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某大型地下室結(jié)構(gòu)上浮拱起工程事故分析與處理

文檔作者：賈益綱１，費(fèi)　逸２，吳光宇１，王惠賓１，歐陽(yáng)斌３，袁志軍１（文檔來(lái)源：１南昌大學(xué)設(shè)計(jì)研究院２同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院３江西五方建筑設(shè)計(jì)有限公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月25日
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４８
施　工　技　術(shù)
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１６ 年８ 月下
第４５ 卷　第１６ 期
ＤＯＩ：１０?? ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１６１６００４８
某大型地下室結(jié)構(gòu)上浮拱起工程事故分析與處理?
賈益綱１，費(fèi)　逸２，吳光宇１，王惠賓１，歐陽(yáng)斌３，袁志軍１
（１． 南昌大學(xué)設(shè)計(jì)研究院， 江西南昌?。常常埃埃玻梗?２?? 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上?！。玻埃埃埃梗玻?
３?? 江西五方建筑設(shè)計(jì)有限公司，江西贛州?。常矗保埃埃埃?
［摘要］ 根據(jù)上浮拱起數(shù)據(jù)對(duì)某地下室所遇最高水位進(jìn)行了數(shù)值推算，并結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件、施工情況和結(jié)構(gòu)裂縫
性狀等進(jìn)行了地下室結(jié)構(gòu)拱起和裂縫原因分析；研究討論了兩種抗浮處理方略，并通過(guò)空間結(jié)構(gòu)彈塑性簡(jiǎn)化分析
確定了整體抗浮和結(jié)構(gòu)加固處理方案。
［關(guān)鍵詞］ 地下室；上浮拱起；裂縫；彈塑性分析；抗浮；加固
［中圖分類號(hào)］ ＴＵ７４６?? ３ ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ Ａ　　　?。畚恼戮幪?hào)］ １００２?８４９８（２０１６）１６?００４８?０５
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｎ Ｕｐ?ｆｌｏａｔｉｎｇ Ａｒｃｈ
Ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ ａ Ｂａｓｅｍｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｊｉａ Ｙｉｇａｎｇ１，Ｆｅｉ Ｙｉ２，Ｗｕ Ｇｕａｎｇｙｕ１，Ｗａｎｇ Ｈｕｉｂｉｎ１，Ｏｕｙａｎｇ Ｂｉｎ３，Ｙｕａｎ Ｚｈｉｊｕｎ１
（１． Ｉｎｓｉｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｎａｎｃｈａｎｇ， Ｊｉａｎｇｘｉ?。常常埃埃玻梗茫瑁椋睿?；
２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ?。玻埃埃埃梗?，Ｃｈｉｎａ；
３． ＷｕＦａｎｇ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ（Ｊｉａｎｇｘｉ） Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ，Ｇａｎｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｘｉ?。常矗保埃埃埃茫瑁椋睿幔?
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｒｃｈ ｄａｔａ， ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｅｘｔ ， ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ，
ｔｈｅ ａｒｃｈｉｎｇ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｒａｃｋ ｒｅａｓｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ａｎｔｉ?ｆｌｏａｔｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ， ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ ｅｌａｓｔｉｃ?ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ
ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ａｎｔｉ?ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｓｅｍｅｎｔ；ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｒｃｈ；ｃｒａｃｋｓ；ｅｌａｓｔｉｃ?ｐｌａｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ；ａｎｔｉ?ｆｌｏａｔｉｎｇ； ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
? 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１２６８０４４） ［作者簡(jiǎn)介］ 賈益綱，院長(zhǎng)，教授，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，Ｅ?ｍａｉｌ：
ｊｉａｙｉｇａｎｇ９９９＠ ｓｉｎａ． ｃｏｍ ［通訊作者］ 吳光宇，工程結(jié)構(gòu)研究所所長(zhǎng)，教授級(jí)高級(jí)工程師，Ｅ?
