地下室抗浮沉降观测与地下水位监测的案例分析
2017-01-02 09:59阅读：
Kingckong按：地下水位监测一般仅在基坑支护、地下室施工阶段进行；沉降观测一般在施工阶段进行，直到沉降趋于稳定后停止；在建筑物投入使用一段时间后重新进行沉降观测与地下水位监测的情况不多。在这里分享一个这样的案例，供有兴趣的朋友参考、继续讨论。
地下室抗浮沉降观测与地下水位监测的案例分析
一、项目概况
（1）地面以上
Ø
一幢120m
高、二十二层的高端会议展览中心/酒店
Ø
四层裙楼，裙楼屋顶结构标高+39.1米，裙楼各层主要作为会议展览中心
Ø
地上建筑面积约为100,000m2
（2）地下室
Ø
两层地下室，长238米，宽
132米，主要为停车场、酒店仓库及机电用房
Ø
B2层底板结构面标高-12.5米，地面正好位于砂层（强透水层）
Ø
柱下独立单桩承台，底板采用1000mm厚大平板
Ø
抗浮设防水位取至室外地坪，需要考虑的抗浮水头约13.5米
Ø 地下室典型柱网为9m x
8.5m；
Ø
上部为大跨度结构布置，部位地下室柱终止于地下室顶板，因此部分柱下需要布置抗拔桩，以保证地下水浮力作用下地下室的抗浮稳定性
Ø
采用人工挖孔桩基础（有扩大头），总桩数531，其中抗拔桩389根（桩径1200~1800，单桩抗拔承载力特征值1800kN~8000kN，进入中风化岩层深度3~13米）
（3）施工、监测
Ø
2009年开始地下室施工，2013年竣工投入使用
Ø
2009年9月--2011年7月地下室施工期间进行了154次地下水位观测，期间个别点的水位变化比较大（据介绍是受邻近地铁施工抽水影响）
Ø
2011年8月--2013年10月上部主体结构和装饰工程施工期间进行了20次沉降观测。2013年10月19日最后一次沉降观测显示，各观测点的沉降已趋于稳定，不均匀沉降差小于规范限值，随后沉降观测停止
二、B2层地下室渗漏和业主的担忧
2016年初进入雨季后，该项目地下室B2层底板普遍出现地面渗水情况（暴雨过后情况尤其明显），已经开始影响该层停车库、功能用房的正常使用。
由于抗拔桩占比很大，业主担心：
Ø
开裂渗水是否由于抗拔桩与抗压桩之间的沉降差异导致的
Ø
目前大楼是否还处于抗浮安全状态
三、踏勘现场和原因初步分析
业主两次组织设计、施工、监理、监测以及顾问公司等相关单位进行了两次专题会议分析地下室渗流原因，初步认为：大楼主体结构目前处于安全稳定状态；B2
层底板渗水基本上属于施工质量问题。
Ø 踏勘现场，未见B1层楼面底面梁柱节点位置有明显的开裂，初步排除存在严重沉降差异的可能性
Ø B2
层底板现场的渗水只是轻微的渗水，并没有涌水的情况出现
Ø B2底板上无设置疏水层，对局部轻微开裂的部位，由于地下水位较高，地下水就会渗出面层；
Ø
底板砼浇注是2010年8月-9月，存在赶工情况，并且在高温时期浇注大面积砼并没有采取降温措施，底板砼施工工艺及养护可能存在问题而导致地下水渗漏
Ø
在后浇带施工时有大量地下水涌出，使用抽水设备排水但未能完全排干净，并且后浇带接口部位未完全清理干净，可能后浇带存在施工质量问题而导致底板渗水
Ø
经查阅项目的地质勘探报告资料，此地块透水性很强的砂层埋深约为12米~13米左右，刚好处于地下室底板深度的位置，也可能是底板比较容易渗水的原因
四、再次启动沉降观测的建议
