地下結(jié)構(gòu)抗浮常用技術(shù)措施的應(yīng)用

地下結(jié)構(gòu)抗浮常用技術(shù)措施的應(yīng)用

1上拱或上浮失穩(wěn)破壞土壤之間的空隙和巖石之間有大量的地下水。地下水被埋在巖石頂部，或在其上方的地下結(jié)構(gòu)或洼地結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致浮托力。如果結(jié)構(gòu)重量小于浮托力，則會出現(xiàn)卡球積小的誤差，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。近年來,大量帶有地下室的高層建筑物、地下車庫、下沉式廣場以及地鐵、地下商場等地下建(構(gòu))筑物的興建,使抗浮問題非常突出,在深圳、大連等沿海城市出現(xiàn)了多起上浮事故,如深圳寶安中旅大酒店地下室最大隆起160mm,布吉某倉儲蓄水池最大上浮1.8m,某游泳池因忽視抗浮問題造成池底開裂滲水。下面就常用的幾種抗浮技術(shù)措施的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析。2底板抗浮方案坐落在巖土體中的建(構(gòu))筑物因結(jié)構(gòu)自重小于地下水浮力才可能發(fā)生上浮,因此最簡便、最直接的措施就是增加結(jié)構(gòu)自重。對于純地下車庫、地下商場及地下水池等可在其頂板上覆土以增加壓重,或?qū)⒌装逖由炖猛馍觳糠值母餐猎黾訅褐?也可增加底板厚度或其它壓重措施,國內(nèi)部分工程實例見表1所示。表1中,江門某客運碼頭工程,地下室底板下為厚度30m以上的淤泥質(zhì)粘土層,原擬采用近40m長的預(yù)應(yīng)力錨桿抗浮,但施工和防腐難度大且在水位下降時剩余的預(yù)應(yīng)力將成為工程樁的附加荷載,使工程樁根數(shù)增加30%,很不經(jīng)濟(jì),后改為雙層底板內(nèi)填毛石壓載方案;江蘇利港電廠廢水處理滯留池,在設(shè)計時對抗浮考慮不足,使得墻板上產(chǎn)生14條裂縫,最大縫寬44mm,局部上浮263.5mm,墻板上部水平鋼筋被拉斷,后采用加水預(yù)壓、加厚底板等措施進(jìn)行加固處理。采用壓載抗浮的地下工程,在施工階段一定要制定嚴(yán)密的施工順序和緊急預(yù)防措施,避免發(fā)生意外險情。表1中蘇州新區(qū)某大型水池,在底板壓重層尚未施工就遇上暴雨,河水猛漲溢入施工現(xiàn)場,開挖基坑未全部回填,造成二沉淀池上浮約1.5m;深圳西鄉(xiāng)某水廠地下水池三期工程,在頂板未覆土之前做充水試驗,放水后發(fā)現(xiàn)沉降縫兩側(cè)發(fā)生不均勻上浮,一天內(nèi)局部最大上浮量達(dá)50mm多。增加覆土厚度或增加底板厚度對地下結(jié)構(gòu)抗浮很有效,但基礎(chǔ)埋深勢必增加,地下水浮力也相應(yīng)增加,于是所增大結(jié)構(gòu)重量的作用會部分地被增加埋深所引起的浮力抵消,因此,抗浮設(shè)計使用壓載抗浮技術(shù)措施時應(yīng)認(rèn)真核算。3尾礦濃縮池屬于地下空間無浮固結(jié)充填材料未來展望由于地下水浮力是造成地下建(構(gòu))筑物上浮的主要因素,在條件許可的前提下,可采取降水、排水或截水等處理措施直接排除隱患。表1中,深圳東深供水工程源水生物處理池,通過方案比選,認(rèn)為加厚底板解決抗浮問題不宜采用,宜采用薄底板結(jié)合基礎(chǔ)圍封方案,對每條流道采用薄壁塑性混凝土地下連續(xù)墻進(jìn)行圍封處理,該工程建成5年以來,防滲效果好;浙江某熱電廠大型備用水池,采用盲溝排水降壓法主動抗浮,在底板下設(shè)置濾水層和排水管道,匯集到排水井內(nèi)用水泵抽排,地下水位一直維持到某一標(biāo)高,使底板不受或僅受很小的水浮力,這種方法不僅可防止地下工程上浮還能減小底板厚度。在場地為河流沖積土地區(qū),發(fā)生上浮失穩(wěn)或破壞的加固處理工程中,降排水處理方案是常用的主要措施或輔助措施。