ｍａｉｌ：４２９７８５０＠ ｑｑ． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１５?０４?２２； ［修訂日期］ ２０１６?０６?１０
　　地下水作用及地下室抗浮已是建筑工程界常
遇的技術(shù)問(wèn)題。如果地質(zhì)勘察建議的地下室抗浮
水位取值不合理、設(shè)計(jì)不周、施工不當(dāng)或使用不善，
都可能發(fā)生地下室上浮拱起及結(jié)構(gòu)開(kāi)裂損傷情況，
甚至導(dǎo)致房屋傾斜等工程事故［１?３］ 。
目前，針對(duì)地下室抗浮問(wèn)題相關(guān)學(xué)者做了大量
研究工作［４?８］ 。但采用空間結(jié)構(gòu)彈塑性有限元分析
方法，對(duì)地下室上浮反演，推算地下室所遇最高水
位并進(jìn)而對(duì)上浮拱起裂損事故進(jìn)行原因及機(jī)理分
析，從而形成整體抗浮和結(jié)構(gòu)加固處理方案的方法
和思路，則未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)論述。關(guān)于地下室的上浮
反演分析研究還僅限于線彈性分析階段［４?８］ 。
本文針對(duì)某大型地下室結(jié)構(gòu)上浮事故，在空間
結(jié)構(gòu)彈塑性有限元分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行原因分析、
受損構(gòu)件鑒析與加固處理，探討地下室抗浮事故分
析處理方法，試圖為類似工程問(wèn)題解決及相關(guān)理論
研究提供參考。１　工程概況
贛南地區(qū)某工程為地下１ 層車庫(kù)、地上３ 棟１６
～１８ 層宿舍樓的大型建筑工程，其地下室平面與形
體如圖１ 所示。３ 棟高層宿舍樓（Ｃ，Ｄ，Ｅ 棟）略呈
品字形布局，１ 層地下室滿布全場(chǎng)， 地下室建筑面
積約１０ ７００ｍ２。
該工程位于丘陵山岡，地勢(shì)高差較大。其地層
主要為第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土及白堊系泥質(zhì)粉砂
巖，場(chǎng)地穩(wěn)定，無(wú)構(gòu)造斷裂通過(guò)。場(chǎng)地各土層自上
而下依次為：粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化
泥質(zhì)粉砂巖。場(chǎng)地地下水主要為孔隙潛水及基巖
裂隙水，水量一般，由大氣降水及地表水滲透補(bǔ)給
為主。工程勘察建議該工程抗浮設(shè)計(jì)水位１３２?? ００ｍ
２０１６ Ｎｏ． １６ 賈益綱等：某大型地下室結(jié)構(gòu)上浮拱起工程事故分析與處理 ?。矗?
圖１　地下室平面布置及整體模型
Ｆｉｇ． １　Ｔｈｅ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｐｌａｎ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ
ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｍｏｄｅｌ
（相對(duì)室內(nèi)地面－２?? ７３０ｍ）。
該工程采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中宿舍樓
為剪力墻結(jié)構(gòu)，純地下室部位為框架結(jié)構(gòu)，樓（屋）
蓋及地下室底（頂）板均為普通肋梁樓蓋形式。該
工程除Ｅ 棟宿舍樓局部采用人工挖孔混凝土灌注
樁外，其余均為鋼筋混凝土柱（墻）下獨(dú)立基礎(chǔ)，基
礎(chǔ)（樁端）持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。純地下室