鉴于业主对抗压桩与抗拔桩之间沉降差异的严重关注，我们向业主建议重新对桩垂直位移进行观测，目的在于：监控抗拔桩是否在处于设计正常工作状态，确定地下室是否处于抗浮安全状态，以便消除业主的疑虑。具体建议如下：
（1）根据业主提供的原沉降观测方案和资料，综合现存观测点位置、地下室漏水情况、对布点停车空间的影响以及测量便利性等因素，考虑到原方案的观测点主要布置在抗压桩位置，建议在B2层增设25个观测点，其中22个新增观测点布置在抗拔桩位置，为了解抗压桩与抗拔桩之间的沉降差异，另外新增的3个观测点布置在抗压桩位置。
（2）原3个水准基点已被破坏，需重新引设到附近可靠的位置加以固定，作为之后观测的基准。
（3）关于观测频率，建议：
Ø
第一次测量：1）测量L1层现存观测点的实际高程，与先前的主体沉降观测记录进行比较，了解2013年10月至现在各点的垂直位移是否有显著的变化（特别M10观测点，该点位于抗拔桩位置）；2）对新增观测点，由于没有先前的测量记录，第一测量数据将作为之后衡量这些观测点垂直位移的基准。
Ø
第二次开始：1）第一个月建议每两周观测一次；2）如第一个月观测结果无异常情况，在非丰水期建议每2个月观测一次，在丰水期加密至每月一次；3）现存的L1层10个观测点需要包括在观测范围。
（4）关于地下水位观测，建议：
Ø
在地下室周边实际条件许可的前提下，均匀布置10个地下水位观测孔，具体位置可以参考原基坑水位监测平面布置图。
Ø
观测频率：1）建议每两周观测一次；2）如观测发现地下水位上升较快，需相应加密桩垂直位移的观测频率。
五、沉降观测与地下水位监测的实施
由于实际条件所限，业主最终确定的沉降观测与地下水位监测实施方案与我们的建议有一定的差异，包括：
Ø
据监测单位介绍，先前的主体沉降观测记录为相对高程（相对于当时的沉降观测基准点），并没有L1层现存观测点的实际高程数据，因此无法比对2013年10月至现在现存观测点的垂直位移是否有显著的变化。故复测仅重新建立基准点，测量各测点相对于新基准点相对高程的变化情况。
Ø
为方便测量工作的开展，全部测点设置在B2层，共25个测点（测点位置按我们的建议，只是总数量有所减少），在抗拔桩和抗压桩之间间隔分布。
Ø
由于现场外围现有管线等条件限制，仅在靠近河道的南侧布置了3个水位监测点，与3个沉降观测基准点相邻（采用深埋实沉降观测基准点，钻孔如中风化岩层2米后停钻，在ɸ10mm镀锌铁管，顶部安装不锈钢帽，再在孔内注入砼并捣实，以确保观测期间基准点稳定）
六、B2层地面渗水的整改
在进行沉降观测复测的同时，现场对B2层地面渗水进行了整改，大致包括：
Ø
漏水区域凿除面层，检查底板裂缝情况
Ø 底板裂缝注浆修补
Ø
底板上增加排水暗管和2cm塑料排水板，以便局部开裂渗入水集中收集并排走，避免渗到面层以外而影响使用
Ø 重做面层
整改后效果较好，经历了1个雨季后暂没有新出现明显的渗水现象。
七、沉降观测与地下水位监测数据
（1）沉降观测与地下水位监测数据
Ø
6次观测后《主体复测阶段性说明》的主要结论：
Ø
6次沉降观测的数据：
Ø 6次地下水位监测的数据：
八、对沉降观测与地下水位监测数据的研读和判断，以及对后续工作的建议
（1）复测数据存在的问题
Ø
第2次~第6次监测的数据中，监测点的沉降方向与地下水升降的关系似乎有违力学常理（见下表汇总），需要分析原因：
Ø
3个基准点(M1、M2和M3)的位移不容忽视，其量值已经与部分监测点的沉降值相当（例如第6次基准点M2位移0.4mm，已经超过了该次观测大多数点的变形量），需要分析原因并评估其对监测数据准确性的影响，以确定复测数据的可信性。
