广东中山建筑设计院股份有限公司 广东中山 528400
摘要:本项目因地下车库顶板局部堆放的施工材料在基坑回填后撤走且未及时进行顶板覆土回填，造成地下车库约900㎡范围局部上浮；通过结合本项目的工程实例，阐述了如何运用钢管灌注桩和配重来处理地下车库因抗浮不够而产生的局部上浮。通过前期的计算复核和结构处理以及后期对实际项目两年多的观测，车库未见漏水和开裂的情况，表明处理效果良好。
关键词:地下车库；局部上浮；钢管灌注桩；单桩抗拔承载力
0 前言
本项目位于广东省中山市西区富华道与博爱路之间，用地面积43418㎡，总建筑面积241378㎡，主要分为地上和地下两大部分，地上部分主要由11栋33层高层住宅和裙楼商铺组成，地下部分为2层地下车库停车场；本次地下车库局部上浮的范围位于7、8栋主楼和11栋主楼之间，处于人防车库范围内，车库柱网8.1x8.1米，局部上浮面积约900㎡，现场实测的基础、底板上浮高度为20mm~60mm，平均上浮高度为38mm；主楼和车库均采用高强预应力混凝土管桩基础，车库范围采用Φ400承压桩兼做抗拔桩，单桩竖向承载力特征值为1300KN，单桩抗拔承载力特征值为300KN，并要求控制最上一节管桩桩长大于8米，桩顶灌芯长度为2.5米，桩顶与承台的连接钢筋为6C18（HRB400级钢）；负二层底板厚500mm，顶板覆土厚度为1.0米。
1概况介绍与方案分析
项目于2016年3月进行车库基坑回填封闭，而此前已经进行了车库顶板覆土的回填工作和部分基坑的回填，在车库顶板7、8栋主楼和11栋主楼之间，有约900㎡的范围由于一直做为临时施工材料堆放区域，未进行顶板覆土回填；车库基坑的回填土在2016年3月中旬全部完成，之后车库顶板的临时施工材料逐渐撤出，而此部分顶板未及时进行覆土回填，到2016年4月初，雨季来临，雨后第二天，现场工程人员发现负二层车库底板及承台有局部拱起和漏水的情况，且存在放大的趋势，为避免情况继续恶化，立即在负二层底板上打孔泄水，打孔后，底板和承台拱起情况逐渐恢复。
通过现场查验，本次事故发生的范围位于顶板未覆土的临时施工材料堆放区，分析产生本次事故的原因是由于车库抗浮设计中考虑了车库顶板覆土的贡献作用，而临时施工材料堆放区域的材料撤走后顶板覆土未及时回填，且车库周边基坑已经回填完毕，恰逢雨季，地下水位上升，造成局部车库基础抗浮不够而被浮起。通过各方讨论研究，考虑到实测的基础、底板平均上浮高度为38mm，最大高度为60mm，上拔位移量较大，预应力高强混凝土管桩的抗拔能力存在失效的可能，但由于整个过程持续时间较长，位移变化较缓慢，并未出现位移突然放大的情况，故判定桩与承台之间仍存在连接，但桩顶与承台的连接钢筋存在屈服的可能。综合考虑，可不对基础正向承压做处理，仅对车库抗浮进行处理，从后期使用的安全性考虑，假定桩的抗浮能力失效。
通过与建筑和设备专业的沟通和优化处理，负一层层高在满足规范最小净高要求的前提下，可做100mm的最大压缩空间，负二层可做300mm的最大压缩空间，因负一层压缩空间小，效率低，故结构采用在负二层加厚底板及在承台内增加钢管灌注桩并用的抗浮处理方案。
2土层参数和结构设计
本项目工程地质情况由上至下为：（1）3.1~2.0m素填土，（2-1）2.0~-4.90m淤泥，（2-2）-4.90~-10.0m粘土，（2-3）-10.0~-15.20m淤泥质土，（2-4）-15.20~-17.80m粉质粘土，（2-5）-17.80~-19.40m砾砂，（3）-19.40~-22.90m砾质粘性土，（4-1）-22.90m~-29.10m全风化花岗岩，（4-2）-29.10m以下为强风化花岗岩。
原设计根据勘察报告建议并结合中山区域的工程水文经验，地下室抗浮设防水位标高取为2.0米，现仍按2..0米的设防水位进行计算，负二层车库底板面标高约为-3.6米，底板厚0.5米，即底板底标高为-4.1米；基础抗浮验算中，底板底承受的浮力面荷载为（2+4.1）x10x1.05=64.05KN/㎡，以此计算出车库柱底最大浮力标准值。负二层底板在原来的基础上加厚300mm，相当于共增加0.30米厚的混凝土配重，加厚部分的正向荷载考虑由底板下的土层承担，不考虑其对基础正向荷载的影响，此荷载与车库顶板1米 厚覆土以及底板，负一层梁、板、柱，顶板各构件均按施工图截面如实输入模型进行自重计算，计算得出的柱底最大轴力标准值加上承台自重，与浮力面荷载64.05KN/㎡产生的柱底力进行对比，来确定柱底剩余浮力值，对于正向自重加压重比浮力小的基础，需采用钢管灌注桩进行补强。钢管灌注桩具有穿透能力强、桩径小、施工方便、特别适用于狭窄场地的施工等优点，为了不破坏原有管桩基础，在设计上将钢管灌注桩定位在两个管桩之间的中间线上。钢管灌注桩钢管采用Φ114mmx6mm的无缝钢管，材质为Q235B钢，成孔直径为168mm，桩端入全风化岩4.0米，桩长约22米，桩身填充材料采用水泥浆高压灌注，水泥浆强度为M30，水泥：42.5R。