部位層高４?? １ｍ，柱網(wǎng)尺寸多為８?? ４ｍ × ８?? ０ｍ，柱截
面尺寸６００ｍｍ × ６００ｍｍ， 底、頂板厚度分別為
３００ｍｍ 和２５０ｍｍ，地梁和框架梁截面多為４００ｍｍ ×
１ ２００ｍｍ。該工程未設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫（沉降縫或溫度
縫），屬地下室與塔樓連為一體的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。
２０１３ 年４ 月，該工程主體結(jié)構(gòu)已全面竣工，所
留后澆帶已澆筑，基坑土方回填也基本到位，僅剩
地下室頂板覆土尚待施工。彼時(shí)，當(dāng)?shù)剡B日暴雨
后，該工程地下室部分出現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體上浮拱起、并
伴有地下室的梁、柱、剪力墻開(kāi)裂現(xiàn)象（除與地下室
相連處混凝土墻、柱出現(xiàn)裂縫外，主樓主體結(jié)構(gòu)及
其地下室的其他構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)明顯受損特征：如起
拱、傾斜、裂縫等）。據(jù)觀測(cè)，地下室頂板拱起最大
值達(dá)２９２ｍｍ，其具體位置參照?qǐng)D１ 的Ａ 點(diǎn)。地下室
底板鉆孔泄水時(shí)現(xiàn)１ｍ 多高水柱，后經(jīng)２０ｄ 連續(xù)觀
測(cè)，拱起最高值回落至１２２ｍｍ，之后此拱起值基本
殘留，結(jié)構(gòu)處于變形未能恢復(fù)狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)可觀察到
明顯的結(jié)構(gòu)裂縫?？蚣苤芽p主要出現(xiàn)在柱頂、柱
底部位（見(jiàn)圖２ａ、圖２ｂ），為橫向（水平）包角裂縫，
一般未貫通，且于裂縫相對(duì)角部位，少數(shù)柱頂、柱底
處出現(xiàn)混凝土壓碎、脫落情況，具有明顯雙向彎曲
型裂縫特征；柱頂、柱底受損特征呈反向?qū)ΨQ特性。
框架柱（純地下室部位）開(kāi)裂程度基本與其至“拱起
最高點(diǎn)”位置有關(guān)，距離較遠(yuǎn)者其裂縫較嚴(yán)重?？?
架梁裂縫基本出現(xiàn)在純地下室與塔樓相連的梁端
（見(jiàn)圖２ｄ），即在靠近塔樓的梁端部位出現(xiàn)自下而上
垂直裂縫（為彎曲型裂縫：即在梁底面與其側(cè)面形
成“半包圍”型裂縫）或（和）約呈４５°斜裂縫。主樓
剪力墻裂縫主要出現(xiàn)在框架梁與其連接的部位（見(jiàn)
圖２ｃ），靠近梁端部位墻體呈現(xiàn)斜裂縫或腹板墻肢
上豎向裂縫。上述裂縫寬度一般大于０?? ２ｍｍ，以
０?? ７ｍｍ 左右居多，少數(shù)達(dá)到１?? ０ｍｍ 以上，個(gè)別超過(guò)
２?? ０ｍｍ，也有個(gè)別構(gòu)件因多條裂縫密集呈構(gòu)件局部
破損狀態(tài)。
圖２　結(jié)構(gòu)裂縫情況
Ｆｉｇ． ２?。裕瑁?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｒａｃｋｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
地下室結(jié)構(gòu)拱起及構(gòu)件裂縫情況現(xiàn)場(chǎng)明晰，但
對(duì)于隱蔽構(gòu)件，如地下室底板下的地梁是否開(kāi)裂、
柱下基礎(chǔ)狀況如何等問(wèn)題難以直觀判斷。要妥善
全面處理好這一工程事故，就必須查明原因，研判
因果，排除隱患，安全處理。
２　結(jié)構(gòu)拱起及裂縫原因分析
２?? １　結(jié)構(gòu)上浮拱起原因分析
該工程場(chǎng)地主要為粉質(zhì)黏土及泥質(zhì)粉砂巖層，
