某大型地下室结构上浮拱起工程事故分析与处理.pdf

[摘要]根据上浮拱起数据对某地下室所遇最高水位进行了数值推算，并结合场地地质条件、施工情况和结构裂缝性状等进行了地下室结构拱起和裂缝原因分析；研究讨论了两种抗浮处理方略，并通过空间结构弹塑性简化分析确定了整体抗浮和结构加固处理方案。[关键词]地下室；上浮拱起；裂缝；弹塑性分析；抗浮；加固

内容摘抄：

1工程概况
赣南地区某工程为地下1层车库、地上3栋16~18层宿舍楼的大型建筑工程，其地下室平面与形体如图1所示。3栋高层宿舍楼(C,D,E栋)略呈品字形布局，1层地下室满布全场，地下室建筑面积约10700m2
该工程位于丘陵山冈，地势高差较大。其地层主要为第四系全新统粉质黏土及白垩系泥质粉砂岩，场地稳定，无构造断裂通过。场地各土层自上而下依次为：粉质黏土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。场地地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，水量一般，由大气降水及地表水渗透补给为主。工程勘察建议该工程抗浮设计水位132.00m(相对室内地面-2.730m)
该工程采用现浇钢筋混凝土结构，其中宿舍楼为剪力墙结构，纯地下室部位为框架结构，楼（屋）盖及地下室底（顶）板均为普通肋梁楼盖形式。该工程除E栋宿舍楼局部采用人工挖孔混凝土灌注桩外，其余均为钢筋混凝土柱（墙）下独立基础，基础（桩端）持力层为中风化泥质粉砂岩。纯地下室部位层高4.1m,柱网尺寸多为8.4m×8.0m,柱截面尺寸600mm×600mm,底、顶板厚度分别为300mm和250mm,地梁和框架梁截面多为400mm×1200mm。该工程未设置结构变形缝（沉降缝或温度缝)，属地下室与塔楼连为一体的超长结构

2结构拱起及裂缝原因分析
2.1结构上浮拱起原因分析
该工程场地主要为粉质黏土及泥质粉砂岩层，无构造断裂通过，场地土层透水性较弱。工程位于丘陵山冈，场地地下水由大气降水及地表水渗透补给为主。据参建各方反映，地下室施工（含基坑开挖)期间遇水量很小且水位很低。该工程地下室遭遇高地下水位侵扰，其主要原因是：①基坑回填土土质庞杂（含块石和建筑垃圾），且夯实不够，易于雨水渗透：②虽然场地西南角地势较低（基坑较浅）利于积水外排，但彼时地面尚未硬化，地面雨水尚不能直接排出：③连日强暴雨天气下，场地宽阔雨水量大，极易从回填部位渗入基坑，形成所谓“脚盆效应”。
本文根据过往大型、复杂结构非线性分析体会、经验91，综合考虑空间弹塑性分析的精度、计算工作量及PKPM系列软件与工程分析结合的紧密性，故采用PKPM建模、SATWE分析、塑性铰简化处理进行结构弹塑性迭代计算，以此推算地下室所遇最高水位。

3整体抗浮与结构加固处理方案
考虑到“泥砂沉底”和“塑性变形”已致地下室拱起不能完全回落，而该地下室底板梁肋和柱下独基底面标高各不相同，现状基坑高低不平，要清除沉底泥砂难度很大且成本很高，因此，对该地下室处理宜以现状抗浮加固、不作变形矫正处理为妥。分析表明，由于残余变形（拱起最大值122mm)绝对量不大，其对结构受力的影响仍在原设计承载力的控制范围内。
另需说明的是：①现场通过对上浮部位处地下室底板的凿孔检查，发现由于“泥砂沉底”，底板与地基密合较好：②地下室项板覆土完成后，经后期标高测量，在该覆土自重作用下，地下室顶板的最大上浮变形值仍保持在122mm。综上所述，地下室底板与地基之间仍有较好的密合度，二者基本未脱开：地下室处理采取以现状抗浮加固、不作变形矫正的处理方法具有较强的技术可行性。基于上述考虑，本文比较了2个处理方案。“基坑换填+锚杆”方案（方案1）：即对地下室四周基坑回填土开挖清理，重新夯填黏性土，形成弱透水土层以防止地面雨水再度大量渗入基坑，再在地下室底板设置若干锚杆以减少拱起残余变形值并辅以结构整体抗浮。考虑到该工程基坑回填已基本完成，重新土方换填工程量大，且局部已埋管线
施工有难度，故又考虑了“锚杆+雨水疏导”方案(方案2)：①地面有组织排水，防止大量雨水再渗入基坑；②通过地下室底板设置锚杆进行结构整体抗浮：③抗浮设计水位可按地质勘察建议值和本文弹塑性推算值之大者。

4结语
本文基于空间结构弹塑性有限元分析，根据上浮拱起数据对该地下室所遇最高水位进行了数值推算，并结合场地地质条件、施工情况和结构裂缝性状等进行了结构拱起和裂缝原因分析，获得地下室发生上浮拱起事故时，裂缝或构件损坏所呈现出的一般性（共性）破坏特征：研究讨论了2种抗浮处理方案，并确定了不作变形矫正处理的整体抗浮和结构加固处理方案。目前，该工程按本文方案处理后己交付使用1年，情况正常，反映良好，取得了显著经济效益。
本文虽然在分析方法和处理措施上进行尝试与探讨，形成了部分可供参考的研究结果，但从学术层面或工程应用的需要考虑，以下课题还可深入研究：空间结构弹塑性简化计算其复杂性和精确性；具有拱起残余变形（不矫正变形）地下室经锚杆抗浮处理后，其各阶段结构受力分析：隐蔽地梁（位于地下室底板之下的肋梁)裂缝检测与加固处理技术等问题。

（略）

投稿会员：巧克力布丁