上浮建筑的处理

□文/田伟 刘杰

上浮建筑的处理

□文/田伟 刘杰

文章以实际工程为例，从上浮建筑的结构特点、上浮原因入手进行详细分析并介绍了处理方案。

上浮；建筑；处理

1　工程概况

工程位于天津市中心城区，地上3层、地下2层，建筑面积约为5.2万m2，基础埋深9.3 m，桩筏基础，阀板厚600mm、长约300m、宽约50m。抗拔桩选用PCA400预应力混凝土管桩，桩长12.0 m、直径400 mm、壁厚80 mm，单桩抗拔承载力极限值560kN。

2　结构特点

工程基础埋深9.3 m；地下部分为一个整体，有139 500 m3的巨大体积，相当于一个航空母舰，水位上升浮力非常大。

3　事故现象

工程主体完成后停止降水，发现部分填充墙体与结构构件出现不同程度的开裂与损伤，根据沉降观测结果，发现该建筑部分观测点出现上浮。

为更加准确地判断，委托国家建筑工程质量监督检验中心对其进行检测鉴定。

4　检测结果

1）地质雷达检测结果表明，上浮最大区域内与上浮较小区域内法兰盘距阀板上表面的高度存在明显差异。

2）上浮最大区域内桩位处芯样整体呈青色，底部粘有一层灰色水泥浆，表明芯样底部存在不同层的混凝土交接面。沿打开的孔洞底部检查,结果显示孔洞底面为坚硬混凝土层，该层距阀板基础上表面约为560 mm。铁钩弯折的头部能伸入孔洞底部周边，表明孔洞底部一周均存在空隙。空隙上表面始于距阀板上表面530mm处（与芯样长度吻合），下止于560mm处。此处桩头与基础连接在交接面层处存在空隙,空隙高约30 mm。

3）通过雷达扫描与钻孔检查相结合的方法对桩头与基础阀板的连接情况进行检测，检测结果表明，该工程上浮较大区域的桩头与基础阀板存在空隙，已经脱开。

5　原因分析

1）选择预制管桩做抗拔桩有设计缺欠。

2）桩与基础底板连接有问题，见图1。

图1　抗拔桩与基础连接

单桩抗拔力设计值280 kN、极限值560 kN，与预制管桩点焊连接。经过验算和施工现场试验，单桩抗拔力和单根连接钢筋抗拔力均满足设计要求。但是，经过计算和调查，设计的这种连接方式只可以抵抗280 kN的抗拔力，当超过设计值时，这种连接就会破坏。

3）降水方面。天津地区地下水位较高，主体结构施工完成就停止降水，根据地质勘察报告，静止水位为-0.5m，水浮力相当于8.8m。按此计算，在主体结构完成时单桩的抗拔力达447 kN，远远超过设计值单桩和单根钢筋抗拔力设计值，在没有超过单桩抗拔力极限值时就超过了连接钢筋抗拔力，因此造成连接钢筋脱开破坏。

6　处理方案

6.1有组织排水方案

此方案是在地下2层的墙上打孔，控制水位，减小浮力，使建筑物不上浮。这种方法要长期降水，后期费用大，而且存在安全隐患。

6.2钻孔灌注装方案

地勘报告中所给出的地质数据，只到达地下室底板下12m左右。根据经验数值，φ500mm的钻孔灌注桩的单桩承载力与同条件的φ400 mm预制管桩单桩承载力相近，取为特征值280kN。经计算得桩2二层人防范围内面层做法，此部分需要增加桩数71根。则地下室需要增加的总桩数为1065根。

此方案需要在混凝土底板开孔，对地板造成很大破坏，而且在4 m高的地下室内施工，施工难度巨大，工程成本很高，包括开洞、钻孔灌注桩总费用要达到1000万元。

6.3锚杆方案

正常情况下，一般采用土锚杆。土锚杆是先处理基础以下的土体，再将锚杆锚入土体，达到获取抗拔力的效果。但是本工程主体已经施工完成，土体处理难度更大。受岩土锚杆的启发，本工程有1114根长12.0m，直径400mm的预应力混凝土抗拔管桩可以利用。因此采用将锚杆锚入原来抗拔桩的方案。

