论文部分内容阅读
【摘要】目前，因地下工程上浮引起的结构损伤越来越普遍，由此引发了大量安全事故。本文针对某工程实例，分析了该地下工程上浮和构件开裂产生的原因，并提出了相应的抗浮处理方案。
【关键词】地下工程；上浮；处理
1、工程概况
该工程位于四川省，是地下两层钢筋混凝土现浇整体式无梁楼盖结构，平面布置近似呈圆形（图1、图2），总建筑面积约15000m2。负一层为商业，中央为钢结构穹顶（无结构顶板），层高5.1m；负二层为下穿隧道、小型汽车停车库，层高5.5m。柱网主要尺寸为8.4m×8.4m，柱为圆形截面（直径800mm）；周围外挡墙和车行隧道两侧墙体为500mm厚，其余钢筋混凝土墙体厚度为300mm、400mm；顶板和底板厚度均为600mm，中板厚度为300mm、400mm，顶板上约有1.2m厚覆土层，覆土层以上是城市道路面层，底板上有约0.6m厚砂卵石和素混凝土回填层。基础为桩筏基础，底板底面标高最低点为绝对高程262.15m。该工程约于2012年6月开工，目前已部分投入使用。
根据该工程近期的岩土工程勘察报告，结合区域水文条件，建议该工程的抗浮设防水位按272.00m考虑。
2、上浮事故鉴定
2.1现场检查情况
现场检查发现：该工程负二层下穿隧道的侧墙在墙身中部出现斜向贯穿性裂缝，裂缝的低端均指向该工程圆心方向（即呈“倒八字”形），裂缝宽度为0.04mm～0.70mm。负一层和负二层柱帽在环梁底面、柱帽边缘附近出现与圆锥体型柱帽的圆周近似相切的裂缝，其宽度为0.04mm～3mm。负一层顶板和负二层中板在侧墙附近的板底面出现与圆周方向近似平行的裂缝、在柱帽边缘附近的出现与圆锥体型柱帽的圆周近似相切的裂缝，其出现的部位表现出下述规律：在出现该类裂缝的一个板跨范围内，在远离该工程圆心一端的板底出现该类裂缝，在靠近该工程圆心一端的板面出现该类裂缝；裂缝宽度为0.04mm～0.20mm，且与上述柱帽裂缝连为一体。
2.2检查情况分析
该工程负一层的中央区域为钢结构穹顶，无结构顶板，因此该区域的结构自重较轻，形成抗水浮力的薄弱部位。根据现场检查的构件开裂部位、裂缝形态及走势，结合实体结构布置情况，经综合分析判定：该工程中央区域上浮迹象明显，结构构件出现了因上浮所致的受力裂缝。
2.3抗浮稳定性核算
2.3.1荷载取值情况
荷载层厚度按照现场调查及检测结果经综合考虑后取值，荷载容重按原设计和《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012取值，如下表所示：
2.3.2抗浮稳定性核算结果
按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第5.4.3条（见下式），分区域取该工程的典型跨（跨度为8.4m），对其抗浮稳定性进行核算：
Gk/Nw，k≥Kw
式中：Gk为建筑物自重及压重之和；Nw，k为浮力作用值；Kw为抗浮稳定安全系数，一般情况下取1.05。
核算结果（如下表所示）表明，当抗浮设防水位取272.00m时，该工程商业区域和中央穹顶区域的Gk/Nw，k均小于抗浮稳定安全系数Kw，即该工程的抗浮稳定性不满足要求。
2.4鉴定结论
经结构核算，结合现场检测结果证实：该工程存在因结构上浮所致的结构损伤，其抗浮稳定性不满足抗浮设防水位（绝对高程272.00m）的要求。
3、上浮事故处理
地下工程上浮事故的处理方法可概括为两类：抗力平衡法和浮力消除法。根据该工程的实际情况，设计了如下处理方案：
3.1抗力平衡法
3.1.1增加压重
根据抗浮稳定性核算结果，商业区域和中央穹顶区域每单位面积（1m2）负荷范围内需增加的压重分别为16.71kN/m2和46.57kN/m2，按新增容重为24kN/m3的素混凝土层，取整体面积计算，整个底板区域需增加1.0m厚素混凝土层。
3.1.2增加抗浮锚杆
根据抗浮稳定性核算结果，通过在底板上增设间距不大于2.4m的抗浮锚杆，提高结构的抗浮稳定性。但此方案需考虑施工降水，工期较长，不建议采纳。
3.2浮力消除法
通过在原底板上钻孔、开槽、设置暗沟，使水流出并汇入集水坑，持續降水减压；再在原底板上铺设疏水板，并重新浇筑混凝土保护层，将地下水与上部结构完全隔离开。
结语：
大面积地下工程由于设计时考虑到周边土体或上部结构的嵌固作用，往往过高估计了结构的抗浮能力，尤其是当结构中央有局部削弱时，会导致整个地下工程的抗浮稳定性不足。因此，应重视结构的抗浮设计，可采用抗力平衡法或浮力消除法来增强其抗浮稳定性。
参考文献：
[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）.
[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.
[3]曾国机等.抗浮技术措施应用现状分析[J].地下空间，2004，1（24）：105-109.
[4]吕朝坤，等.某建筑局部纯地下室工程上浮事故的鉴定与处理[J].建筑技术开发，2012，6（39）：15-16.
