建筑地基工程沉降縫的施工技術(shù)研究

侯江波

（北京城建華夏基礎(chǔ)建設(shè)工程有限公司，北京101111）

1 引言

在現(xiàn)代建筑工程中，設(shè)計(jì)與施工人員為了防止建筑物各部分在發(fā)生地基不均勻沉降問題時(shí)導(dǎo)致房屋建筑被破壞，會(huì)設(shè)置垂直沉降縫。具體的原理為：房屋建筑建設(shè)完成后，地下土層可能會(huì)發(fā)生變化。一旦房屋建筑相鄰部分的高度、荷載、結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)較大差別且地基不足以支撐這種改變時(shí)，出現(xiàn)不均勻沉降便是大概率事件，房屋建筑的某些薄弱部位會(huì)開裂，從而使房屋建筑變成“危房”。基于此，需要在復(fù)雜的平面或轉(zhuǎn)折處、高度變化處等位置設(shè)置沉降縫，以保證房屋建筑的安全性?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外對建筑地基工程沉降縫的研究已經(jīng)較為深入，本文對這些文章進(jìn)行梳理，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，圍繞沉降縫施工技術(shù)的多個(gè)操作步驟進(jìn)行重點(diǎn)討論。

2 建筑地基工程中沉降縫的重要性分析

2.1 房屋建筑常見裂縫及發(fā)生原因

房屋建筑建設(shè)完成后，影響其結(jié)構(gòu)安全性的主要原因之一便是地基不均勻沉降引起的墻體裂縫。常見的裂縫類型：（1）建筑斜裂縫。一般發(fā)生在建筑縱墻的兩端，大部分裂縫會(huì)沿著窗口的兩條對角線方向，向沉降幅度較大的方向傾斜并向上發(fā)展[1]。（2）窗間墻水平裂縫。主要在窗間墻的上下對角成對出現(xiàn)，沉降大的裂縫出現(xiàn)在下方，沉降小的裂縫出現(xiàn)在上方。（3）豎向裂縫。一般發(fā)生在建筑縱墻中央的頂部以及底層窗臺(tái)位置，上方裂縫寬度大、下方裂縫寬度窄。這些裂縫出現(xiàn)后，會(huì)對建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生破壞，對建筑安全性的危害極大。

對所有裂縫的發(fā)生原因進(jìn)行分析，得出的結(jié)論為：（1）如果建筑建設(shè)在軟土地基上，則出現(xiàn)地基不均勻沉降情況時(shí)，墻體會(huì)承受較大的剪切力。如果結(jié)構(gòu)剛度較差，加上建筑施工質(zhì)量和所應(yīng)用的材料強(qiáng)度無法承受這種剪切力時(shí)，墻體便會(huì)開裂。（2）建筑空間中墻體發(fā)生不均勻沉降發(fā)生時(shí)，會(huì)受到較強(qiáng)的剪力作用，導(dǎo)致上下部位出現(xiàn)水平裂縫。（3）建筑窗間墻在不均勻沉降發(fā)生后，同樣會(huì)承受荷載。此時(shí)，窗臺(tái)會(huì)起反作用，一旦集中在上部地區(qū)的荷載較大時(shí)，對應(yīng)的反作用力也會(huì)過大，最終使窗間墻變形嚴(yán)重而開裂。由此可見，建筑出現(xiàn)不同種類的裂縫均與地基不均勻沉降有關(guān)。

2.2 設(shè)置沉降縫的不可或缺性

為有效預(yù)防裂縫，需設(shè)置沉降縫。一般而言，針對層數(shù)差異較大、長度過長、平面形狀較為復(fù)雜的房屋建筑，都應(yīng)從地基基礎(chǔ)區(qū)域開始，有目的性地?cái)嚅_成若干個(gè)部分[2]。通過這種方法，使建筑結(jié)構(gòu)在沉降發(fā)生時(shí)能夠保持均勻性。通俗而言，現(xiàn)代建筑多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)整體理論上可在結(jié)構(gòu)內(nèi)部各區(qū)域、各物件互相之間保持相對靜止的情況下實(shí)現(xiàn)平移。如果出現(xiàn)不均勻沉降，意味著結(jié)構(gòu)內(nèi)部各物件的相對靜止關(guān)系被破壞，造成了相對移動(dòng)，那么結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性勢必被破壞。但如果有目的性地預(yù)設(shè)沉降縫，建筑發(fā)生沉降時(shí)依然能保持相對靜止關(guān)系，使結(jié)構(gòu)體整體位移，則建筑結(jié)構(gòu)依然會(huì)保持穩(wěn)定，出現(xiàn)墻體裂縫的概率會(huì)大幅度降低。

