某小區(qū)地下車庫結(jié)構(gòu)檢測及裂縫原因分析

季海峰 （山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001）

0 工程概況

某小區(qū)地下車庫共地下一層，局部地下二層，結(jié)構(gòu)形式為板柱剪力墻結(jié)構(gòu)，地庫基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)+柱墩。該地庫基礎(chǔ)、梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級均為C35，剪力墻、柱構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級為C40，地下一層頂板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C35P6。該地庫設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地震加速度值為0.20g。

該地下車庫始建于2017年5月，于2019年7月投入使用。2021年7月，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)該地下車庫部分軸段墻體存在明顯斜向裂縫，且地下二層多個(gè)混凝土柱構(gòu)件及其獨(dú)立基礎(chǔ)亦存在開裂現(xiàn)象，存在一定的安全隱患。該地庫地下一層平面布置示意圖如圖1所示。

圖1 地下一層結(jié)構(gòu)平面布置示意圖

1 現(xiàn)場檢測

1.1 地基處理情況檢測

現(xiàn)場在該地庫地下二層人工開挖3處探井，分別取樁間土樣和素土擠密樁的樁體土樣，對樁間的土濕陷性、樁體壓實(shí)性進(jìn)行測試。同時(shí)從開挖探井位置對該筏板下部地基脫空情況進(jìn)行了探查，發(fā)現(xiàn)該地庫地下二層西部范圍的筏板底部已經(jīng)脫空，最大脫空距離約255mm，現(xiàn)場脫空現(xiàn)象如圖2所示。

圖2 筏板下部脫空情況圖

結(jié)合現(xiàn)場及土工試驗(yàn)情況可知：

①該筏板基礎(chǔ)下部實(shí)際素土樁長度為 9.6m～10.0m，原設(shè)計(jì)地下二層筏板下部素土樁長度為10.7m，實(shí)際素土樁長度小于原設(shè)計(jì)要求的樁長。

②本工程原設(shè)計(jì)要求全部消除地基濕陷性，但從本次所取土樣試驗(yàn)結(jié)果可知，T1探井9.0m處、10.0m處、10.50m處土樣均存在濕陷性，T2探井12.0m處所取土樣均存在濕陷性，T3探井10.0m處所取土樣存在濕陷性?？梢?，本工程地基樁間土濕陷性尚未完全消除。

③本工程T1、T2、T3探井實(shí)測樁體壓實(shí)系數(shù)、樁間土平均擠密系數(shù)與原設(shè)計(jì)對比情況如下表所示，從結(jié)果可見該工程樁體壓實(shí)系數(shù)、樁間土平均擠密系數(shù)均存在不足。

檢測結(jié)果與原設(shè)計(jì)對比情況

1.2 剪力墻構(gòu)件裂縫檢測

從現(xiàn)場檢測結(jié)果看，該檢測范圍剪力墻構(gòu)件裂縫主要為斜向裂縫，主要形態(tài)呈北高南低向分布，裂縫最大寬度約10.0mm；個(gè)別墻體靠近裂縫的下角部混凝土已經(jīng)碎裂，表層混凝土已經(jīng)脫落，脫落面積約0.5m2。結(jié)合地下二層(1/2D-B)軸段墻體裂縫總體分布可知，該軸段墻體裂縫總體呈現(xiàn)正八字形分布，2D-4軸西側(cè)墻體斜向裂縫呈現(xiàn)東高西低狀分布，2D-4軸東側(cè)墻體斜向裂縫呈現(xiàn)西高東低狀分布。全部墻體構(gòu)件中，以地庫最西側(cè)及附近范圍墻體裂縫缺陷最為嚴(yán)重。該地庫剪力墻裂縫現(xiàn)狀如圖3所示。

