獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板裂縫成因分析

趙占山，付素娟，崔少華

（1.河北省建筑科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.河北建研科技有限公司，石家莊 050021）

0 引言

獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)是近年來伴隨基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工發(fā)展而形成的一種新的基礎(chǔ)形式，這種形式可有效地控制主樓與裙房或地下車庫基礎(chǔ)之間的差異沉降，由于其傳力相對(duì)簡單、明確及費(fèi)用較低，在工程中應(yīng)用越來越普遍。

由于現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)該基礎(chǔ)形式?jīng)]有詳細(xì)的規(guī)定，部分工程設(shè)計(jì)人員還未充分理解其設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求，造成了一些工程事故。

1 工程概況

某商住樓為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓與裙房相連，其中主樓為地下2層、地上24層剪力墻，裙樓商場部分為地下2層、地上4層框架結(jié)構(gòu)，主樓采用墻下單排樁基礎(chǔ)，裙房采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)形式，獨(dú)立基礎(chǔ)之間設(shè)置基礎(chǔ)連梁，地下室平面示意圖見圖1。

圖1 地下室平面示意圖

防水板設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P6，板厚為250mm，配筋為雙層雙向C12＠200，抗浮設(shè)計(jì)水位為302.37 m。設(shè)計(jì)地下室防水板下部的防水構(gòu)造做法如下：100 mm 厚混凝土墊層＋刷基層處理劑＋SBC卷材防水層＋50 mm 厚細(xì)石混凝土保護(hù)層＋防水板；防水板與獨(dú)立基礎(chǔ)第一臺(tái)階頂之間的空隙澆筑為混凝土，獨(dú)立基礎(chǔ)、基礎(chǔ)連梁和防水板整體澆筑，防水板下為素土夯實(shí)，基底位于圓礫層，基礎(chǔ)及防水板做法見圖2。

圖2 基礎(chǔ)及防水板做法

施工過程中發(fā)現(xiàn)裙樓部分的地下室防水板存在不同程度環(huán)柱裂縫及滲水現(xiàn)象（圖3）?，F(xiàn)場檢測時(shí)間為2011年4月，當(dāng)時(shí)主體部分建至17層，群樓部分于2010年6月封頂。

圖3 典型環(huán)柱裂縫及返潮

2 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)檢測

2.1 主體結(jié)構(gòu)損傷及缺陷普查

現(xiàn)場對(duì)裙樓部分地下室防水底板結(jié)構(gòu)損傷及缺陷進(jìn)行了普查，發(fā)現(xiàn)防水板及基礎(chǔ)連梁存在不同程度的裂縫，裂縫周圍存在滲水、返潮現(xiàn)象，具體損傷如下：部分柱基周圍防水板存在長、寬約4 m 左右的環(huán)，柱基裂縫兩側(cè)存在滲水、返潮現(xiàn)象。D、E 軸柱周圍較為普遍，鉆芯取樣抽測D×8柱，取樣長度200mm 范圍內(nèi)存在上下貫通的豎向裂縫，裂縫開裂形式為上寬下窄，最大裂縫寬度約為0.3mm。

防水板5～6×C～F 軸之間，中部區(qū)域存在沿?cái)?shù)字軸方向的通長裂縫，最大裂縫寬度約為0.2 mm，裂縫兩側(cè)存在返潮現(xiàn)象；其他個(gè)別防水板中部局部存在沿?cái)?shù)字軸方向的裂縫。

C軸及部分F軸基礎(chǔ)連梁存在不同程度的自上而下的豎向裂縫，裂縫開裂形式為上寬下窄，最大裂縫寬度約為0.2mm。

2.2 節(jié)點(diǎn)連接做法

施工時(shí)獨(dú)立柱基礎(chǔ)、防水板、連梁及框架柱鋼筋均統(tǒng)一綁扎，整體澆注連接；防水板在5、6軸之間設(shè)置了施工縫，施工縫處設(shè)置了止水帶。

2.3 防水板混凝土強(qiáng)度

現(xiàn)場隨機(jī)對(duì)防水底板混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測，檢測批混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為37.8MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 構(gòu)件鋼筋配置情況

