某住宅小区地下车库上浮案例分析

赵宇

【摘 要】沿海地区地下水及地表水都非常丰富，由地下水水浮力所造成的建（构）筑物发生倾斜、倒塌的事故屡屡出现。杭州某小区，在大底盘地下室施工完毕后，地下室四周进行回填土。地下室底板局部出现上浮，造成部分梁柱节点破坏。从设计、施工角度分析可能导致该地下车库上浮的原因，对今后各设计院地下室抗浮设计的计算方法及施工过程中的注意事项有一定的现实意义。

【关键词】地下室抗浮破坏；预应力管桩；抗拔桩

1工程概况

该小区位于杭州市江干区。该工程总占地面积33961m2，由6栋18层高层建筑组成。地上总建筑面积约84900m2，地下室一层（面积约15000m2），地上十八层，采用框架剪力墙结构，地下车库采用框架结构。该工程地下室共分为A区、B区，受到上浮破坏的区域位于A区东部，详见图1。

其中A区地下室宽约65米，长约165米；两区地下室结构均连通不设缝。层高均为3.8米，顶板埋深1.65米（黄海高程4.7米），柱网尺寸（5.4/6.6/7.3米X8.1米）。顶板厚300mm，底板厚450mm；框架柱截面尺寸为500mmX600mm。

该工程地基基础设计等级为甲级，抗拔桩采用预应力管桩，其型号为PHC-A600（110），直径为：600mm；壁厚为：110mm；预应力管桩端板厚度为20mm，内配预应力钢筋14Φ9。桩基础持力层为中砂层（4-3层）。主楼采用采用先张法预应力管桩，以（5-2）层圆砾为桩端持力层，地基土物理力学指标设计参数如下表1：

该地下水水位受季节影响明显，水位动态变化较大，丰水期水位接近地表，枯水期水位埋深约3.5m左右。深部圆砾层赋存孔隙承压水，水头高在地面下12.0m左右，水量较丰富，地下水抗浮设计水位标高约5.60m。该工程单体建筑正负0.000对应绝对标高为6.350m，地下车库入口坡道顶标高为6.210m。该工程土质为粉土，根据开挖深度、场地地质条件、周围环境情况，按照“安全、经济、施工方便”的原则，结合类似工程施工经验，本工程采用放坡土钉墙素喷处理。坑内外采用深井降水，坑外深井间距约15～20m，坑内深井间距约25m，电梯井处均设置深井保证电梯井深坑的降水。

2破坏情况调查

本工程主体结构已经结顶，但由于现场用地情况较为紧张。施工单位将地下室顶板作为钢筋加工场地使用，并未进行顶板覆土，地下室四周则已经回填完毕。

2009年11月8日开始连续降雨天气，11月13日早晨检查中发现，A区地下车库中部分混凝土构件及墙体发生拉裂或被挤坏现象。底板及顶板产生明显隆起，通过沉降观测得到最大上浮量达到54cm。从观测数据和直接观察显示，变形和裂缝的开展比较规律，纵横向中间为上浮最高点，并向四周逐渐减小，柱头及柱脚裂缝沿A区地下车库中心线（东西向）对称分布，梁裂缝仅在地下室與主楼交接跨处产生。梁、板、柱的混凝土破坏导致顶板多处渗水。B区域地下室没有发生任何上浮情况。

本工程由于地下室底板局部发生上浮，造成框架梁柱板混凝土被拉裂，并且集中在受力最大的框架节点处。虽然裂缝宽度较小，没有造成结构毁灭性的破坏，但大量的裂缝，特别是集中在框架节点处的裂缝，造成框架梁柱在裂缝位置的抗剪能力被严重削弱，框架节点处的刚度被削弱，使混凝土框架节点严重偏离刚性假设，结构实际的抗震模型与设计计算的假设偏差较大。地下室顶板、柱、梁及梁柱节点均出现了明显裂缝，并出现了渗水现象。而明显出现渗水现象的地方主要位于7-4轴与7-V轴交接处，也正是初步判断为地下室局部上浮的部位。具体图片如下：

3上浮原因分析

3.1 设计过程中可能存在的原因造成地下室上浮

3.1.1. 地下室最高抗浮水位的选取

本工程设计过程中选取的抗浮设防水位为5.6m（黄海高程），而室外地坪标高为6.20m（黄海高程），在计算时，考虑了地下室顶板上层覆1.5m土。而现场实际情况发生变化，设计时对现场情况估计不足，选取的抗浮设防水位没有按照最不利的考虑。

按照相关规范的要求，对地下室或地下构筑物，其设防水位可按历年最高地下水位设计，而本工程设计过程中按照地质勘测单位提供的地下抗浮设防水位进行的计算，地质勘测单位只是根据勘测数据确定的设防水位，并未按照要求，对该处地下水位的历史数据进行分析、论证，而恰恰该处地处钱塘江边，地下水位变化明显。

而本工程事故发生时，主楼已经结顶，A区地下室顶板未按要求及时覆土。由于地下室周边抽水不及时，造成雨水积聚。实际水位远超过本该按照地下室顶板计算的地下水位，故地下水位应取值出现偏差。造成地下水所产生的浮力实际值比设计值提高了123%。