無(wú)構(gòu)造斷裂通過(guò)，場(chǎng)地土層透水性較弱。工程位于
丘陵山岡，場(chǎng)地地下水由大氣降水及地表水滲透補(bǔ)
給為主。據(jù)參建各方反映，地下室施工（含基坑開(kāi)
挖）期間遇水量很小且水位很低。該工程地下室遭
遇高地下水位侵?jǐn)_，其主要原因是：①基坑回填土
土質(zhì)龐雜（含塊石和建筑垃圾），且夯實(shí)不夠，易于
雨水滲透；②雖然場(chǎng)地西南角地勢(shì)較低（基坑較淺）
利于積水外排，但彼時(shí)地面尚未硬化，地面雨水尚
不能直接排出；③連日強(qiáng)暴雨天氣下，場(chǎng)地寬闊雨
水量大，極易從回填部位滲入基坑，形成所謂“腳盆
效應(yīng)”。
本文根據(jù)過(guò)往大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)非線性分析體
會(huì)、經(jīng)驗(yàn)［９?１０］ ，綜合考慮空間彈塑性分析的精度、計(jì)
算工作量及ＰＫＰＭ 系列軟件與工程分析結(jié)合的緊密
性，故采用ＰＫＰＭ 建模、ＳＡＴＷＥ 分析、塑性鉸簡(jiǎn)化處
理進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性迭代計(jì)算，以此推算地下室所遇
最高水位。
?。担?施工技術(shù) 第４５ 卷
１）空間結(jié)構(gòu)分析模型考慮以下因素　地下室
頂、底板按彈性樓蓋假定，剪力墻按彈性構(gòu)件考慮，
地下室地梁、框架梁和框架柱按彈塑性構(gòu)件考慮；
因塔樓荷重其基礎(chǔ)未受地下水影響故而其基礎(chǔ)仍
按嵌固端考慮，純地下室柱下獨(dú)基因水浮力作用可
能隨底板拱起而上抬故而忽略其原有的嵌固作用，
模型剖面如圖３ 所示。
圖３　空間模型剖面（反推水位）
Ｆｉｇ． ３?。裕瑁?ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｍｏｄｅｌ（ｒｅｖｅｒｓｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ）
２）結(jié)構(gòu)荷載按實(shí)際情況考慮，主要包括構(gòu)件自
重和水浮力作用，頂板覆土尚未施工故而不計(jì)覆土
荷重。
３）計(jì)算步驟　將地質(zhì)勘察建議抗浮水位作為
底板水浮力初值取值依據(jù)，板底水浮力逐級(jí)加載，
直至底板拱起最高值為２９２ｍｍ 時(shí)終止。
４）塑性鉸處理　以彈性結(jié)構(gòu)在水浮力初值荷
載作用下構(gòu)件內(nèi)力為初始數(shù)據(jù)，根據(jù)各梁、柱構(gòu)件
截面參數(shù)和實(shí)配鋼筋，利用ＭｏｒＧａｉｎ 軟件分別計(jì)算
出各梁端、柱端極限抗彎承載力（柱抗彎承載力與
其所受軸力有關(guān)），當(dāng)構(gòu)件內(nèi)力（彎矩值）達(dá)到該截
面抗彎承載力時(shí)，可認(rèn)為該截面出現(xiàn)塑性鉸，結(jié)構(gòu)
分析時(shí)用理想鉸和與其抗彎承載力相等、作用方向
相同的集中力矩將該截面作塑性鉸簡(jiǎn)化處理。
５）迭代計(jì)算　將各梁、柱端截面設(shè)為監(jiān)控截
面，因柱抗彎承載力與其所受軸力有關(guān)，根據(jù)前次
計(jì)算柱軸力值調(diào)整其抗彎承載力，并對(duì)監(jiān)控截面適
時(shí)進(jìn)行塑性鉸簡(jiǎn)化處理，如不符合收斂條件進(jìn)入下
輪計(jì)算。
６）計(jì)算結(jié)果　按照上述方法和步驟，推算出該
地下室所遭遇最高地下水位為１３２?? ４７ｍ。該空間結(jié)
構(gòu)模型彈塑性簡(jiǎn)化分析結(jié)果如圖４ 所示。
本文亦按上述模型和實(shí)際荷載采用ＳＡＴＷＥ 進(jìn)