廣東佛山永豐大廈塔樓與裙樓一個30m×38m的內(nèi)庭,設(shè)有兩層地下車庫,場地處于河流沖積地帶,地下水豐富,施工期間發(fā)現(xiàn)內(nèi)庭范圍內(nèi)的地下室地板、地下一層板,內(nèi)庭范圍內(nèi)的地面出現(xiàn)明顯的上拱現(xiàn)象,測得地下室頂板最大上拱量213mm,為防止構(gòu)件進(jìn)一步破壞,首先在地下室底板上開孔放水,減小地下室底板的水壓力,隨著直徑約150mm圓孔的鑿開,壓力巨大的水流夾帶泥砂噴泄而出,4小時后,地下室起拱變形迅速減小到38mm,然后再進(jìn)行下一步處理措施。高水位地區(qū)深基礎(chǔ)施工中的抗浮問題也應(yīng)引起足夠的重視,特別是施工±0.000時,在上部結(jié)構(gòu)尚未施工,遇暴雨、停電等意外情況時,地下水位突升,當(dāng)?shù)叵滤⊥辛Υ笥诮Y(jié)構(gòu)自重時,結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)脫離基底土上浮的情況,如上海市某醫(yī)院病房大樓的箱基施工接近±0.000時,一場大暴雨造成箱基一端傾斜上浮,最大上浮量為590mm,并逆時針方向旋轉(zhuǎn)一定角度。為避免和減少地下水浮力對深基礎(chǔ)施工的各階段帶來的不利影響或破壞,降排水或截水方案是常用的技術(shù)措施。長春輝達(dá)大廈就是成功實例,該大廈地下二層,由于冬季停止施工,地下部分僅施工完地下二層,結(jié)構(gòu)自重僅60kPa,而地下水浮力達(dá)80kPa,因此采取井點降水方案保證了施工安全。事實上,在沿海沿江地區(qū)深基礎(chǔ)開挖時,為防止降水造成的地面塌陷或鄰近建筑物沉降而常使用截水措施,如深層攪拌樁止水帷幕、高壓旋噴樁止水帷幕,帷幕底進(jìn)入相對不透水層一定深度,如果能將為基坑開挖服務(wù)的臨時性截水帷幕當(dāng)成永久性截水帷幕來考慮,那么地下建(構(gòu))筑物范圍內(nèi)的地下水與外部豐富水源被截斷,此時可不考慮或少考慮抗浮,以節(jié)省造價。表1中內(nèi)蒙古某選礦廠尾礦濃縮池的抗浮設(shè)計采用了一種特殊的技術(shù)措施。因該場地地下水對金屬具有嚴(yán)重的腐蝕性,對混凝土也有一定的腐蝕性,采用增加結(jié)構(gòu)自重或錨桿技術(shù)抗浮均不適宜,而采用無浮力底板(即底板上設(shè)有泄水減壓系統(tǒng))解決該濃縮池的抗浮問題,節(jié)省了巨大的經(jīng)濟(jì)投資,在國內(nèi)尚屬首次使用。降排水方案有時并不是最佳方案,如廣州地鐵一號線東山口車站,若采用排水方案抗浮,50年運行期間的排水費用為226萬元,而采用錨桿抗浮則只需投資196萬元,還可避免因停電無法抽排地下水造成的隱患。4樁、錨桿聯(lián)合抗浮樁抗浮樁利用樁體自重和樁側(cè)摩阻力來提供抗拔力,是一種常用的抗浮技術(shù)措施?？垢稑缎头N類多,如人工挖孔樁、鉆孔樁和預(yù)應(yīng)力管樁等,部分工程實例見表2所示。在廣東地區(qū),近年來常采用預(yù)應(yīng)力管樁作為抗浮樁,或抗壓樁兼抗浮樁,如廣東奧林匹克體育場是首例將預(yù)應(yīng)力管樁作為抗浮樁用于地下室抗浮設(shè)計中,深圳市委黨校(香蜜湖新址):香蜜湖熙園、華潤中心城中區(qū)等工程均采用預(yù)應(yīng)力管樁作為抗浮樁;深圳地區(qū)也常采用基礎(chǔ)樁與抗浮錨桿聯(lián)合抗浮,如羅湖新銀座廣場采用人工挖孔樁與錨桿聯(lián)合抗浮、華潤中心城北區(qū)采用人工挖孔樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合抗浮、蛇口海上世界廣場改造工程也是采用樹根樁與抗浮錨桿聯(lián)合抗浮;首都國際機(jī)場擴(kuò)建工程停車樓,采用高壓旋噴樁內(nèi)嵌錨桿,錨孔內(nèi)配14фj15無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線并灌注純水泥漿,利用承壓板將鋼鉸線與建筑物底板鎖定在一起。還有一種利用基坑圍護(hù)樁作為抗浮樁,如表2中的上海某人防地下工程采用護(hù)坡樁兼抗浮樁,深圳地鐵部分區(qū)段采用護(hù)坡樁(鉆孔咬合樁)兼作抗浮樁。