談地基不均勻沉降對結(jié)構(gòu)裂縫的影響

宗培剛 楊魯昆

(1.煙臺市芝罘區(qū)園林市政管理處，山東煙臺 264000;2.蓬萊市建筑設(shè)計院有限公司，山東蓬萊 265600)

1 概述

房屋建筑工程的質(zhì)量，關(guān)系到我們每個人的家庭，與大家的生活息息相關(guān)，而且建筑裂縫在我們?nèi)粘＝佑|的房屋中也經(jīng)常遇到，容易引起大家的關(guān)注和關(guān)心，裂縫嚴重時甚至?xí)绊懛课萁ㄖ陌踩褪褂?，因此房屋建筑的裂縫問題更應(yīng)引起房屋建筑從業(yè)人員的重視。而地基不均勻沉降造成的建筑結(jié)構(gòu)裂縫是房屋建筑工程中普遍遇到的問題，也是當(dāng)前亟需解決的重要問題。本文將重點分析由地基不均勻沉降引起的房屋建筑結(jié)構(gòu)裂縫的原因及其分布情況，以及裂縫預(yù)防采取的措施和裂縫出現(xiàn)后的加固處理方法。

2 地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)裂縫的分析

雖然國家相關(guān)建筑地基規(guī)范對于建筑物出現(xiàn)適當(dāng)?shù)某两挡钍窃试S的，但是如果房屋建筑出現(xiàn)較大的不均勻沉降，就會引起房屋建筑出現(xiàn)裂縫、建筑物受到破壞，乃至最終影響到建筑物的使用和安全功能。當(dāng)房屋建筑出現(xiàn)地基不均勻沉降時，其建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生非常大的應(yīng)力，而當(dāng)建筑構(gòu)件抗力不能抵抗此應(yīng)力時，房屋建筑會隨之出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，而地基沉降變形的輕重情況將直接影響裂縫的形狀和寬度?，F(xiàn)取某一框架結(jié)構(gòu)的一榀為分析對象，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻沉降時，引起框架支座發(fā)生水平或豎向位移，見圖1。對圖1框架結(jié)構(gòu)進行分析，當(dāng)在支座1處發(fā)生單位水平、豎向位移時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生如圖2a)，圖2b)所示的內(nèi)力。對于圖2所示結(jié)構(gòu)，當(dāng)由支座位移引起的內(nèi)力超過構(gòu)件抗力時，在構(gòu)件的相應(yīng)位置產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，影響結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。

2.1 地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)裂縫的分布形式

地基不均勻沉降引起的裂縫主要有下列幾種形式:1)當(dāng)房屋建筑發(fā)生沉降時，一般會在框架基礎(chǔ)梁或上部框架梁的端部或中部出現(xiàn)裂縫;2)當(dāng)房屋建筑因整體剛度差出現(xiàn)地基不均勻沉降時，裂縫會出現(xiàn)在縱墻兩端并向沉降較大的方向傾斜，其形狀為正八字形，方向沿著門窗洞口角部呈45°;3)房屋建筑在因其高差較大或荷載差異較大的情況下發(fā)生不均勻沉降時，裂縫通常發(fā)生在交接位置，裂縫剛開始一般出現(xiàn)在樓層低荷載小的位置，并逐漸向樓層高荷載大的位置傾斜;4)當(dāng)房屋建筑因兩端地基土壓縮性大而發(fā)生不均勻沉降時，呈凸形分布曲線時，此時縱墻端部和頂部會分別出現(xiàn)倒八字形斜裂縫和豎向裂縫。

圖1 某框架結(jié)構(gòu)由地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)支座發(fā)生豎向位移

圖2 由單位支座位移引起的內(nèi)力

2.2 地基不均勻沉降原因分析

引起地基不均勻沉降主要有以下幾個方面原因:1)房屋建筑地基的持力層土質(zhì)分布不均勻、性能差別大、回填土未夯實等;2)房屋建筑在地基持力層不好的情況下，比如地基是濕陷性黃土、軟土、回填土和凍土等，設(shè)計中選用地基基礎(chǔ)形式和結(jié)構(gòu)體系不合適，地基加固處理與原有地基基礎(chǔ)不協(xié)調(diào)等;3)房屋建筑因立面的高差和平面的復(fù)雜轉(zhuǎn)角引起荷載的不均勻分布，而在設(shè)計中處理不到位;4)房屋建筑由于施工原因造成人工地基承載力不均勻，例如在樁基施工中，樁基的末端在施工過程中沒有進入持力層或入巖深度不夠等;在地基處理時，施工方案不合理或施工方法不連續(xù)等;5)房屋建筑工程竣工以后，基礎(chǔ)保護不當(dāng)，遭受地面水浸泡、建筑附近施工影響地基或在竣工建筑地基周圍新建建筑物時未采取有效措施保護好原有地基。