行了彈性結(jié)構(gòu)分析（未考慮彈塑性性能），推算出最
大拱起值２９２ｍｍ 時(shí)的地下水位為１３３?? ４３ｍ，該值高
于彈塑性推算結(jié)果。實(shí)際水位理應(yīng)處于上述２ 個(gè)分
析結(jié)果之間，但考慮到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際材料
性和工程現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)裂縫及變形情況，本文擬將彈塑
性質(zhì)分析結(jié)果作為該工程問(wèn)題分析處理的主要
圖４　１３２?? ４７０ｍ 水位頂板上浮值及變形示意
Ｆｉｇ． ４?。裕瑁?ｆｌｏａｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ １３２?? ４７０ｍ ｒｏｏｆ
參考。
本文根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范有關(guān)條款［１１］ 和該地下室工
程現(xiàn)狀條件，按照地勘建議的抗浮設(shè)計(jì)水位１３２ｍ
和推算水位值１３２?? ４７ｍ 進(jìn)行了整體抗浮驗(yàn)算，由于
地下室頂板覆土尚未施工，純地下室部位整體抗浮
能力不足。
１）按原設(shè)計(jì)抗浮水位進(jìn)行抗浮驗(yàn)算　即取原
設(shè)計(jì)抗浮水位１３２ｍ，地下室底板標(biāo)高１２９?? ２７ｍ，地
下室頂板未覆土情況下，取具有代表性的地下室柱
網(wǎng)８?? ４ｍ ×８?? ０ｍ 方格進(jìn)行抗浮驗(yàn)算：抗浮力＝ 底板、
頂板、柱及基礎(chǔ)自重＝９２４ｋＮ；原設(shè)計(jì)水浮力＝ 水頭
高度×１０ × ８?? ４ × ８?? ０ ＝ １ ８３４ｋＮ；抗浮力／ 原設(shè)計(jì)水
浮力＝ ９２４／１ ８３４ ＝ ０?? ５０４ ＜ １。可知未覆土情況下
純地下室部位整體抗浮不滿足要求。
２）按推算水位值進(jìn)行抗浮驗(yàn)算　即取推算水
位值１３２?? ４７ｍ 作為上浮水位，在地下室頂板未覆土
情況下，仍取具有代表性的地下室柱網(wǎng)８?? ４ｍ ×
８?? ０ｍ 方格進(jìn)行抗浮驗(yàn)算：地下室抗浮力＝ ９２４ｋＮ；
發(fā)生事故時(shí)水浮力＝ ２ １５０ｋＮ；抗浮力／ 發(fā)生事故時(shí)
水浮力＝９２４／２ １５０ ＝０?? ４２９ ＜１?？芍l(fā)生事故時(shí)
純地下室部位整體抗浮不滿足要求。
該地下室結(jié)構(gòu)因水浮力作用而拱起后，雖經(jīng)過(guò)
底板鉆孔泄水和排水作業(yè)，但拱起位移并未完全恢
復(fù)，最大拱起殘余值仍有１２２ｍｍ 左右。該地下室上
浮拱起不能完全回落的主要原因：①當(dāng)?shù)孛嬗晁疂B
入基坑致基坑水位上升導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)被抬起時(shí)，
必伴有泥砂流入原柱基基坑和地梁板肋之下，此淤
積物會(huì)阻礙結(jié)構(gòu)拱起的回落；②地下室結(jié)構(gòu)在拱起
過(guò)程中經(jīng)歷了較大的彈塑性變形，尤其裂縫開(kāi)展和
塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)，積蓄了較大不可恢復(fù)的“殘余變形
值”。
２?? ２　構(gòu)件開(kāi)裂原因分析
該工程是由位于場(chǎng)地中部的１ 層地下室和設(shè)于
場(chǎng)地外圍的３ 棟地下１ 層、上部高層的宿舍樓構(gòu)成，
是結(jié)構(gòu)連為一體但荷重懸殊的超長(zhǎng)房屋建筑工程，
２０１６ Ｎｏ． １６ 賈益綱等：某大型地下室結(jié)構(gòu)上浮拱起工程事故分析與處理 ?。担?