圍護(hù)樁兼作地下結(jié)構(gòu)抗浮時其深度應(yīng)同時滿足基坑邊坡穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)上浮的要求,并應(yīng)采取構(gòu)造措施連接結(jié)構(gòu)與圍護(hù)樁以有效的傳遞抗剪力。不過,抗浮樁也存在缺點,由于樁與柱子相連,使抗浮樁的間距太大,需要很厚的底板才能抵抗浮力產(chǎn)生的附加彎矩和剪力,因此除樁的造價高外底板的造價也很高。5抗浮錨桿錨桿加固工程錨桿是一種埋入巖土體深處的受拉桿件,承受由土壓力、水壓力或其它荷載所產(chǎn)生的拉力。錨桿用于抵抗地下水浮力時,通常稱之為抗浮錨桿,其錨固機(jī)理與抗浮樁相似,也是通過與錨側(cè)巖土層的摩阻力來提供抗拔力?？垢″^桿錨固直徑小(≤300mm),單錨提供的抗拔力比抗拔樁小,但抗浮錨桿采用高壓注漿工藝,漿液能滲透到巖土體的空隙及裂隙中,錨側(cè)的摩阻力比抗拔樁大,更有利于抗浮。因抗浮錨桿技術(shù)具有受力合理,造價低廉、施工便捷等優(yōu)點,在沿?；蜓亟貐^(qū)各大中型城市的工程建設(shè)中已迅速推廣使用,表3列舉了部分工程實例。在地處沿海地區(qū)的大連市,地下水豐富,是普遍采用抗浮錨桿進(jìn)行抗浮處理的地區(qū)之一。表3中大連市體育場東外場工程,地下三層,地上為運動場,長285m、寬85m、深13.8m,地下室底板的水頭為9.25m,采用巖石錨桿抗浮。隨后陸續(xù)有20余項工程的抗浮設(shè)計也采用了抗浮錨桿,如奧林匹克廣場、百年商場等工程,抗浮錨桿的累計長度已超過100km。在港口工程建設(shè)中,通常在嵌巖樁底設(shè)巖石錨桿以提高抗拔力,利于抗浮。在高層建筑中也采用這種措施,如表3中的深圳余氏酒店超高層建筑,地上57層地下4層,考慮到地下室埋置較深、地下水豐富且水位較高、部分樁入巖較淺、酒店裙樓空間大而自重較小等因素,為抵抗水浮力對底板的反作用力,在主樓與裙樓交接處設(shè)置錨桿抗拔樁。在由地下水浮力造成破壞的加固處理工程中,一般常使用預(yù)應(yīng)力錨桿作為永久抗浮措施,如表3中的佛山永豐大廈內(nèi)庭地下室上浮加固、順德市某大廈地下室上拱加固工程等。用預(yù)應(yīng)力錨桿將地下室結(jié)構(gòu)拉回原位,此措施加固原理簡單明確,但錨桿作為永久性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件時,應(yīng)考慮解決錨桿的腐蝕和蠕變兩個問題。錨桿主筋可采用螺紋鋼筋或鋼鉸線,用鋼鉸線作為預(yù)應(yīng)力錨桿主筋時常預(yù)留自由段以施加預(yù)應(yīng)力;而使用鋼筋作為錨桿主筋時,通常不留自由段,也有預(yù)留自由段但不施加預(yù)應(yīng)力,如表3中的韶關(guān)市西河污水處理廠生化池、福建某供水工程清水池、河北某污水處理廠沉淀池的鋼筋錨桿均留有自由段。對于全粘結(jié)型錨桿,由于荷載作用后錨側(cè)摩阻力峰值從錨頭逐漸下移,錨頭處錨側(cè)巖土體的變形最大,這對永久性錨桿的正常使用不利;另外,地下水浮力作用是隨地下水季節(jié)變化而變化的,這種循環(huán)動荷載對錨桿的作用不利。因此,鋼筋錨桿設(shè)自由段(可不施加預(yù)應(yīng)力)比較適當(dāng)。6抗浮錨桿技術(shù)埋置于巖土體中的地下車庫和地下人防等及各種洼式結(jié)構(gòu)(地下水池、地下污水處理池、游泳池等)的永久抗浮穩(wěn)定是一個不可忽視的巖土工程問題。文中提到的壓重抗浮、降水排水截水抗浮、抗浮樁和抗浮錨桿都是行之有效的抗浮技術(shù)措施,各種措施都有優(yōu)缺點,但從工程實踐來看,抗浮錨桿技術(shù)是比較經(jīng)濟(jì)、合理的方法。在具體選用時,應(yīng)根據(jù)該場地的地質(zhì)條件特別是水文地質(zhì)條件及建筑物的荷載特點,可單獨選用一種抗浮措施,也可選用多種措施聯(lián)合處理地下水浮力,以達(dá)到抗浮目的,節(jié)省工程造價。地下水的浮托力是造成上浮的禍因,由于地質(zhì)條件差異性大,計算地下水浮