圖3 剪力墻構(gòu)件裂縫現(xiàn)狀情況圖

1.3 柱構(gòu)件裂縫檢測

從現(xiàn)場檢測結(jié)果看，該檢測范圍地下二層柱構(gòu)件裂縫主要分布在各柱東、西、北三個(gè)方向立面的下段，裂縫大多延水平方向發(fā)展，以北立面為中心向其他兩側(cè)立面斜向輻射出現(xiàn)，裂縫最大寬度約2.5mm，部分柱構(gòu)件下角部混凝土局部碎裂。地下一層柱構(gòu)件裂縫主要分布在各柱東、西、南三個(gè)方向立面的上段，裂縫大多延水平方向發(fā)展，以南立面為中心向其他兩側(cè)立面斜向輻射出現(xiàn)，裂縫最大寬度約0.24mm，部分柱帽也存在水平走向的裂縫。該地庫柱構(gòu)件裂縫現(xiàn)狀如圖4所示。

圖4 柱構(gòu)件裂縫現(xiàn)狀情況圖

1.4 梁、板構(gòu)件裂縫檢測

從現(xiàn)場檢測結(jié)果看，該檢測范圍梁構(gòu)件裂縫主要分布在梁側(cè)兩端，多為斜向裂縫，整體呈“正八字”形分布，裂縫最大寬度約0.45mm。梁構(gòu)件典型裂縫分布如圖5所示。

圖5 梁構(gòu)件裂縫現(xiàn)狀情況圖

從現(xiàn)場檢測結(jié)果看，該地庫地下二層板構(gòu)件裂縫多為西南角向東北角延伸的斜向裂縫，裂縫最大寬度約0.50mm。該地庫地下一層檢測范圍的板構(gòu)件，除檢測范圍東、西兩側(cè)端部的板構(gòu)件存在明顯多條平行的斜向裂縫外，其余板構(gòu)件均為不規(guī)則的平直狀、不規(guī)則狀裂縫，地下一層部分板構(gòu)件裂縫已進(jìn)行過注漿處理。

1.5 高差變化趨勢檢測

1.5.1 地下二層板底高差變化趨勢測試

現(xiàn)場依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2016）[1]的相關(guān)規(guī)定，采用水準(zhǔn)儀，對該地下二層頂板板底高差進(jìn)行了測量，地下二層頂板板底高差折線圖如圖6所示（說明：圖中數(shù)據(jù)以7/(1/A)軸段西側(cè)處標(biāo)高為參考零點(diǎn)，水平軸測點(diǎn)方向由西向東，第一排～第六排測點(diǎn)方向由北向南）。

圖6 地下二層頂板板底相對高差折線圖

根據(jù)圖6結(jié)果可知，在東西方向，各排相對高差測試結(jié)果表明，由西向東，地下二層頂板相對標(biāo)高逐漸增大，其中第一排板底最大相對高差為203mm、第二排板底最大相對高差為144mm、第三排板底最大相對高差為128mm，最大高差由北向南逐漸降低。在南北方向，對比各排所測相對標(biāo)高分布情況，可見由第一排至第六排，板底相對標(biāo)高呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在3、(1/3)、4軸段處第一排與第六排相對高差分別為155mm、235mm、234.5mm，在10、(1/10)、(2/10)軸段處第一排與第六排相對高差分別為66mm、90mm、69mm。由此可見，該地庫地下二層頂板板底整體呈西低東高、北低南高狀分布，說明該地庫北側(cè)沉降大于南側(cè)、西側(cè)沉降大于東側(cè)。

1.5.2 地下一層板底高差變化趨勢測試

同理，對地下一層頂板板底高差進(jìn)行了測量，地下一層頂板板底高差折線圖如圖7所示（說明：圖中數(shù)據(jù)以8/(1/A)軸段西側(cè)處標(biāo)高為參考零點(diǎn)，水平軸測點(diǎn)方向由西向東，第一排～第六排測點(diǎn)方向由北向南）。