（2）分析和判断
参考文献[2]记载了宝钢工程施工和沉降观测中出现的类似异常问题，值得本工程参考。摘录该文要点如下：
Ø
宝钢工程位于软土地基，有使用深桩点和基岩标两种高程控制和沉降观测的基准点
Ø
60m深桩点尽管打入持力层，其本身沉降仍不可避免，但其沉降速率已经较小,
年平均沉降速率基本保持在5 mm
以内，并且它与建(构)筑物基础钢管桩的深度相仿,
因此60m深桩能满足施工高程放样的精度要求，而且作为施工期间高程放样和沉降观测的基准点是经济合理的
Ø 如在生产管理期仍以60
m深桩为观测基准点，有些建(构)筑物的沉降观测数据连年呈上升趋势，违背了客观规律（例如，热轧厂某设备基础1987～1989年施工阶段,
沉降量逐次增大。从1989～1999年期间，设备基础呈上升趋势）
Ø
在排除观测精度原因后，经分析认为,
产生这种现象的原因是由于建(构)筑物的桩基深度与深桩点的深度、埋设形式相仿,
同时桩基在建(构)筑物荷载的影响下,
前期沉降量较大,
而深桩点由于缺乏荷载的影响,
其本身的沉降均匀且缓慢。如果在生产管理阶段还是以深桩点作为沉降观测的基准点,
由于建(构)筑物的沉降量比深桩点（基准点）要小,
造成建(构)筑物基础上升的假象。
Ø
假如以基岩标为基准点,
到目前为止分布在全厂的60 m
深桩点绝大部分以5 mm/a
的速率下沉,
如以此数值对建(构)筑物的沉降量进行归算,
将得到绝大部分建(构)筑物还有下沉趋势的结论。
对于本工程的分析、判断：
Ø
业主与监测单位反馈，目前的3个水位监测点（SW1、SW2和SW3）布置在原来基坑支护止水帷幕的外侧，监测点水位不一定与地下室水位同步升降。但是，原止水帷幕也隔断地下水补给、使地下室底板水位相对稳定，且在沽水期进行监测，期间降雨很少，多次监测同时发生“监测点水位下降而地下室底板水位上升”的概率是非常低的
Ø
根据2016年11月29日参与见证第6次观测时了解到的情况，监测时只是复核三个沉降基准点（M1~M3）之间是否存在明显的高程差异，并没有用其他稳定的水准点复核M1~M3是否有发生同步下沉（或上升），而且3个基准点之间的高程差也呈扩大趋势。因此主体沉降复测阶段性说明中，监测单位认为“从沉降数据来看，各基准点是稳定的”的理据不是很充分。
Ø
M1~M3虽为深埋实沉降观测基准点（钻孔如中风化岩层2米后停钻），但从目前情况判断也并非完全坚固可靠。尚不能排除在M1~M3布设过程中存在缺陷（如混凝土浇灌不密实），周边土下沉（地下水下降，有效土压力增减）带动M1~M3下沉，测点的沉降量比基准点要小，造成测点上升的假象。
（3）对后续工作的建议
Ø
目前已有的监测数据反映沉降量变化不大，各沉降差满足规范要求，未发现建筑物有异常沉降。建议继续按《项目主体沉降及地下水位复测方案》中设定的频率持续进行监测，以确保建筑物及周边环境的安全。
Ø
如有某些外部偶然因素导致M1~M3发生同步（但相互之间差异很小）的下沉，将有可能导致出现上述“监测点的沉降方向与地下水升降的关系似乎有违力学常理”的情况。建议业主和监测单位进行必要的排查。
参考文献
[1]《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）
[2]《宝钢高程监测系统及沉降观测基准点探讨》（冯小声，《测绘通报》2003年第3期）
