暴雨过后地下车库上浮原因分析及处理

中建二局第四建筑工程有限公司 天津 300457

在我国东部沿海地区，对于含有单层或多层地下车库的工程，尽管在设计时采用了抗拔桩，但是如果在地下车库顶板没有回填土时遇见台风、暴雨等极端天气，加上没有采取降水措施或降水措施不到位，会导致地下水位急剧上升。最后地下车库的总荷载加上桩的抗拔承载力之和小于地下车库所受到的浮力时，地下车库会局部或者整体上浮，导致地下车库的框架柱、顶板和底板被破坏。

1 工程概况

背景工程地下车库建筑面积约1.7 万m2，为地下1 层，层高为3.4 m，基础形式为独立承台+方桩。承台厚800 mm，防水底板厚400 mm，柱距为7.8 m×7.8 m，未设置基础梁；顶板厚350 mm，除局部地区外均未设置框架梁，柱上设置柱帽，柱帽尺寸2.6 m×2.6 m，厚 800 mm。

建筑场地地层为第四纪全新世至上更新世滨海平原型沉积土层。主要由黏性土、粉土和砂性土组成。对该工程施工有直接影响的为浅部土层中的潜水，其补给来源主要为大气降水与地表径流。地下车库至2013年3月结构全部完成，后浇带全部封闭完成，车库顶板回填土未施工。

2 结构的上浮和破坏情况

2013年10月6日至10月8日上海市受“菲特”“和“丹娜丝”双台风影响，工程所在地嘉定区遭遇特大暴雨，10月7日的降雨达到219.4 mm。大雨过后，发现车库中间区域内大部分框架柱与地面和柱帽连接处出现裂缝，部分柱子顶部混凝土破坏。经测量，出现裂缝区域的车库底板上浮约50～260 mm。

对地下车库所有结构裂缝、破坏情况和底板标高进行详细检查和统计，发现结构的裂缝、破坏情况和柱子上浮具有以下特征：

（a）位于地库中部的2 根柱子上浮高度最大，分别为255 mm、250 mm，以这2 根柱为中心向四周方向的柱子上浮高度逐渐减小；

（b）地下车库上浮范围内柱子大半存在裂缝，裂缝分布在柱顶和柱根部500 mm范围内，柱顶多为横向裂缝，部分柱顶部四周混凝土出现破碎，柱根多为斜向裂缝，部分柱根部四周混凝土也出现破碎；

（c）地下车库北侧挡土墙和顶板相交的地方出现贯通性裂缝，车库顶板挠度最大的地方产生裂缝，雨后出现渗水现象；

（d）地下1层车库底板顶至顶板底的垂直距离仍为设计距离，车库内净空未发生变化，车库顶板和底板整体上浮；

（e）地库上浮区域呈现出两边低中间高的形状。其中A-D轴紧挨中间主楼，A-N轴为挡土墙，墙下桩较密，这2 条轴线上的柱子类似简支梁的支座，在水浮力的作用下，这2 排柱子中间区域的车库整体向上弯曲。具体以上浮高度最大的B-3轴柱子为例，A-N轴为外墙，上浮高度为0 mm，A-D轴处柱子紧邻地库内主楼，上浮高度为－14 mm，中间的A-J轴处上浮高度则达255 mm，见图1。

图1 B-3轴柱子上浮高度示意

简支梁支座所受的支座力较大，所以紧挨着支座处的2 排柱子和墙体受到的破坏较大。

3 结构破坏和上浮原因分析[1-7]

从地下车库结构的破坏情况，整体上浮出现的时间、位置进行分析，导致车库局部上浮和结构破坏的原因有以下几个：

3.1 受罕见的特大暴雨袭击，地下水位暴涨

地下车库位置较低，罕见暴雨过后，大量雨水渗入至车库底板以下。根据地质勘查报告，地下车库底板垫层标高以下1.5 m范围内大部分为③t层土，即黏质粉土。属于中等透水层，具有较强的透水能力。地表雨水通过车库周边回填土和这层土渗入到地下车库底板以下，导致地下车库周边及底板下的水产生的浮力大于车库自重、回填土自重和抗拔桩承载力之和，车库局部地方上浮。