3 控制地基不均勻沉降的措施

控制地基避免產(chǎn)生不均勻沉降，應(yīng)該在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中注意下面幾點:1)房屋建筑在設(shè)計平面造型時在保證使用功能外，應(yīng)盡量簡單大方，避免建筑形狀復(fù)雜、不對稱等，盡量減少轉(zhuǎn)角和彎曲，增強其整體性和抗變形能力;設(shè)計立面造型時的高度、重量、剛度差異不宜過大，設(shè)計時嚴格控制房屋的長高比，保證其良好的整體剛度。2)房屋建筑要合理設(shè)計布置沉降縫，位置和寬度選擇要適當(dāng)，構(gòu)造要合理。沉降縫要保證把建筑物分成各自相互獨立的建筑單元，每個建筑單元長高比較小，建筑整體剛度好，每個建筑單元發(fā)生沉降時互不影響。沉降縫的設(shè)置主要集中在建筑平面較為復(fù)雜的轉(zhuǎn)折位置、有高差或上部荷載差異較大處、地基土力學(xué)指標(biāo)相差較大、基礎(chǔ)類型或結(jié)構(gòu)體系不同處、新舊建筑的交界處等，并且沉降縫的寬度一般不小于50 mm。3)砌體結(jié)構(gòu)在設(shè)計布置時，在保證滿足承載力和高厚比的情況下，還應(yīng)滿足墻柱的構(gòu)造要求，通常要設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱等，設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱有利于滿足增強砌體強度、整體剛度和增強建筑物的整體性，起到控制或減少墻體裂縫產(chǎn)生的作用;砌體結(jié)構(gòu)要合理設(shè)置縱橫墻，加強整體剛度，使橫墻間距不宜過大，縱墻應(yīng)盡量避免轉(zhuǎn)折和中斷。4)加強建筑物基礎(chǔ)的剛度和強度。在建筑設(shè)計時可以依據(jù)建筑物地基的軟弱程度以及建筑上部結(jié)構(gòu)的實際不同狀況，選用合理的基礎(chǔ)形式，保證基礎(chǔ)有足夠強度和剛度，避免建筑物的正向撓曲。5)在機械開挖基坑時，應(yīng)盡可能避免擾動地基土原狀結(jié)構(gòu)，一般在基坑底部留置比設(shè)計標(biāo)高高15 cm～20 cm的原土，在進行墊層施工前，采用人工方法挖除這部分原土。6)重視地基驗槽及地基處理，基坑開挖時如發(fā)現(xiàn)地基異常，及時與建設(shè)、勘查、設(shè)計和監(jiān)理等單位聯(lián)系，出具地基加固方案，盡可能使加固后地基承載力與原來正常相比不變;在基礎(chǔ)施工時，保證基礎(chǔ)周圍做好排水，防止基礎(chǔ)遭地面水浸泡;避免基礎(chǔ)周圍地面堆積重荷載。7)相鄰建筑物施工時，要注意對原有建筑物基礎(chǔ)的保護;若相鄰建筑同時施工，一般要先進行基礎(chǔ)較深的建筑施工。

4 地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)裂縫的處理方法

地基不均勻沉降極易引起墻體等建筑構(gòu)件的裂縫，當(dāng)裂縫嚴重時會影響建筑結(jié)構(gòu)安全和使用，需要及時采取措施進行加固處理，以盡量減少經(jīng)濟損失和避免安全事故發(fā)生，在處理裂縫之前，對裂縫必須進行充分檢測和研究，掌握好它的發(fā)展態(tài)勢和規(guī)律，對癥下藥、采取合理的加固方案進行處理。

1)對于沉降差不大的輕微裂縫，并且經(jīng)過連續(xù)若干年觀察，裂縫已不再發(fā)展，則認為它不影響結(jié)構(gòu)安全和使用，對于這類裂縫，可采用1∶2水泥砂漿灌漿填充修補的方法處理。2)對于問題較為嚴重的墻體裂縫，特別是影響安全和使用的，應(yīng)及時采取增強墻體強度的加固方法，具體可在墻體兩面貼設(shè)鋼筋網(wǎng)片，采用φ6.5@200雙向布置鋼筋，并用拉結(jié)筋固定鋼筋網(wǎng)片于墻體兩側(cè)，最后澆筑C20細石混凝土或抹水泥砂漿。3)對于在混凝土結(jié)構(gòu)中，如果裂縫寬度比較大時，裂縫修補時應(yīng)順著裂縫方向鑿成凹槽，用清水沖洗干凈后，最后用1∶2水泥砂漿抹平或灌入環(huán)氧樹脂膠;而對于通長的危險結(jié)構(gòu)裂縫，且裂縫寬度大于0.3 mm時，會影響到建筑結(jié)構(gòu)的耐久性，一般可采取縫內(nèi)灌入環(huán)氧樹脂膠，并運用結(jié)構(gòu)膠粘扁鋼或碳纖維布的方法進行加固補強。

5 結(jié)語

由地基不均勻沉降引起的建筑結(jié)構(gòu)的裂縫一直是建筑工程的通病，也是建筑工程的一大難題，直接影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用性。通過合理的建筑設(shè)計能有效的防止結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，并且在施工階段合理運用控制裂縫技術(shù)和規(guī)范的施工方案也至關(guān)重要，只有通過精心勘查工程實際的地質(zhì)條件，合理規(guī)范的建筑設(shè)計和嚴格按照規(guī)范施工的房屋建筑，才能有效的避免、控制建筑物結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

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