圖7 地下一層頂板板底相對高差折線圖

根據(jù)圖7結(jié)果可知，在東西方向，各排相對高差測試結(jié)果表明，由西向東，地下二層頂板相對標(biāo)高逐漸增大，其中第一排板底最大相對高差為184mm、第二排板底最大相對高差為155mm、第三排板底最大相對高差為132mm，最大高差由北向南逐漸降低。在南北方向，對比各排所測相對標(biāo)高分布情況，可見由第一排至第六排，板底相對標(biāo)高呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在3、(1/3)、4軸段處第一排與第六排相對高差分別為204mm、165mm、98.5mm，在 10、(1/10)、(2/10)軸段處第一排與第六排相對高差分別為49mm、42mm、16mm?？梢?，該地庫地下一層頂板板底整體呈西低東高、北低南高狀分布，說明該地庫北側(cè)沉降大于南側(cè)、西側(cè)沉降大于東側(cè)，地下一層與地下二層頂板板底變化趨勢基本一致。

2 裂縫原因分析

2.1 使用歷史情況

經(jīng)與相關(guān)單位了解，該地庫于2019年7月建成投入使用，2021年4月前后，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)該地庫地下一層(15-Q)-(2D-B)/(2D-3)軸段剪力墻存在開裂現(xiàn)象，裂縫程度相對較輕。此后，在2021年6月至七月中旬當(dāng)?shù)赜晁^為密集期間，該地庫檢測范圍內(nèi)的剪力墻裂縫持續(xù)發(fā)展，裂縫數(shù)量持續(xù)增加，裂縫寬度逐漸增大。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在該地庫剪力墻構(gòu)件裂縫發(fā)展較快期間的50天期間，有降水的天數(shù)共有14天，且在7月16日～7月20日期間存在連續(xù)降水。

2.2 地基不均勻沉降原因分析

從本次現(xiàn)場勘察結(jié)果可知，該地庫地下二層筏板下部存在大范圍脫空，其中以西端部位置筏板下部脫空現(xiàn)象最為嚴(yán)重。該地庫地下二層部分原設(shè)計(jì)采用素土擠密樁進(jìn)行地基處理，要求全部消除地基濕陷性，設(shè)計(jì)樁長10.7m，樁端持力層為第4層粉土層，樁體壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，樁間土的平均擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.93。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，該地庫實(shí)際樁長為 9.6m～10.0m，實(shí)際樁長明顯略小于設(shè)計(jì)樁長；該地庫樁體壓實(shí)系數(shù)平均值為0.88～0.92，樁間土擠密系數(shù)平均值為0.84～0.89，樁體壓實(shí)系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)均不滿足設(shè)計(jì)要求；從該地庫人工探井所取土樣可知，該地基樁間土濕陷性尚未完全消除。

從現(xiàn)場實(shí)際檢查可知，該地庫沉降最為明顯的區(qū)域?yàn)榈貛斓奈髂辖欠秶?，該局部墻體及地面均較為潮濕，這表明該區(qū)域存在外來水源侵入的可能。

結(jié)合該地庫設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場調(diào)查可知，該地庫(15-Q)-(2D-B)/(2D-3)軸段剪力墻與地庫A軸擋土墻間為填土，填土頂部標(biāo)高為小區(qū)室外地面（與地庫頂部覆土頂齊平），該部分填土地表土體裸露，土體未進(jìn)行硬化，同時(shí)地表排水不暢。在雨水較為集中時(shí)節(jié)，這極有可能導(dǎo)致該處及附近不及排出的雨水經(jīng)由地表不斷下滲，直至侵入(15-Q)-(2D-B)/(2D-3)軸段剪力墻附近地基，導(dǎo)致該區(qū)域未消除濕陷的土體產(chǎn)生濕陷，逐漸在該地庫西南角附近區(qū)域的筏板下部形成脫空區(qū)。且隨著時(shí)間的積累，該雨水滲透的范圍和深度也逐漸增加，筏板下部土體濕陷量也逐漸增大，導(dǎo)致筏板下部脫空間距及脫空區(qū)范圍也隨之?dāng)U展。

此外，從現(xiàn)場情況看，該地庫A軸擋土墻西側(cè)為道路，道路表面有混凝土硬化層，但道路排水組織尚未明確，在雨水集中期間，雨水也極有可能經(jīng)由此處地表下滲，直至侵入該處擋墻下部及附近地庫地基。從本次該擋墻外側(cè)探井勘察結(jié)果可知，該探井內(nèi)土體含水量為20.3%～24.0%，土體干濕狀態(tài)為“濕”，土體飽和度達(dá)到76.8%～93%，這也表明該處土體已經(jīng)受水侵入，且侵入深度至少達(dá)到本次勘察取土最低位置（地下8.0m處）。