根據(jù)現(xiàn)場條件，在群樓地下二層部分隨機(jī)對(duì)防水板的鋼筋保護(hù)層厚度和鋼筋間距進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 防水板抗?jié)B等級(jí)

對(duì)地下二層部分防水板抗?jié)B性能進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，由0.1 MPa開始，每8小時(shí)增加0.1 MPa，最大水壓0.8MPa，檢測結(jié)果表明，混凝土抗?jié)B等級(jí)符合設(shè)計(jì)要求。

2.6 防水板標(biāo)高

現(xiàn)場對(duì)防水板的絕對(duì)標(biāo)高進(jìn)行了實(shí)測實(shí)量。測點(diǎn)位于地下二層四大角及滲水、防潮嚴(yán)重防水板的四角及板跨中位置。所測防水板頂絕對(duì)標(biāo)高平均值為－8.447m（含板面浮漿），設(shè)計(jì)值為－8.450 m；所測降標(biāo)高防水板絕對(duì)標(biāo)高平均值為－9.176 m，設(shè)計(jì)值為－9.650m。

3 受力分析

獨(dú)基加防水板中，防水板通常只用來抵抗水浮力，不考慮防水板的地基承載能力。獨(dú)立基礎(chǔ)承擔(dān)全部結(jié)構(gòu)荷重并考慮水浮力的影響。

作用在防水板上的荷載有地下水浮力qw、防水板自重qs及其上建筑做法重量qa（地下水浮力qw可按抗浮設(shè)計(jì)水位確定）。

在建筑物使用過程中由于地下水位變化，作用在防水板底面的地下水浮力也在不斷改變，根據(jù)防水板所承擔(dān)的水浮力的大小，可將獨(dú)立柱基加防水板基礎(chǔ)分為以下2種不同情況（圖4）：

圖4 獨(dú)立基礎(chǔ)防水板受力特點(diǎn)圖

（1）當(dāng)qw≤qs＋qa時(shí)（均為荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計(jì)值），建筑物的重量（包括防水板）將全部由獨(dú)立基礎(chǔ)傳給地基。此時(shí)，防水板及其上部重量直接傳給地基土，獨(dú)立基礎(chǔ)對(duì)其不起支撐作用，獨(dú)基下基底反力q1不變。

（2）當(dāng)qw＞qs＋qa時(shí)，防水板對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)底面的地基反力起一定的分擔(dān)作用，使獨(dú)立基礎(chǔ)底面的部分地基反力轉(zhuǎn)移至防水板，并以水浮力的形式直接作用在防水板底面，這種地基反力的轉(zhuǎn)移對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)的底部彎矩及剪力有加大的作用，并且隨水浮力的加大而增加，此時(shí)，基底反力q2隨水浮力qw的增大而減小。

該工程基底位于圓礫層，防水板下土層進(jìn)行夯實(shí)，但防水板下未設(shè)置軟墊層，防水板不能自由變形，因此，獨(dú)立基礎(chǔ)、基礎(chǔ)連梁和防水板成為協(xié)同工作的整體，共同承受地基反力。獨(dú)立柱基之間有基礎(chǔ)連梁，因此防水板按四邊固結(jié)雙向板計(jì)算受彎承載力，此時(shí)基礎(chǔ)連梁承擔(dān)防水板傳來的荷載，對(duì)其進(jìn)行受彎及受剪承載力計(jì)算。

4 承載力驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，對(duì)防水板、基礎(chǔ)連梁在水浮力控制的內(nèi)力組合時(shí)（此時(shí)為最不利組合）進(jìn)行了承載力驗(yàn)算，計(jì)算參數(shù)如下：