地下水浮力作用下，各部位的抗浮能力差異極大。
如前文所述，該工程在地下水作用下將產(chǎn)生如圖４
所示的結(jié)構(gòu)變形。外圍３ 棟塔樓及其基礎(chǔ)將成為純
地下室結(jié)構(gòu)的豎向及側(cè)向嵌固，純地下室部位在水
浮力作用下發(fā)生整體拱起，形成由底板和頂板肋梁
雙層曲面和豎向框架柱組成的空間結(jié)構(gòu)變形體。
在此空間結(jié)構(gòu)彎曲變形體中，框架柱隨空間結(jié)構(gòu)體
彎曲由豎直作“斜歪”變形，以致其柱頂、柱底兩端
產(chǎn)生相對(duì)水平位移，因而柱內(nèi)產(chǎn)生剪力和彎矩；地
下室“拱起”最高點(diǎn)是空間結(jié)構(gòu)體彎曲變形的“極值
點(diǎn)”，該點(diǎn)附近的框架柱上下柱端相對(duì)水平位移較
小，故其剪力和彎矩亦小，而離“極值點(diǎn)”較遠(yuǎn)的框
架柱上下柱端相對(duì)水平位移較大，故其剪力和彎矩
也大。此為該地下室框架柱柱頂、柱底部位出現(xiàn)彎
曲型裂縫且不同柱位開(kāi)裂程度有所差異的原因。
框架柱端出現(xiàn)彎矩后，因節(jié)點(diǎn)平衡，與之相連的框
架梁（或地梁）亦相應(yīng)有彎矩和剪力出現(xiàn)。根據(jù)“彎
曲”變形規(guī)律，空間結(jié)構(gòu)體中頂板屬于“受拉面”，位
于頂板部位的框架梁尚有軸向拉力作用，此為與之
相連剪力墻出現(xiàn)局部斜拉裂縫或腹板豎向裂縫的
主要原因。塔樓作為純地下室“空間結(jié)構(gòu)體”的邊
界約束，如同連續(xù)梁邊支座，約束越強(qiáng)（如固定端）
則梁端負(fù)彎矩（剪力） 越大，塔樓為剪力墻結(jié)構(gòu)體
系，空間剛度大，對(duì)純地下室“空間結(jié)構(gòu)體”因水浮
力作用而發(fā)生整體彎曲變形形成較強(qiáng)的邊界約束，
與邊界（剪力墻）相連的框架梁和地梁都將產(chǎn)生較
大的梁端彎矩（正彎矩）和剪力，此為與塔樓相連框
架梁在靠近塔樓部位普遍出現(xiàn)自下而上垂直裂縫
或（和）斜裂縫的原因。據(jù)此，也可大膽推測(cè)，位于
地下室底板之下、與上述框架梁位置上下對(duì)應(yīng)的地
梁也理應(yīng)出現(xiàn)此類裂縫（結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果亦與此
推測(cè)一致）。
本文參照混凝土規(guī)范［１２］ 關(guān)于裂縫寬度計(jì)算的
有關(guān)條款，分析了該地下室工程框架梁、柱截面剛
進(jìn)入塑性鉸狀態(tài)時(shí)的裂縫寬度（亦即鋼筋應(yīng)力達(dá)到
屈服應(yīng)力時(shí)構(gòu)件裂縫寬度）。計(jì)算分析可得，該地
下室大多數(shù)框架梁受拉縱筋屈服時(shí)梁裂縫寬度為
ωｍａｘ ＝０?? ４７７ｍｍ，大多數(shù)框架柱受拉縱筋屈服時(shí)柱
裂縫寬度為ωｍａｘ ＝０?? ６６２ｍｍ。同理，按照規(guī)范關(guān)于
鋼筋最小延伸率條件，近似推算出梁、柱縱筋拉斷
時(shí)的裂縫寬度值， 分別為ωｍａｘ ＝ １８?? ９２ｍｍ 和
３５?? ３５ｍｍ。這些分析結(jié)果可作為該地下室工程現(xiàn)場(chǎng)
直觀評(píng)判框架梁、柱所處受力階段的參考依據(jù)。據(jù)
此，可根據(jù)該工程裂縫檢測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)，該地下室部
分框架梁、柱曾在水浮力作用下進(jìn)入了塑性鉸狀
態(tài)，但未出現(xiàn)構(gòu)件縱筋拉斷情況。
３　整體抗浮與結(jié)構(gòu)加固處理方案
考慮到“泥砂沉底”和“塑性變形”已致地下室
拱起不能完全回落，而該地下室底板梁肋和柱下獨(dú)
基底面標(biāo)高各不相同，現(xiàn)狀基坑高低不平，要清除
