張俊蘋，戴夫聰，黃 強(qiáng)，葉家強(qiáng)，丁 毅，李 天，賈曉琳，鐘 杰

(1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司西南分公司，四川 成都 610041； 2.四川大學(xué)土木工程系，四川 成都 610085)

1 工程概況

某工程位于衡陽市，地上結(jié)構(gòu)由2棟29層公寓樓和多棟2層商業(yè)樓組成，公寓樓采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)樓及主樓外地下室采用框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸主要為9.2m×8.4m；地下1層，埋深4m，地下室作為車庫及設(shè)備用房，純地下室部分上覆土厚1.2m；平面呈L形，最大邊長(zhǎng)為198.6m?？垢≡O(shè)計(jì)水頭高度為3.5m，設(shè)計(jì)中未考慮設(shè)置抗浮錨桿等抗浮措施，未考慮設(shè)置排水系統(tǒng)降低地下水位，且未增加地下室防水板反彎配筋。

基礎(chǔ)為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土抗壓管樁+樁承臺(tái)+防水板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，承臺(tái)高度為800mm，防水板厚度為300mm。標(biāo)準(zhǔn)跨防水板配筋為φ12@200，雙層雙向配筋，局部板面配置φ14@400附加鋼筋。地下室防水板做法如圖1所示。

2 防水板開裂概況

主體結(jié)構(gòu)封頂約3個(gè)月后，在日常質(zhì)量檢查過程中，發(fā)現(xiàn)地下室防水板出現(xiàn)多條裂縫，初步判定為混凝土收縮裂縫，并采用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行封堵，在隨后的2個(gè)月內(nèi)未發(fā)現(xiàn)防水板異常情況。雨季時(shí)地下室頂板覆土回填已完成，質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)在商業(yè)樓與純地下室交接的2跨范圍內(nèi)，防水板與結(jié)構(gòu)柱交接處起拱并出現(xiàn)多條裂縫，滲水明顯且水量較大。柱腳位置防水板開裂，開裂部位為防水板上部面層，觀察開裂部位可知，在以柱為圓心、半徑為1m的范圍內(nèi)，面層與原防水板脫離，內(nèi)部存在約5cm厚空腔，空腔內(nèi)部可發(fā)現(xiàn)明顯滲水情況(見圖2)，未發(fā)現(xiàn)開裂部位露筋現(xiàn)象。經(jīng)觀察，開裂柱腳對(duì)應(yīng)的柱上部梁柱結(jié)合處無裂縫。

3 開裂原因分析

防水板開裂原因可能包括施工不規(guī)范、混凝土配合比不當(dāng)、溫差過大導(dǎo)致熱脹冷縮等，根據(jù)本工程實(shí)際情況，基本可排除混凝土配合比不當(dāng)、混凝土自身收縮及養(yǎng)護(hù)不合理等原因。

3.1 設(shè)計(jì)因素

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程應(yīng)考慮抗浮設(shè)計(jì)，根據(jù)初步分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)自重(包括地下室頂板覆土自重)基本與抗浮設(shè)計(jì)水位對(duì)應(yīng)的水浮力相當(dāng)，因此設(shè)計(jì)中未考慮抗浮、排水措施。利用盈建科軟件計(jì)算考慮抗浮水位的結(jié)構(gòu)配筋，可知局部防水板抗彎鋼筋配置不足。因此，從設(shè)計(jì)角度考慮，在當(dāng)前水壓力狀態(tài)下，抗彎鋼筋配置不足，導(dǎo)致防水板開裂。

3.2 施工因素

地下室周邊回填土須分層夯實(shí)，每層厚度≤250mm，壓實(shí)系數(shù)≥0.94。地下室頂板、后澆帶及側(cè)壁防水層施工完成后，應(yīng)盡早采用不透水土進(jìn)行回填，并按要求分層夯實(shí)。而現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)存在地下室周邊回填土材料選擇未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，分層回填厚度、夯實(shí)遍數(shù)不滿足要求等問題，導(dǎo)致回填土滲透性大、壓實(shí)系數(shù)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，防水板落在粉質(zhì)黏土層范圍內(nèi)，滲水系數(shù)較小，但該層下方為粉細(xì)砂層，滲水系數(shù)升高明顯，地下室周邊為雜填土層，滲水系數(shù)較高，可知存在突降連續(xù)暴雨引發(fā)水盆效應(yīng)的可能，從而引發(fā)整體或局部結(jié)構(gòu)上浮及開裂問題。

綜上所述，從施工角度來看，如遇大量集中降雨天氣，加上地下室周邊排水不暢，不利于地下室抗浮。

4 開裂滲水機(jī)理分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析原理，防水板可簡(jiǎn)化為四角支撐在柱腳承臺(tái)上，在水浮力作用下，防水板兩端支撐處(板底)及跨中部位(板頂)彎矩最大。當(dāng)水浮力較大、抗彎鋼筋等配置不足時(shí)，防水板嚴(yán)重開裂導(dǎo)致水滲入。同時(shí)，由于防水板有鋼筋拉結(jié)作用，在柱腳處以柱腳承臺(tái)邊為支點(diǎn)，呈拱形變形形式。防水板彎曲變形較大時(shí)，面層直接與防水板脫離開裂，形成空腔，在柱腳處直接與剛度大的柱裂開，導(dǎo)致水沿著面層與防水板空腔進(jìn)入地下室，出現(xiàn)地下室滲水情況。