3 建筑地基工程中的沉降縫施工技術(shù)簡析

3.1 沉降縫設(shè)計(jì)階段的要素分析

在開展沉降縫施工之前，設(shè)計(jì)人員需要對建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、在長期受到荷載作用下產(chǎn)生的地基變形、對建筑上部結(jié)構(gòu)造成的影響程度等關(guān)鍵要素進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算。

1）針對軸心受壓基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)該滿足式（1）：

式中，Pk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合情況下，建筑基礎(chǔ)地面處承受的平均壓力，kPa；fa為經(jīng)過修正后的建筑地基承載力特征值，kPa。

2）針對建筑偏心受壓基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，使用式（2）：

式中，Pk，max、Pk,min分別為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合情況下，建筑基礎(chǔ)底面邊緣所承受的最大、最小壓力值，kPa。

總體而言，在進(jìn)行沉降縫施工之前，設(shè)計(jì)人員必須對建筑結(jié)構(gòu)長期承受的荷載、在遭受作用力下會(huì)產(chǎn)生的變形值等要素進(jìn)行系統(tǒng)性分析，最后編制出沉降縫的設(shè)計(jì)方案。

3.2 沉降縫施工技術(shù)的操作步驟

3.2.1 針對基層的處理

進(jìn)行沉降縫施工時(shí)，首先應(yīng)做好結(jié)構(gòu)基層的處理工作。針對不同性質(zhì)的地基及對應(yīng)建筑物的高度的差異，預(yù)留的縫寬如表1 所示。針對高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)置沉降縫時(shí)，應(yīng)由技術(shù)人員進(jìn)行更加深入、詳細(xì)的計(jì)算、分析，之后方可確定所預(yù)留的沉降縫的寬度。處理基層時(shí)，首先應(yīng)注意填充材料的問題。具體來說，很多沉降縫中的填充物如果處理不佳，則有可能使混凝土松動(dòng)。因此，需要對這些材質(zhì)進(jìn)行清理。施工順序應(yīng)當(dāng)按照從上到下的原則，即頂板→側(cè)墻→底板，需嚴(yán)格遵守基層處理標(biāo)準(zhǔn)。

表1 針對不同性質(zhì)地基的沉降縫寬度設(shè)置

除此之外，當(dāng)出現(xiàn)表2 中的情況時(shí)，需要進(jìn)一步提高沉降縫的施工精度。

表2 一些需要提高沉降縫施工精度的情況

在選擇沉降縫位置時(shí)，應(yīng)根據(jù)地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，科學(xué)決定。具體如圖2 所示。

圖2 沉降縫位置選擇

3.2.2 提高鉆孔設(shè)置的合理性

進(jìn)入鉆孔設(shè)置階段時(shí)，施工人員應(yīng)重點(diǎn)圍繞鉆孔的排布位置進(jìn)行反復(fù)確定。理想狀態(tài)下，鉆孔應(yīng)該布置在沉降縫的兩側(cè)，具體排布情況應(yīng)該十分均勻——相鄰兩個(gè)鉆孔之間的距離應(yīng)在500～800 mm，除了極特殊的情況之外，鉆孔間距不得超過這一規(guī)定范圍。現(xiàn)代沉降縫鉆孔施工一般會(huì)選擇在鉆孔中加入高壓化學(xué)灌漿管，在使用之前必須先檢查是否有異狀，如外觀變形，接頭是否壓緊。設(shè)置這種管時(shí)，應(yīng)確保雙頭彈簧（橡膠套）必須套進(jìn)接頭處，放置深度必須達(dá)到“能夠貫穿止水帶底部”的要求，進(jìn)而確保止水帶的功能達(dá)到要求。