钢管灌注桩主要考虑其对抗拔承载力的贡献，其设计岩土参数详见下表1：
桩顶与承台的连接钢筋采用HRB400三级钢，连接钢筋的面积As=1.35xRa/fy=1.35x250x1000/360=937.5mm，取桩顶连接钢筋为2C25，伸入钢管灌注桩内的长度≥1.0米，连接钢筋与钢管内壁焊接，焊角尺寸hf=6mm，采用双面焊，焊接长度为Lw=N/（hexf），其中N为每条焊缝承受的拉力设计值，N=1/2x1/2x250x1.35=84.4KN，则Lw= N/（hexf）=84.4x1000/（0.7x6x160）=125.6mm，取焊缝长度为200mm，连接钢筋与钢管内壁的焊缝质量等级为二级，且应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205和《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。
在原有承台范围内，从两桩之间的中间线上开孔，开孔直径稍大于168mm，孔边到承台边的距离≥200mm，开孔过程中不得伤及原有承台钢筋，钢管灌注桩入承台内100mm，桩顶与承台连接位置涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料，并在其上设置遇水膨胀止水条，承台开孔的后期封堵，可采用比原承台混凝土高一个等级的微膨胀防水混凝土进行封堵振实。桩顶连接大样具体详下图1：
图1 桩顶连接大样详图
3 底板加厚和钢管灌注桩施工
本方案采用加厚底板和钢管灌注桩共同处理，施工前，先在车库影响范围附近开挖集水坑进行降水，确保水位降至承台面以下。底板后加混凝土主要贡献为压重，不考虑其参与底板承载力计算，在结构底板浇水湿润之后，在其上新浇筑0.30米厚的C25混凝土，面铺8@200双向抗裂钢筋网，承台范围在新浇筑混凝土前应将承台混凝土表面凿毛，并植入锚筋，锚筋为8@600x600梅花形布置，植入承台内120mm。
钢管灌注桩施工：测量放线应确保桩位准确，保证钻机平稳，钻杆垂直，桩位允许偏差为±20mm，桩垂直度允许偏差为1.0%，施工过程中采用泥浆护壁成孔；钢管搭接部位用套筒搭接焊，套筒高度不小于钢管直径两倍，套筒壁厚不小于钢管壁厚，焊接接桩前应对准上下节桩段的垂直轴线，防止接头弯折，在套筒周边焊接，焊接应饱满，钢管接驳时，应检查垂直度，防止接头弯折，每个接头焊接完毕，应冷却1分钟后方可继续沉管，焊接质量应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205和《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定；沉管前需对钢管做喷砂除锈处理，钢管外表面涂富锌防锈漆，厚100 μ，钢管接驳大样详见下图：
图2 钢管接驳大样详图
在Φ114钢管的管壁上开出浆孔，上部4m不开孔，4m以下部分沿竖向每隔400mm钻两个Φ10mm的孔，出浆孔交错布置，入全风化岩段，出浆孔间距从400mm加密至250mm。在注水泥砂浆前，要对桩孔进行清孔，要求孔底沉渣厚度不大于50mm，桩身入全风化花岗岩不小于4.0米，水泥浆强度要求达到M30，水灰比控制在0.45~0.5之间，注浆管应装设压力表，注浆压力为0.3~0.5Mpa，注浆后暂不拔注浆管，直至水泥浆从Φ114钢管内、外均流出浆液为止，施工过程中必须严格控制桩长并保证足够的入岩深度，同时应避免断桩现象；钢管灌注桩施工应先做试验桩，待取得成熟施工方法后再全面开工。
从所有钢管灌注桩中随机选取3根作为抗拔试验桩，施工完毕后进行抗拔试验，对钢管灌注桩施加抗拔试验荷载为单桩抗拔承载力（250KN）的两倍，桩的上拔位移量均未超过4mm，故判定桩的抗拔承载力能达到设计要求。
4 结语
本工程经过处理并投入使用已有两年多，已经过两个雨季的考验，通过现场观测，车库未见漏水和开裂的情况，表明处理效果良好，满足了设计和使用要求；综上所述，适当增加配重并加钢管灌注桩的共同处理方案，对于地下室局部抗浮不够的情况能起到较好的作用，尤其是对于需要在狭窄空间内的施工，钢管灌注桩优势明显。
参考文献:
[1] JGJ94 —2008建筑桩基技术规范；
[2] GB50205 一2001钢结构工程施工质量验收规范
[3] JGJ81一2002建筑钢结构焊接技术规程
[4] GB5007一2011 建筑地基基础设计规范
论文作者:李小康
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/27
标签：钢管论文; 底板论文; 车库论文; 顶板论文; 承载力论文; 钢筋论文; 局部论文; 《防护工程》2019年第6期论文;