7　补桩计算

1）目前的状态下，各层地面的面层做法还未施工，建筑物自重为基础底板以上模型倒算恒载43.0 kN/m2，地下室底板自重15.0kN/m2，抗浮水位水浮力88kN/m2。

抗拔桩及压重须补足的抗浮力为88-0.9×（43+15）=35.8（kN/m2）。

2）若考虑在地下室2层底板上结合面层做法压重0.4m厚的钢筋混凝土，地下1层至0层每层0.1 m厚的混凝土面层，地上2～3层每层0.05 m厚的混凝土面层做法，压重合计17.5kN/m2。

抗拔桩须补足的抗浮力为35.8-0.9×17.5=19.25（kN/m2）。

建筑物底板总面积为13 140 m2，则抗拔桩总抗力为252945kN。

3）根据原设计桩位图，抗拔桩共有1 195根。扣除位于柱下和剪力墙下无法进行连接节点补强的桩位，共有1114根抗拔桩可用。总体上说每根抗拔桩只要承受227kN拉力即可。但是考虑到上部荷载分布的不均匀以及抗拔桩布置的不均匀，不能保证各抗拔桩的受力完全均衡，为避免抗拔桩连接被各个击破，锚杆连接设计应以原设计的单桩承载力特征值280kN为好。

4）锚杆连接设计。选用6mφ51mm×8mm钢质锚杆。

8　中空注浆锚杆施工

8.1施工工艺

1）中空注浆锚杆及注浆参数。按照原设计每桩内设1根锚杆，插入预应力管桩桩心内锚固4 m。杆身抗拉强度极限值不低于640kN。

2）水泥浆液采用灰砂比1∶0.5～1∶1的水泥砂浆或水灰比0.45～0.55的纯水泥浆，具体配比试验确定。为增加磨阻力水泥采用膨胀水泥，水泥浆中氯化物含量不得大于水泥重量的0.1%。注浆体的抗压强度值不低于30MPa。

3）工艺流程。中空注浆锚杆施工工艺流程见图2。

图2　中空注浆锚杆施工工艺

8.2施工方法

采用水钻钻孔，孔径100 mm，要穿透底板和灌芯混凝土并用高压水清孔和预制桩内壁。将安装好锚头的中空锚杆和排气管同时插入孔内。人工安装止浆塞、垫板和螺母。利用快速接头将锚杆和注浆机连接。开启注浆机器，按照设计的注浆压力进行压力注浆。待砂浆达到设计强度90%以上时，再度拧紧螺母，施加预应力。

本项目中空注浆锚杆与传统的工艺有所不同，将先加预应力改为后加预应力。先安装锚杆再注浆，注浆时压力可达2.0 MPa，不但可以充填锚孔，而且在有裂隙的部位，浆液在注浆压力作用下渗透进裂隙，达到改善的目的。要注意在压力作用下锚杆的位置变化，注浆结束要将锚杆复位。待砂浆达到设计强度90%以上时，再度拧紧螺母，施加预应力。

由于在4m高的地下室内施工，因此，6 m长的锚杆需要分两节，中间要加工套筒进行连接。

9　体会

1）大体量地下工程设计必须重视水浮力。

2）用预制桩做抗拔桩必须慎重，而且要特别重视桩与基础的连接。

3）要根据竣工图准确确定桩位，锚杆要锚入桩芯，内侧壁必须清理干净，锚固用水泥要采用膨胀水泥，增加锚固力。

4）本项目巧妙地将锚杆锚入原预制桩内，节约大量处理费用，为类似工程处理提供很好的方案。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.012

□刘杰/天津三建建筑工程有限公司。

□TU473.1+3

□C

□1008-3197（2015）02-30-02

□2015-01-13

□田伟/男，1968年出生，高级工程师，天房集团，从事工程技术管理工作。