作者简介：
张庆，出生年月：1990年10月，籍贯：四川，工作单位：四川省建筑科学研究院。
【关键词】地下工程；上浮；处理
1、工程概况
该工程位于四川省，是地下两层钢筋混凝土现浇整体式无梁楼盖结构，平面布置近似呈圆形（图1、图2），总建筑面积约15000m2。负一层为商业，中央为钢结构穹顶（无结构顶板），层高5.1m；负二层为下穿隧道、小型汽车停车库，层高5.5m。柱网主要尺寸为8.4m×8.4m，柱为圆形截面（直径800mm）；周围外挡墙和车行隧道两侧墙体为500mm厚，其余钢筋混凝土墙体厚度为300mm、400mm；顶板和底板厚度均为600mm，中板厚度为300mm、400mm，顶板上约有1.2m厚覆土层，覆土层以上是城市道路面层，底板上有约0.6m厚砂卵石和素混凝土回填层。基础为桩筏基础，底板底面标高最低点为绝对高程262.15m。该工程约于2012年6月开工，目前已部分投入使用。
根据该工程近期的岩土工程勘察报告，结合区域水文条件，建议该工程的抗浮设防水位按272.00m考虑。
2、上浮事故鉴定
2.1现场检查情况
现场检查发现：该工程负二层下穿隧道的侧墙在墙身中部出现斜向贯穿性裂缝，裂缝的低端均指向该工程圆心方向（即呈“倒八字”形），裂缝宽度为0.04mm～0.70mm。负一层和负二层柱帽在环梁底面、柱帽边缘附近出现与圆锥体型柱帽的圆周近似相切的裂缝，其宽度为0.04mm～3mm。负一层顶板和负二层中板在侧墙附近的板底面出现与圆周方向近似平行的裂缝、在柱帽边缘附近的出现与圆锥体型柱帽的圆周近似相切的裂缝，其出现的部位表现出下述规律：在出现该类裂缝的一个板跨范围内，在远离该工程圆心一端的板底出现该类裂缝，在靠近该工程圆心一端的板面出现该类裂缝；裂缝宽度为0.04mm～0.20mm，且与上述柱帽裂缝连为一体。
2.2检查情况分析
该工程负一层的中央区域为钢结构穹顶，无结构顶板，因此该区域的结构自重较轻，形成抗水浮力的薄弱部位。根据现场检查的构件开裂部位、裂缝形态及走势，结合实体结构布置情况，经综合分析判定：该工程中央区域上浮迹象明显，结构构件出现了因上浮所致的受力裂缝。
2.3抗浮稳定性核算
2.3.1荷载取值情况
荷载层厚度按照现场调查及检测结果经综合考虑后取值，荷载容重按原设计和《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012取值，如下表所示：
2.3.2抗浮稳定性核算结果
按《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第5.4.3条（见下式），分区域取该工程的典型跨（跨度为8.4m），对其抗浮稳定性进行核算：
Gk/Nw，k≥Kw
式中：Gk为建筑物自重及压重之和；Nw，k为浮力作用值；Kw为抗浮稳定安全系数，一般情况下取1.05。
核算结果（如下表所示）表明，当抗浮设防水位取272.00m时，该工程商业区域和中央穹顶区域的Gk/Nw，k均小于抗浮稳定安全系数Kw，即该工程的抗浮稳定性不满足要求。
2.4鉴定结论
经结构核算，结合现场检测结果证实：该工程存在因结构上浮所致的结构损伤，其抗浮稳定性不满足抗浮设防水位（绝对高程272.00m）的要求。
3、上浮事故处理
地下工程上浮事故的处理方法可概括为两类：抗力平衡法和浮力消除法。根据该工程的实际情况，设计了如下处理方案：
3.1抗力平衡法
3.1.1增加压重
根据抗浮稳定性核算结果，商业区域和中央穹顶区域每单位面积（1m2）负荷范围内需增加的压重分别为16.71kN/m2和46.57kN/m2，按新增容重为24kN/m3的素混凝土层，取整体面积计算，整个底板区域需增加1.0m厚素混凝土层。
3.1.2增加抗浮锚杆
根据抗浮稳定性核算结果，通过在底板上增设间距不大于2.4m的抗浮锚杆，提高结构的抗浮稳定性。但此方案需考虑施工降水，工期较长，不建议采纳。
3.2浮力消除法
通过在原底板上钻孔、开槽、设置暗沟，使水流出并汇入集水坑，持續降水减压；再在原底板上铺设疏水板，并重新浇筑混凝土保护层，将地下水与上部结构完全隔离开。
结语：
大面积地下工程由于设计时考虑到周边土体或上部结构的嵌固作用，往往过高估计了结构的抗浮能力，尤其是当结构中央有局部削弱时，会导致整个地下工程的抗浮稳定性不足。因此，应重视结构的抗浮设计，可采用抗力平衡法或浮力消除法来增强其抗浮稳定性。
参考文献：
[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）.
[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.
[3]曾国机等.抗浮技术措施应用现状分析[J].地下空间，2004，1（24）：105-109.
[4]吕朝坤，等.某建筑局部纯地下室工程上浮事故的鉴定与处理[J].建筑技术开发，2012，6（39）：15-16.
作者简介：
张庆，出生年月：1990年10月，籍贯：四川，工作单位：四川省建筑科学研究院。