沉底泥砂難度很大且成本很高，因此，對(duì)該地下室
處理宜以現(xiàn)狀抗浮加固、不作變形矯正處理為妥。
分析表明，由于殘余變形（拱起最大值１２２ｍｍ）絕對(duì)
量不大，其對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響仍在原設(shè)計(jì)承載力的
控制范圍內(nèi)。
另需說(shuō)明的是：①現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)上浮部位處地下
室底板的鑿孔檢查，發(fā)現(xiàn)由于“泥砂沉底”，底板與
地基密合較好；②地下室頂板覆土完成后，經(jīng)后期
標(biāo)高測(cè)量，在該覆土自重作用下，地下室頂板的最
大上浮變形值仍保持在１２２ｍｍ。綜上所述，地下室
底板與地基之間仍有較好的密合度，二者基本未脫
開(kāi)；地下室處理采取以現(xiàn)狀抗浮加固、不作變形矯
正的處理方法具有較強(qiáng)的技術(shù)可行性。
基于上述考慮，本文比較了２ 個(gè)處理方案。
“基坑換填＋ 錨桿”方案（方案１）：即對(duì)地下室四周
基坑回填土開(kāi)挖清理，重新夯填黏性土，形成弱透
水土層以防止地面雨水再度大量滲入基坑，再在地
下室底板設(shè)置若干錨桿以減少拱起殘余變形值并
輔以結(jié)構(gòu)整體抗浮。考慮到該工程基坑回填已基
本完成，重新土方換填工程量大，且局部已埋管線
施工有難度，故又考慮了“錨桿＋ 雨水疏導(dǎo)”方案
（方案２）：①地面有組織排水，防止大量雨水再滲入
基坑；②通過(guò)地下室底板設(shè)置錨桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體抗
?。虎劭垢≡O(shè)計(jì)水位可按地質(zhì)勘察建議值和本文彈
塑性推算值之大者。
方案１ 以治本為主，技術(shù)難度低，錨桿用量少，
但土方換填量大面廣費(fèi)工時(shí)；方案２ 以治標(biāo)為主，技
術(shù)要求高，錨桿用量多，總處理成本較高。綜合各
方意見(jiàn)，該地下室抗浮處理按方案２ 進(jìn)行。
按方案２ 進(jìn)行了結(jié)構(gòu)整體抗浮計(jì)算?？垢∷?
取地質(zhì)勘察建議值和本文彈塑性推算值之大者，即
１３２?? ４７ｍ（相當(dāng)于板底浮力３５ｋＮ／ ｍ２ ）。錨桿采用：
鋼筋３２，孔徑２００ｍｍ，錨固段長(zhǎng)度３ ５００ｍｍ（中風(fēng)
化泥質(zhì)粉砂巖），自由段長(zhǎng)度１ ０００ｍｍ（因底板下存
在回填土層），按規(guī)范［１１?１５］ 確定其抗拔承載力特征
值為２００ｋＮ（或按抗拔試驗(yàn)修正）。錨桿數(shù)量初定
每板塊（柱網(wǎng)）４ 根，實(shí)配數(shù)量根據(jù)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)
果調(diào)整。結(jié)構(gòu)抗浮整體計(jì)算參照本文地下水位推
算方法，但此時(shí)考慮頂板覆土荷載?？臻g結(jié)構(gòu)分析
模型中考慮錨桿參與受力，每根錨桿可視為固接于
底板和地基的彈性桿（鋼筋），長(zhǎng)度取錨桿自由段長(zhǎng)
度。地下室地梁和框架梁、柱仍視其計(jì)算內(nèi)力大小
?。担?施工技術(shù) 第４５ 卷
作塑性鉸簡(jiǎn)化處理，以考慮混凝土結(jié)構(gòu)的彈塑性性
能。模型剖面如圖５ａ 所示。部分錨桿計(jì)算內(nèi)力如
圖５ｂ 所示。錨桿計(jì)算內(nèi)力（軸力）最大值為１８４ｋＮ，
小于其抗拔承載力特征值，表明錨桿設(shè)置滿足整體
抗浮要求。
圖５　空間分析模型剖面（抗浮計(jì)算）
及部分錨桿軸力
Ｆｉｇ． ５?。校颍铮妫椋欤?ｏｆ ｓｐａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａｎｔｉ?
ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｒｔ ｏｆ ａｎｃｈｏｒ ａｘｉｓ ｆｏｒｃｅ
應(yīng)指出，因該地下室在加固處理前不作變形
矯正，加固前余留的殘余變形１２２ｍｍ（拱起最大
值）對(duì)結(jié)構(gòu)受力過(guò)程（含后續(xù)加固施工各階段）有
一定影響。整體抗浮加固后的純地下室地梁和框
架梁、柱的最不利內(nèi)力組合計(jì)算結(jié)果顯示，其彎矩
值、剪力、柱軸力均小于其相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力，表
明地下室結(jié)構(gòu)能滿足抗浮所需承載力要求。因
此，該地下室結(jié)構(gòu)加固可不需考慮對(duì)其承載力的
補(bǔ)強(qiáng)，而因構(gòu)件裂縫較多則須從結(jié)構(gòu)耐久性方面
進(jìn)行加固處理。
該地下室工程需作結(jié)構(gòu)耐久性補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)件主
要包括：地梁、框架梁、框架柱和剪力墻及個(gè)別梁
柱節(jié)點(diǎn)。因地梁梁肋位于地下室底板之下，其裂
縫狀況不能直觀鑒別，但根據(jù)本文計(jì)算結(jié)果和該
地下室框架梁裂縫特征推斷，與塔樓相連的地梁
在靠近塔樓（剪力墻）的梁端部位，出現(xiàn)自下而上
垂直裂縫和（或）斜裂縫的可能性極大。由于地梁
處于潮濕環(huán)境，開(kāi)裂后其結(jié)構(gòu)耐久性受到嚴(yán)重影
響，應(yīng)作補(bǔ)強(qiáng)處理。因地梁屬于隱蔽構(gòu)件，處理措
施受限制。該工程采取了對(duì)可疑地梁裂縫部位的
周圍土體及縫隙（約２?? ０ｍ 范圍）進(jìn)行壓力灌漿加
固處理，以形成密實(shí)高強(qiáng)的梁周復(fù)合體。對(duì)于開(kāi)
裂框架梁、柱處理，采取在實(shí)施壓力注膠修復(fù)裂縫
基礎(chǔ)上再外粘碳纖維布的補(bǔ)強(qiáng)方法。對(duì)于開(kāi)裂剪
力墻處理，因其為塔樓底部構(gòu)件，且數(shù)量也少（僅３
處），采用了加大截面法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。該工程按
本文方案處理后已交付使用一年，情況正常，反映
良好。
４　結(jié)語(yǔ)
本文基于空間結(jié)構(gòu)彈塑性有限元分析，根據(jù)上
浮拱起數(shù)據(jù)對(duì)該地下室所遇最高水位進(jìn)行了數(shù)值
推算，并結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件、施工情況和結(jié)構(gòu)裂縫
性狀等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)拱起和裂縫原因分析，獲得地下
室發(fā)生上浮拱起事故時(shí)，裂縫或構(gòu)件損壞所呈現(xiàn)出
的一般性（共性）破壞特征；研究討論了２ 種抗浮處
理方案，并確定了不作變形矯正處理的整體抗浮和
結(jié)構(gòu)加固處理方案。目前，該工程按本文方案處理
后已交付使用１ 年，情況正常，反映良好，取得了顯
著經(jīng)濟(jì)效益。
本文雖然在分析方法和處理措施上進(jìn)行嘗試
與探討，形成了部分可供參考的研究結(jié)果，但從學(xué)
術(shù)層面或工程應(yīng)用的需要考慮，以下課題還可深入
研究：空間結(jié)構(gòu)彈塑性簡(jiǎn)化計(jì)算其復(fù)雜性和精確
性；具有拱起殘余變形（不矯正變形）地下室經(jīng)錨桿
抗浮處理后，其各階段結(jié)構(gòu)受力分析；隱蔽地梁（位
于地下室底板之下的肋梁）裂縫檢測(cè)與加固處理技
術(shù)等問(wèn)題。
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