四川某大厦地下车库隆起事故原因分析与加固处理方法研究

樊 清 向 越

中国建筑西南勘查设计研究院有限公司

1 引言

随着国家经济的飞速发展带来的高速城市化，地面空间资源越发匮乏，地下空间的高度开发和利用已经成为主流，地下车库、地下商业综合体、地铁换乘车站综合枢纽等大型地下结构不断涌现。同时，由于全球变暖的趋势未曾改变，环境变化带来的极端天气[1]譬如持续性的暴风雨，导致城市开始频繁出现内涝，对地下结构抗浮造成极大威胁。

本文针对四川某大厦地下车库底板在经历特大暴雨过后出现涌水、开裂及隆起事故，开展了现场检测，对水文、勘查资料进行了复核及数据分析，明确了该事故的开裂、隆起原因，对结构破坏特征进行了分析并结合受力机理按实际工况对地下车库锚固结构体系进行了局部抗浮验算，并基于上述工作开展了该地下车库结构工程的永久抗浮加固方法研究。

2 工程概况

2.1 现状

四川某大厦位于城市中心区域，始建于2011年，建筑物主楼部分地上18 层、地下3 层，主楼基础为筏板基础，主楼外纯地下车库为框架结构，基础采用柱下独立基础加抗水板形式，抗水板厚400mm、钢筋为双层双向C12@170，主楼筏板及纯地下车库抗水板板面标高均为-15.4m。2018 年7 月初连日强降雨后，纯地下车库底板出现开裂、涌水；随后对涌水及渗水部位采用注射聚氨酯类膨胀材料进行堵漏处理，堵漏处理过程中对板面找平层、板面钢筋保护层进行了局部凿除，后续地下室底板出现隆起现象，最大变形值达212mm。

2.2 环境条件

四川某大厦详勘报告，建筑物场地土属于岷江水系I 级阶地，地下水类型主要为赋存于砂卵石层中的孔隙潜水，主要由地表水、大气降水补给，卵石层透水性良好。主楼采用筏板基础并以中密及以上卵石层作为基础持力层；纯地下室部分荷载较小，进行抗浮验算，若不满足抗浮要求，应采取抗浮措施，建议采用抗浮锚杆，抗浮水位采用近十年丰水期最高水位埋深2.8m，相对高程为498.00m，±0绝对标高500.800m。

四川省水务局及气象站相关资料，2018成都市入汛后，共有10 条次河流超过警戒水位或保证水位，其中7 月11 日18 时40分，沱江三皇庙水文站洪峰流量达7810m3/s，超过警戒水位4.44m，超过保证水位2.64m，为三皇庙水文站建站以来历史第二大洪水。

该工程塔式起重机安装方案以及锚杆工程施工资料：塔吊基础尺寸7.1m×7.1m×1.7m，混凝土强度等级C35，基础平面位置位于7～8轴之间，中心点距离3轴线22.5m，距离F轴线9.2m，与F轴夹角14°，抗浮锚杆施工锚入塔吊基础内。塔吊基础与抗水板分开浇筑，抗浮锚杆未穿透塔吊基础进入抗水板，抗水板与塔吊基础无可靠连接。

3 现场检测情况

3.1 场地水位调查

根据现场实际情况，选取并钻探建筑物北侧、东侧及西侧周边3个降水观测井点位，4月17日～4月28日期间测得水位数据见表1。

表1 水位测试结果

3.2 地下室隆起区域板面、梁底标高测量

对隆起区域及周边板面进行了标高测量，隆起区域与边缘处正常区域最大高差为212mm；对隆起区域框架梁底部标高进行测量，框架梁底部标高最大差值8mm，隆起区域框架梁梁底标高未见明显增加。

3.3 地下室抗水板开裂、强度、抗渗检测

根据芯样混凝土单轴抗压强度试验结果，混凝土单轴抗压强度最大值为43.5MPa，最小值为38.8MPa，标准值36.3MPa，满足设计等级C30 的强度要求。根据混凝土抗渗性能试验结果，抗水板混凝土抗渗等级达到P8，满足设计等级P6的抗渗要求。

现场调查时发现隆起区域及周边找平层均已凿除，混凝土板面满布止水针头，局部板面钢筋保护层被剔除且板面钢筋已出现明显屈服，鉴于此，对最早出现涌水的7×1/G轴柱边进行钻芯取样，芯样表观未见空洞，存在明显斜向45°冲切裂缝特征且开裂处伴有黄色填充注射材料痕迹。

4 抗浮稳定性与隆起原因分析

4.1 抗浮稳定分析

对原设计方案中的抗浮锚杆进行了计算复核，结算结果表明原设计抗浮锚杆方案能满足原抗浮水位2.8m 埋深的计算要求。

根据隆起区域存在塔吊基础且该基础与抗水板无有效可靠连接措施，塔吊基础范围内抗浮锚杆未能进入抗水板形成整体受力；根据隆起区域框架柱、梁的现场检测及测量结果，框架柱无上浮情况出现，框架构件未见开裂或变形，整体框架工作正常；2018年7月事故出现时临近基坑已停止降水，且大气降水明显增加，基于以上三点对验算模型做以下三点假定：（1）柱下独立基础部分无上浮相对位移；（2）地下水浮力经与上部结构自重部分抵消后等效为作用于抗水板上的均布荷载；（3）抗浮锚杆简化为具有一定刚度的弹性支座，塔吊基础范围内的抗浮锚杆忽略不计，改为按塔吊基础厚度考虑自重荷载。