5 防滲措施研究

5.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理

發(fā)現(xiàn)滲水后，施工現(xiàn)場(chǎng)立即與各方協(xié)商對(duì)策，并采取泄水減壓措施，減小防水板下水浮力，避免造成更嚴(yán)重的破壞。設(shè)置反濾層，防止細(xì)顆粒的帶出。將水引入集水坑及時(shí)排出，在地下室周邊回填土區(qū)域設(shè)置臨時(shí)排水溝，防止地表水滲入。由具備資質(zhì)的第三方檢測(cè)單位對(duì)開裂情況進(jìn)行專業(yè)檢測(cè)鑒定，以便進(jìn)行加固修復(fù)。

5.2 防水板加固修復(fù)

組織召開專家論證會(huì)，當(dāng)防水板滲水情況、變形量恢復(fù)設(shè)計(jì)允許范圍，且殘余變形趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行加固修復(fù)處理。

1)空鼓、裂縫處理

觀察防水板開裂情況，根據(jù)裂縫寬度采用不同填縫方式。當(dāng)裂縫寬度≤0.2mm時(shí)，采用封口膠封閉；當(dāng)裂縫寬度為0.2～0.5mm時(shí)，利用注射器注射改性環(huán)氧樹脂；當(dāng)裂縫寬度>0.5mm時(shí)，采用壓力灌漿的方式注射改性環(huán)氧樹脂，并將裂縫鑿成V形口。對(duì)防水板隆起位置進(jìn)行開孔泄水壓后，采用壓力灌漿將隆起明顯位置板底空隙填充密實(shí)。將柱腳空鼓區(qū)原混凝土鑿除，利用C35微膨脹混凝土重新澆筑，交接面設(shè)置φ10@150雙向鋼筋網(wǎng)，如圖3所示。

2)防水板破損部位處理

根據(jù)防水板破損范圍，鑿除原防水板混凝土，利用C35微膨脹混凝土重新澆筑，如圖4所示。

5.3 局部抗浮能力提高

基于“抗”“疏”抗浮設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)單位提出以下方案。

1)基于“抗”理念的方案1

針對(duì)防水板抗彎鋼筋不足的問題，采用疊加250mm厚混凝土板的方式，單側(cè)雙向配置φ16@150鋼筋，并植筋φ8@900，與原防水板拉結(jié)，如圖5所示。

2)基于“抗”理念的方案2

在原防水板下局部增設(shè)抗浮錨桿，并在原防水板表面疊加100mm厚混凝土板，錨桿鋼筋錨入新澆筑混凝土板內(nèi)，抗浮錨桿設(shè)計(jì)如圖6所示。

3)基于“疏”理念的方案3

在防水板及集水坑內(nèi)增設(shè)直徑100mm泄水孔，通過防水板下縱橫盲溝及時(shí)將水疏通到鄰近的集水坑內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)泄水降壓，解決抗浮問題，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)管理，確保水泵正常工作。集水坑開孔做法如圖7所示，防水板泄水孔做法如圖8所示。

通過安全性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等綜合對(duì)比，本項(xiàng)目采用方案3提高局部抗浮能力。

5.4 地下室周邊回填土處理

將地下室周邊地面以下2m范圍內(nèi)填土挖除后分層碾壓夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)≥0.94，并在地面以下2，1.5，0.5m處各設(shè)置1層1.0mm厚HDPE防滲膜，如圖9所示。

6 關(guān)于結(jié)構(gòu)抗浮問題的思考

6.1 嚴(yán)格控制抗浮水位取值

JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)設(shè)防水位選取及確定進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，抗浮設(shè)防水位的確定應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、地下水位狀態(tài)、地表水入滲補(bǔ)給、地下水徑流補(bǔ)給和排泄、人工抽水注水、基礎(chǔ)位置和施工影響、現(xiàn)狀地形及變化等因素。同時(shí)應(yīng)明確考慮設(shè)計(jì)使用年限對(duì)抗浮設(shè)防水位的作用，對(duì)于不滿足抗浮設(shè)計(jì)要求的巖土工程勘察報(bào)告，應(yīng)要求予以補(bǔ)充，甚至進(jìn)行專項(xiàng)勘察。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于規(guī)模較大的地下室抗浮設(shè)計(jì)，如果建設(shè)場(chǎng)地標(biāo)高復(fù)雜，應(yīng)將場(chǎng)地劃分為網(wǎng)格，分別取抗浮設(shè)防水位；對(duì)于雨水豐富的地區(qū)，還需考慮地表水聚集效應(yīng)引起的地下室抗浮設(shè)計(jì)水位提高。另外，抗浮設(shè)防水位是在一定邊界條件下預(yù)測(cè)得到的，因此為保證預(yù)測(cè)的抗浮設(shè)防水位有效性，需對(duì)后期設(shè)計(jì)、施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示或提出使用要求，如對(duì)基坑肥槽回填時(shí)間、材料、密實(shí)度、滲透系數(shù)等提出指標(biāo)要求。