該地庫于2019年7月投入使用，至2021年7月中旬，已有兩年時(shí)間。在此期間內(nèi)，每逢雨季來臨，尤其在雨水較為集中時(shí)，當(dāng)?shù)乇碛晁荒芗皶r(shí)排出，地表雨水就會(huì)經(jīng)由土層不斷下滲，直至侵入地庫地基土層，致使地基土體受水侵入，該地庫下部地基尚未消除濕陷的土體受水浸泡產(chǎn)生濕陷，進(jìn)而導(dǎo)致該地庫地基出現(xiàn)不均勻下沉現(xiàn)象。

2.3 混凝土構(gòu)件裂縫原因分析

2.3.1 基礎(chǔ)、剪力墻、柱、梁構(gòu)件裂縫原因分析

①該地庫地下二層獨(dú)立基礎(chǔ)側(cè)面豎向裂縫、基礎(chǔ)頂面裂縫的產(chǎn)生主要是由于該地庫地基不均勻沉降所致，從現(xiàn)場檢測情況看，該地庫部分獨(dú)立基礎(chǔ)底部已經(jīng)處于脫空狀態(tài)，這導(dǎo)致獨(dú)立基礎(chǔ)原有的傳力體系已經(jīng)發(fā)生明顯改變，上部結(jié)構(gòu)的荷載已無法經(jīng)由獨(dú)立基礎(chǔ)直接傳導(dǎo)至下部持力層，僅可向周邊已經(jīng)處于架空狀態(tài)的筏板傳遞，目前基礎(chǔ)的實(shí)際受力狀態(tài)已于原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)假定的受力狀態(tài)極不相符，這會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)原先結(jié)構(gòu)計(jì)算假定作用效應(yīng)較小部位實(shí)際卻承受較大的作用效應(yīng)，甚至基礎(chǔ)原先假定承受負(fù)彎矩的區(qū)域卻承受著相反的作用效應(yīng)，致使基礎(chǔ)現(xiàn)狀承載力存在不足，進(jìn)而產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。上述裂縫的存在對獨(dú)立基礎(chǔ)的承載力、耐久性等均存在不利影響，建議對存在裂縫的獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行有效加固處理。

至于獨(dú)立基礎(chǔ)與承臺梁交接處拉開，這主要是由于地庫獨(dú)立基礎(chǔ)與承臺梁均為獨(dú)立構(gòu)件，兩者并無鋼筋連接；另一方面，現(xiàn)該地庫地基已經(jīng)產(chǎn)生明顯不均勻沉降，這導(dǎo)致地庫基礎(chǔ)與主樓基礎(chǔ)沉降存在較大差異，進(jìn)而致使地庫獨(dú)立基礎(chǔ)與主梁承臺梁交接處拉開。

②從現(xiàn)場檢查可知，該地庫多數(shù)混凝土剪力墻構(gòu)件存在斜向裂縫，裂縫傾斜角度大致呈45°，裂縫向沉降較大的方向傾斜。在本次檢測范圍內(nèi)，以西南角區(qū)域附近的剪力墻開裂最為嚴(yán)重，裂縫最大寬度達(dá)到10.0mm，墻體局部混凝土已經(jīng)碎裂、脫落。

從現(xiàn)場檢測可知，該地庫地基存在明顯不均勻沉降，其中以地庫西南角區(qū)域范圍沉降程度最為嚴(yán)重。從探井揭露情況可知，西南角區(qū)域的筏板與基礎(chǔ)脫空間距達(dá)到255mm，并且從此脫空位置可見2D-3/2D-B處附近的剪力墻基礎(chǔ)下部已處于脫空狀態(tài)。剪力墻下部基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降后，會(huì)在沉降區(qū)域的剪力墻構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生約45°方向的斜向拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致剪力墻在垂直于主拉應(yīng)力方向產(chǎn)生斜向裂縫。

