、《地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）的相关规定，本工程纠倾后建筑物基础的差异沉降为：南侧主楼基础21500×0.002＝43mm；北侧纯地下室12300×0.002＝24.6mm；建筑物整体33800×0.004＝135.2mm.纠倾后建筑物竖向倾斜值为：主楼竖向倾斜13100×0.004＝52mm.

在整个纠倾过程中，包括降水水位的控制及稳定、挖土应力解除及稳定工作，连续以2次／每天的强度进行监测.监测工作从2008年12月15日开始，一直到2009年02月16日建筑物上浮倾斜全部回位，历时两个月.上浮倾斜回位后，以1次／每天的强度进行监测，连续7天观测，以1次／每周的强度进行监测，连续4周的观测，在逐渐趋于稳定条件下，建筑物纠偏后的基础差异为28mm，倾斜值为34 mm，满足规范的规定值.

4 结 论

（1）高低跨建筑的高跨和低跨荷载不同，因而容易引起不均匀沉降；

（2）水位升高后，倾覆力矩大于抗倾覆力矩是建筑物倾斜的主要原因；

（3）采用降水、解除地下室四周回填土摩擦应力和增设抗浮负重构件、修改地下室内建筑地面垫层材料类型等附加抗浮设计有效地解决了建筑物的倾覆.

［1］CECS225：2007建筑物移位纠倾增层改造技术规范中国计划出版社，2008

［2］GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范中国建筑工业出版社，2002

［3］JGJ8-2007建筑变形观测规范中国建筑工业出版社，2007

［4］GB50007-2002建筑地基基础设计规范中国建筑工业出版社.2002

［5］GB50010-2002混凝土结构设计规范中国建筑工业出版社.2002