（1）基本參數(shù)：

本工程±0.000絕對(duì)標(biāo)高為：309.75m。

抗浮設(shè)計(jì)水位：302.37m。

防水板厚度：250mm。

（2）荷載取值：

據(jù)實(shí)測結(jié)果2～9×C～F 防水板頂標(biāo)高為－8.447m

水浮力標(biāo)準(zhǔn)值qw＝10×1.317＝13.17kN／m2

據(jù)實(shí)測結(jié)果2～9×B～C 防水板頂標(biāo)高為－9.176m

水浮力標(biāo)準(zhǔn)值：qw＝10×2.046＝20.46kN／m2

防水板自重標(biāo)準(zhǔn)值：qs＝25×0.25＝6.25kN／m2

由于檢測時(shí)該工程為施工階段，因此不考慮防水板上建筑做法重量及活荷載。

（3）材料取值：混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35

（4）板的受彎承載力計(jì)算

板頂標(biāo)高為－8.447 m 防水板，計(jì)算所需板支座鋼筋為785 mm2，原設(shè)計(jì)為C12＠200（As＝565 mm2），位于邊跨時(shí)所需支座鋼筋為892mm2；板頂標(biāo)高為－9.176m 防水板，計(jì)算所需板支座鋼筋為1 501mm2，原設(shè)計(jì)為C12＠200（As＝565mm2），位于邊跨時(shí)所需支座鋼筋為1 719 mm2；防水板配筋不滿足水浮力控制作用下的承載力要求。

（5）由于連梁截面為300mm×400mm，配筋為3C14，均為構(gòu)造配筋，柱間距為8.4m，設(shè)計(jì)截面及配筋不滿足水浮力控制作用下的承載力要求。因此，不考慮基礎(chǔ)連梁的承載力，驗(yàn)算防水板在獨(dú)立柱基位置的沖切承載力，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010中板的受沖切承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：

根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明：標(biāo)高為－8.447m防水板與獨(dú)立基礎(chǔ)交接處的沖切荷載為996.5kN，抗力為608.7kN，標(biāo)高為－9.176 m 防水板與獨(dú)立基礎(chǔ)交接處的沖切荷載為1 199.5kN，抗力為610.8kN，防水板設(shè)計(jì)厚度不滿足抗沖切承載力要求.

5 鑒定分析

由于防水板與獨(dú)立基礎(chǔ)第一臺(tái)階頂之間的空隙澆筑為混凝土，獨(dú)立基礎(chǔ)、基礎(chǔ)連梁和防水板整體澆筑，這樣防水板與柱基在4.0m×4.0m 部位連接處，為防水板沖切最不利部位，防水板在地下水浮力和地基反力的共同作用下抗沖切承載力不足，造成環(huán)柱裂縫。

C軸及F軸連梁在水浮力作用下設(shè)計(jì)承載力不足造成其豎向裂縫。防水板抗?jié)B混凝土的施工縫處應(yīng)采用止水帶、遇水膨脹橡膠膩?zhàn)?、止水條等高分子防水材料和接縫密封材料，水平施工縫澆筑混凝土前，應(yīng)將其表面浮漿和雜物清除，并應(yīng)確保止水帶位置準(zhǔn)確、固定牢靠。

5～6×C～F區(qū)域中部的施工縫周圍存在滲水、返潮現(xiàn)象，主要是由于施工過程中施工縫表面處理不完善，施工縫兩側(cè)混凝土結(jié)合不良造成的。

其它防水板局部沿?cái)?shù)字軸方向裂縫是由于硬化過程中混凝土接茬面處材料收縮造成的。

6 結(jié)語

根據(jù)上述裂縫成因分析，建議工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板這一基礎(chǔ)形式時(shí)，應(yīng)在防水板下設(shè)軟墊層，并采取有效的結(jié)構(gòu)措施控制軟墊層強(qiáng)度和變形，保證防水板的受力狀況和設(shè)計(jì)相符。

軟墊層應(yīng)具有一定的承載能力和變形能力，保證防水板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前不致產(chǎn)生過大的壓縮變形，確保防水板不承擔(dān)或承擔(dān)最少量的地基反力。常用的軟墊層材料有焦渣和聚苯板，其中聚苯板價(jià)格低廉、施工方便，工程應(yīng)用比較廣泛，收到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，同時(shí)具有一定的承載能力和變形能力。

［1］ GB 50007－2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］ GB 50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.