6.2 嚴(yán)格進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)

1)綜合確定參數(shù)取值

不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水浮力和抗浮力的分項(xiàng)系數(shù)等取值要求不同，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件、建筑物特點(diǎn)等因素綜合考慮，合理確定土層參數(shù)折減、水浮力與抗浮力的分項(xiàng)系數(shù)、抗浮錨桿等工作條件系數(shù)。

2)關(guān)注整體抗浮設(shè)計(jì)，重視局部抗浮驗(yàn)算

對(duì)于純地下室或建筑層數(shù)不多的局部范圍，需分區(qū)驗(yàn)算局部抗浮能力，保證不出現(xiàn)局部上浮破壞。另外，還需考慮水文條件、當(dāng)?shù)貥O端天氣等情況，關(guān)注施工期間結(jié)構(gòu)的抗浮能力，并采取相應(yīng)排水措施等。

3)合理選擇抗浮方案

根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》提供的抗浮設(shè)計(jì)方法，常用抗浮設(shè)計(jì)思路為“抗”與“疏”?！翱埂钡拇胧┲饕性黾咏ㄖ镒灾丶皦褐?，采用抗拔樁、抗浮錨桿，增加局部結(jié)構(gòu)剛度和構(gòu)件強(qiáng)度等?！笆琛钡拇胧┲饕性O(shè)置盲溝、抽水井等進(jìn)行排水限壓，設(shè)置壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行泄水降壓，設(shè)置隔離系統(tǒng)進(jìn)行隔水控壓等。具體工程中需根據(jù)建筑功能及荷載特征、工程與水文地質(zhì)條件、地形地貌、施工條件等因素，考慮安全、適用、耐久、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)，進(jìn)行抗浮方案比選。

6.3 規(guī)范施工

施工單位需按照?qǐng)D紙中明確的降水要求、停止降水條件、后澆帶封閉時(shí)間及做法等進(jìn)行規(guī)范施工，避免未達(dá)設(shè)計(jì)預(yù)定目標(biāo)時(shí)停止降水或封閉后澆帶，進(jìn)而避免造成上浮隱患。

肥槽回填材料及技術(shù)條件需滿足圖紙要求?；靥畈牧蠎?yīng)采用分層夯實(shí)的黏性土、灰土或澆筑預(yù)拌流態(tài)固化土、素混凝土等弱透水性材料，不可采用砂、石等透水性材料。對(duì)于當(dāng)前較常用的流態(tài)土、泡沫混凝土等新型材料回填方式，需綜合考慮其對(duì)抗浮的影響?？垢≡O(shè)施應(yīng)在隱蔽前完成檢驗(yàn)，驗(yàn)收合格后，方可按設(shè)計(jì)要求的回填材料和密實(shí)度指標(biāo)進(jìn)行基坑肥槽回填。

6.4 注重工程品質(zhì)與安全

作為建設(shè)單位，需重視抗浮問題，注重品質(zhì)與安全，不能因控制成本不斷降低抗浮設(shè)計(jì)富裕度，一旦遇見極端天氣、存在施工偏差等，可能發(fā)生安全事故。

對(duì)于以抗浮設(shè)計(jì)工況控制為主或?qū)こ淘靸r(jià)影響較大的建筑工程，建議由業(yè)主方牽頭組織有關(guān)單位、專家進(jìn)行綜合專項(xiàng)論證，根據(jù)勘察提出的具體數(shù)據(jù)和建議、設(shè)計(jì)單位提供的抗浮技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案分析結(jié)果及相關(guān)專家提供的咨詢意見，進(jìn)行成本與風(fēng)險(xiǎn)權(quán)衡評(píng)估，確保經(jīng)濟(jì)性、品質(zhì)與安全。

7 結(jié)語

基于設(shè)計(jì)、施工角度，對(duì)衡陽某項(xiàng)目地下室防水板開裂原因進(jìn)行詳細(xì)分析，因設(shè)計(jì)中未考慮抗浮、排水措施，導(dǎo)致局部防水板因抗彎鋼筋配置不足而開裂?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)存在地下室周邊回填土材料選擇未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，分層回填厚度、夯實(shí)遍數(shù)不滿足要求等問題，導(dǎo)致回填土滲透性大、壓實(shí)系數(shù)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。從不同方面提出防滲措施，包括現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理、防水板加固修復(fù)、局部抗浮能力提高、地下室周邊回填土處理。從嚴(yán)格控制抗浮水位取值、嚴(yán)格進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)、規(guī)范施工、注重工程品質(zhì)與安全方面對(duì)結(jié)構(gòu)抗浮問題進(jìn)行思考。