3.2.3 在注漿作業(yè)過程中全程保持高壓狀態(tài)

注漿作業(yè)的主要目的是對沉降縫灌注材料，應(yīng)確保材料可以準(zhǔn)確無誤地達(dá)到止水帶的下方。具體要求是，在灌注作業(yè)過程中，應(yīng)全程確保灌注壓力，至少要保持在2 MPa 之上，且每一次連續(xù)高壓灌注的時(shí)間不得低于10 min?，F(xiàn)階段，使用的灌注主材料是TPT-2 水溶性聚氨酯，遇水后會(huì)二次膨脹，理論上能夠有效填充沉降縫。但為了確保沉降縫不發(fā)生滲漏情況，在基礎(chǔ)注漿作業(yè)施工完成后，還可以增設(shè)一個(gè)沉降縫堵漏施工環(huán)節(jié)。首先，可選擇合適位置，將整條縫開成5 cm×10 cm 的V 形槽。有鋼筋的要把鋼筋下的混凝土塊打掉一部分，方便埋管。其次，清理V 形槽，必須去除浮灰，松動(dòng)的混凝土塊，用水沖洗V 形槽后埋管。再次，使用注漿材料埋管封堵，之后抽出埋管，形成注漿通道，確保漿液能夠順利流入其中。最后，將材料注入其中，完成封堵。

3.2.4 后續(xù)處理作業(yè)

完成第一次注漿作業(yè)之后，施工人員應(yīng)依次進(jìn)行空腔預(yù)埋、橡膠嵌入、二次注漿、防水密封等作業(yè)。具體而言：

1）沉降縫預(yù)留之后，如何做好防水、防守漏工作便是一項(xiàng)重要工作。盡管按照上文所述方式，已經(jīng)向沉降縫內(nèi)部注入了封堵材料，甚至進(jìn)行了埋管封堵，但取得的效果可能并不明顯?；诖耍枰诘谝淮巫{作業(yè)完成后，另外灌注一層注漿材料，進(jìn)而形成“空腔”。這樣做的目的在于能夠使沉降縫的穩(wěn)固程度得到提升。

2）為了使灌注材料能夠緊密、充實(shí)地填滿沉降縫，可向其中加入具有遇水膨脹功能的橡膠，之后添加聚合物等灌注材料，可進(jìn)一步提高施工效果。

3）當(dāng)?shù)谝淮巫{材料的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期值的90%后，才能開展二次注漿作業(yè)。需要注意，兩次注漿作業(yè)所用的材料必須相同，灌注作業(yè)期間的注漿壓力、灌注時(shí)間選擇同樣應(yīng)該相同（第一次灌注時(shí)間如果是早上8 點(diǎn)，那么第二次同樣應(yīng)該是早上8 點(diǎn)）。進(jìn)行二次注漿作業(yè)的目的是建立第二防水層，這一防水層與之前已經(jīng)添加進(jìn)施工縫的橡膠會(huì)在彼此相互作用下，形成功能更加強(qiáng)大的止水帶，有助于進(jìn)一步豐富沉降縫的功能。事實(shí)上，完成該環(huán)節(jié)的作業(yè)后，當(dāng)建筑出現(xiàn)不均勻沉降時(shí)，沉降縫對建筑沉降能夠提供一種緩沖力，可有效降低建筑沉降過程中出現(xiàn)損壞問題的概率。

4）當(dāng)所有注漿工作完成后，需進(jìn)行表面密封處理作業(yè)——在混凝土表面覆蓋一層注漿材料，從而完成密封[3]。

4 結(jié)語

在建筑地基工程中設(shè)置沉降縫的意義在于防止建筑物受荷載作用或地基承載力不均勻的情況下發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而產(chǎn)生不規(guī)則裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物被破壞。預(yù)先設(shè)置好沉降縫之后，能夠使大概率會(huì)發(fā)生的建筑裂縫處于可控狀態(tài)?？傮w而言，設(shè)置沉降縫能夠提高建筑物的穩(wěn)定性，還可以在一定程度上起到防滲作用，全方位提高建筑的安全性。