3.2 地下车库主体完成，后浇带封闭之后，未进行持续降水

建设单位为了节省成本，地下车库结构施工完毕后，顶板回填土还未回填之前，即要求停止降水，暴雨过后水位暴涨而未采取措施。后浇带浇筑完成后，地下车库构成一个大的封闭空间，类似于一个大船，承受了极大的水浮力。

3.3 结构设计方案欠妥，桩尺寸和抗拔承载力过小

地下车库框架柱柱距为7.8 m×7.8 m，每根框架柱下边设置4 根桩长16 m、截面尺寸为250 mm×250 mm的桩，单桩抗拔承载力100 kN。建设单位设计部门承认由于成本的压力，在出图之前经过多次优化设计，优化时未考虑施工中不利因素（如大暴雨、回填土未及时覆盖、接桩质量差等）的影响，预留的安全余量不够，导致突发事情发生时，桩的抗拔承载力不能满足要求。

3.4 设计将主楼和地下车库分开，对地下抗浮不利

本工程除中间一栋18 层高楼位于地库之内外，其余主楼和地下车库通过连通口进行连接，主楼基础和地库的基础从连通口处断开，主楼的荷载不能传递到地下车库基础，对地下车库的抗浮产生不利的影响。

根据实际测量的结果分析，距离地库中主楼最近的一排柱子没有出现上浮的情况，证明地库内的主楼对地库的抗浮起到有利的作用。

3.5 接桩处施工质量差

本工程采用的预制方桩由2 节桩组成，2 节桩通过角钢搭接焊连接。但在实际施工过程中，工人采用扁钢代替角钢进行焊接，加上搭接材料长度不够，焊缝不饱满等因素，此处的焊接质量难以保证，接桩处成为预制混凝土方桩的薄弱环节。在水浮力作用下，当桩接头处焊缝的承载力小于轴向力时，2 节桩即断开，导致车库抗拔承载力下降。

4 处理措施

4.1 地下车库底板上开孔放水，让地下车库回到设计标高位置

各参建单位经过讨论研究后，决定在上浮高度最大区域的底板后浇带上开一个Φ110 mm的泄水孔将地下水排出，让地下车库地板回到设计标高位置。

开孔泄水后，地下车库底板标高迅速下降，经过2 d之后，地下车库沉降基本稳定。

4.2 地下车库抗浮加固方案

（a）沉降基本稳定后，设计单位决定采取在地下车库顶板上增加荷载的方法抵抗水浮力，避免再次遇到暴雨导致地下车库上浮。

（b）桩的抗压承载力经过验算后能满足要求，不再考虑预制混凝土方桩的抗拔承载力，上浮区域桩的抗拔承载力按零计算。

（c）地下车库顶板增加厚300 mm钢筋混凝土叠合层，内配钢筋双层双向。底板将原厚100 mm混凝土面层改成钢筋混凝土面层，内配钢筋单层双向。顶板和底板叠合层均采用高一级混凝土。

（d）框架柱采用增大截面的方法加固，将原混凝土柱面凿毛、植筋、支模，浇筑高一级微膨胀混凝土。

4.3 裂缝处理措施

当裂缝为单条细微裂缝时，采取注射环氧砂浆的方式进行封堵。当裂缝为多条较密集裂缝或混凝土局部出现破损时，将裂缝或破损处混凝土全部凿掉，同增大截面处的混凝土一起浇筑。

如果顶板和底板遇见较大的贯穿性裂缝，则将混凝土凿穿，在新旧混凝土结合面贴膨胀止水条，然后再与混凝土叠合层一起浇筑。

5 结语

该工程已经严格按照加固图纸进行施工，施工完成之后地下车库结构未出现新的裂缝，也未出现渗水现象。该案例告诉我们，在南方地区施工时，特别要注意防止地下车库上浮造成结构的损坏和工期、经济方面的损失。基坑降水要持续到回填土完成之后，施工中要随时监测地下室的标高，一有变化立即处理；桩基施工时，要严格控制接桩质量。优化设计时，要充分考虑到施工过程中的各种荷载情况，保留一定的安全余量。