地质勘测过程中对地下水位的考虑失误，设计过程中没有对勘测数据进行论证，直接采用，造成计算时抗浮情况与现场实际情况发生了偏差。这也可能是造成抗浮失败因素之一。

3.1.2.地下室预应力管桩的端头板强度不足

根据文献[1]中的相关公式计算，得到20mm厚端头板所承受的强度为629kN。而设计单位在设计时没有计算此项，而此项经计算为此项目预应力管桩的控制因素，此结果为最不利因素。

设计单位经计算，将抗拔桩的抗浮承载力标准值确定为700kN，而实际情况经计算，不满足设计要求。

3.1.3. 预应力管桩桩顶与承台连接控制的桩抗拔承载力不足

本工程预应力管桩，大部分采用截桩工艺，小部分采用在端头板上焊接钢筋，锚入承台。锚入承台的钢筋，设计联系单上明确采用7Φ20，锚固长度按照相关图集。锚入承台的钢筋经过计算，能够承受的拉力设计值为：659kN，小于设计单位确定的抗浮承载力标准值700kN。

3.2 施工过程中存在的原因造成地下室上浮

3.2.1.地下室顶板未覆土，压重情况与设计计算存在偏差

本工程设计院设计师的整体思路是地下室顶板及侧墙边回填土完全完成后，由顶板覆土自重加上结构自重，平衡一部分水浮力。所缺部分荷载，采用预应力管桩进行抗浮。

然而施工时，由于现场场地狭小，将地下室顶板作为了钢筋加工场地，为了施工方便提前将地下室四周进行回填土，且回填土质量不好。这样就形成了一个周边高，中间低的现实情况，由于已经完成了温度后浇带的浇筑，在雨季来临的时候，造成地下水、地表水向此处汇集，而排水措施相对不利，短时间内形成一个小池塘。

这样就造成了设计人员的抗浮设计结果与现场实际情况存在了不小的偏差。

3.2.2.施工时预应力管桩作为抗拔桩，可能存在的问题

预应力管桩作为抗拔桩，有着一定的优势，这种桩基成本低廉、施工速度快，经济效益明显。

但其缺点也非常明显，而本工程采用的预应力管桩作为抗浮桩可能存在着的一些问题。

（1）.预应力管桩接头处焊接质量可能存在的问题

预应力管桩的接头处，是将两节管桩的端板进行焊接的过程。焊接的过程中焊缝的质量要求较高，现场的情况较为复杂。制约焊缝质量的因素很多。如预应力管桩垂直度不够，在调整垂直度时造成端板间缝隙过大，焊缝的饱满程度不够；焊缝焊接完成后，自然冷却时间不够直接进行压桩，造成焊缝骤然遇冷产生脆裂；预应力管桩端板处焊接后，基本无防腐措施，造成接头处耐久性差等情况。

（2）.预应力管桩与承台连接处，可能存在的问题

预应力管桩与承台连接处，存在两种情况：一种情况为预应力管桩截桩后，采用灌芯处理。一种情况是不采取截桩措施，在预应力管桩端板上焊接钢筋锚入承台中。本工程抗浮桩两种形式都有涉及到，第一种情况偏多，在施工过程中，钢筋的焊接、混凝土灌芯的质量保证都很容易出现问题，导致抗浮桩与承台脱开，造成抗浮失败。

3.地下室周边回填土的填料质量与压实质量存在缺陷

本工程在地下室顶板混凝土浇筑完成后，施工单位对地下室四周进行了回填土，没有对回填土的本身质量进行严格控制。

在回填时，采用了部分建筑垃圾和淤泥质粘土，回填土的本身材质不符合要求，其含水率和透水性较强。同时也没有进行分层夯实，为地表水提供了渗入地下室的通道，地表水渗入量较大，加剧了地下室上浮。

地下室的侧壁采用了JS防水涂料，本意是防止地下水渗入地下室，但在地下室上浮的過程中，降低了地下室外墙与填土之间的摩擦阻力，对地下室的抗浮也是很不利的。

4结论

根据上述案例分析，绝大多数地下室上浮的原因都可归结于设计阶段的考虑不周和施工环节的疏漏造成。在此总结，对今后各设计院地下室抗浮设计的计算方法及施工过程中的注意事项有一定的现实意义：

1、 设计阶段抗浮水位的选取，需要格外慎重，应以项目当地洪水位标高或者小区内汽车坡道入口处标高作为抗浮水位的计算值。

2、 预应力管桩的端头板焊接强度计算、预应力管桩与承台连接处的强度计算，往往被设计院忽略。

3、 设计院抗浮计算都是基于项目整体完成后的工况，而地下室上浮往往是在施工过程中发生。是因为施工过程中的受力工况与设计阶段考虑的工况不同。这点需要设计院更多考虑到施工方面的因素，而施工阶段也要严格按照设计的要求来施工。

4、 地下室四周回填土的质量及施工流程也至关重要，施工单位往往因为成本、工期的因素，采用回填建筑垃圾或淤泥等不符合要求的回填材料。同时，也很难按照要求分层回填，保证回填后的压实系数。

参考文献：

[1]中国建筑标准设计研究院. 10G49. 预应力混凝土管桩. 北京. 中国计划出版社，2010