[锚固结构局部抗浮稳定算例一]

参照锚杆实际布置情况，对局部锚固体系进行受力计算，两端框架柱设为嵌固端，跨中框架柱等效为刚性支座，抗浮锚杆等效为弹性支座（图1），最大弯矩出现在框架柱支座处（图2），与实际裂损情况一致。

[锚固结构局部抗浮稳定算例二]

采用YJK1.9.3 版计算软件对地下室整体进行抗浮模拟计算，计算过程中假定抗水板刚度无变化，其余各参数假定同算例一，一阶段抗水板位移云图（图3），综合考虑部分抗浮锚杆的失效后进行二阶段抗水板位移模拟分析（图4）计算结果与现场实际隆起区域规律一致，抗水板位移模拟值为135mm 小于实际值212mm。

图1 柱间板带锚固体结构力学模型

图2 柱间板带锚固体结构弯矩简图

图3 抗浮水位时的位移云图D-1.0

图4 抗浮锚杆失效后的位移云图D-2.0

4.2 隆起成因分析

综合所有相关工程、水务资料及后期检测、鉴定、计算分析，该工程事故原因可从以下三个方面论述。

（1）“天”指的是天气、外部环境带来的非可预见的影响因素，根据四川省成都地区1961 年至2011 年近50 年的降水量［2］，按每10年进行了对比分析，其中2001年至2011年为成都市年降水距平百分率最低的10 年，勘查报告取2001 年至2010 年10 年间丰水期最高水位作为抗浮水位偏不保守；同时2018 年7 月成都市频繁出现特大暴雨，持续时间以及降水量均突破历史最高水平，基于此，地下室抗水板受到的水浮力已达到甚至突破设计极限状态。

（2）“地”指的是场地因素，本工程场地地下水类型主要为赋存于砂卵石层中的孔隙潜水，主要由地表水、大气降水补给，卵石层透水性良好，丰富的地表水涌入地下，在抗水板下方形成碗状结构受力特征［3］，同时由于塔吊基础内的抗浮锚杆未能与抗水板基础形成整体受力，基于此，抗浮体系局部出现薄弱点并率先于柱边出现冲切破坏特征。

（3）“人”指的是人为因素，在调查取证过程中发现，7月份出现涌水时抗水板未见明显隆起变形，在堵漏施工进行过程中对抗水板上部150mm厚找平层以及板面钢筋保护层进行较大面积凿除，对所有渗水及涌水点位进行注射聚氨酯等膨胀材料进行封堵，此后抗水板出现明显隆起。堵漏前由于水压力可通过裂缝及薄弱处喷射进行压力释放，且抗水板刚度未被削弱，人为因素干扰后水压力释放通道被封堵且抗水板刚度被削弱，导致抗水板迅速出现隆起、钢筋出现明显屈服。

4.3 地下车库抗浮及加固施工方法研究

本工程地下室抗水板开裂、破坏，影响地下室的正常使用，需对地下室进行抗浮加固处理重点是平衡水浮力，目前地下室的水浮力主要有3种平衡方法［4］：在结构上加恒载来平衡浮力的“压重法”；用抗拔桩或抗拔锚杆来平衡浮力的“抗拔法”；从地下室底板将地下水引排的“引排法”。

由于建筑物处于市中心，整体降水方案对周边建筑影响较大，对各类方案计算比选，压重法计算所需配重影响后期车库使用，即使结合引排法也无法根治，故选用止水帷幕局部降水泄压后增设抗浮锚杆的方法进行永久抗浮处理。方案采用双管高压旋喷注浆法，新增高压旋喷桩数量为210 根，桩径为500mm，搭接宽度不应小于200mm，旋喷桩桩端进入基岩确保止水帷幕效果；通过计算新增41 根抗浮锚杆，单根锚杆特征值取450kN，梅花形布置，新增抗浮锚杆提供抗浮力满足局部抗浮计算要求；通过计算配置L 形短钢筋连接抗水板及塔吊基座，对新旧混凝土界面进行处理，使塔吊基座与抗水板形成整体抗浮体系，该区域抗浮锚杆提供的抗浮力作为额外安全储备。

5 结束语

本文针对四川某大厦地下车库因暴雨引发的抗水板局部隆起、开裂事故，通过现场检测以及勘查、设计、施工、水文等工程资料综合分析，明确了事故原因以及结构破坏机理，并基于此开展了局部永久抗浮加固方法研究。工程事故的发生通常不是某种单一因素导致的，而是多种因素综合影响下的结果。本文研究工作对地下室局部上浮问题具有一定参考意义。