本次檢測中，地下二層(15-1)-(2D-3)/(15-Q)、地下二層(15-Q)-(2DB)/(2D-3)、地下一層(15-Q)-(2D-B)/(2D-3)軸段剪力墻構(gòu)件裂縫寬度較大，裂縫最大寬度達(dá)到10.0mm，同時(shí)墻體局部混凝土已經(jīng)碎裂、脫落。上述三個(gè)軸段剪力墻結(jié)構(gòu)缺陷已經(jīng)較為嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)已經(jīng)殘損，加固利用價(jià)值已經(jīng)不大，建議相關(guān)單位對上述三個(gè)軸段墻體進(jìn)行拆除重做。對于該檢測范圍內(nèi)其余存在裂縫的墻體構(gòu)件，建議進(jìn)行有效加固處理。

③從現(xiàn)場檢查可知，該地庫存在部分混凝土柱構(gòu)件傾斜超限，大量柱構(gòu)件存在多條水平向裂縫，裂縫最大寬度約2.5mm，部分柱構(gòu)件下角部混凝土被壓碎。該地庫柱構(gòu)件存在的上述裂縫等缺陷，主要系地庫地基不均勻沉降所致，地基不均勻下沉致使該地庫混凝土柱構(gòu)件產(chǎn)生較大的附加彎矩，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土柱構(gòu)件受彎承載力不足而出現(xiàn)開裂。

從現(xiàn)場檢查可知，該地庫地下二層多數(shù)混凝土梁構(gòu)件均已經(jīng)出現(xiàn)開裂，裂縫主要分布在梁側(cè)兩端范圍，且多為斜向裂縫，裂縫整體呈“正八字形”分布，裂縫最大寬度約0.45mm。該地庫地下二層梁構(gòu)件存在的上述裂縫，主要系地庫地基不均勻沉降所致，導(dǎo)致該地庫混凝土構(gòu)件應(yīng)力重新分配，在混凝土梁構(gòu)件端部產(chǎn)生附加彎剪應(yīng)力，致使混凝土梁構(gòu)件彎剪承載力不足，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土梁端范圍產(chǎn)生斜向開裂現(xiàn)象。

上述裂縫的存在對混凝土梁、柱構(gòu)件的承載能力及耐久性能均有不利影響，建議對存在裂縫的梁、柱構(gòu)件進(jìn)行有效加固處理。

2.3.2 板構(gòu)件裂縫原因分析

本次該地庫委托范圍內(nèi)的地下二層頂板、地下一層頂板均存在大量裂縫。該檢測范圍地下二層板構(gòu)件裂縫多為自西南角向東北角延伸的斜向裂縫，裂縫最大寬度約0.50mm。該檢測范圍地下一層板構(gòu)件，除檢測范圍東、西兩側(cè)端部的板構(gòu)件存在明顯多條平行的斜向裂縫外，其余板構(gòu)件均為不規(guī)則的平直狀、不規(guī)則狀裂縫。基于不同的裂縫形態(tài)分布特征，本次對裂縫的成因進(jìn)行如下分析。

第一類裂縫，包括地下二層板構(gòu)件斜向裂縫，裂縫多為自西南角向東北角延伸的斜向裂縫；地下一層?xùn)|、西兩側(cè)端部的板構(gòu)件存在的多條平行斜向裂縫；此類裂縫主要系地庫地基不均勻沉降所致，導(dǎo)致豎向墻柱構(gòu)件及梁構(gòu)件產(chǎn)生相應(yīng)的位移變形，致使在混凝土板構(gòu)件產(chǎn)生自與其相連接的梁邊、柱邊或墻邊延伸的斜向裂縫，該裂縫主要系樓板受彎拉作用承載力不足所致。第二類裂縫，主要包括地下一層板構(gòu)件存在的平直狀、不規(guī)則狀裂縫，此類裂縫主要系混凝土材料收縮作用所致。

建議對第一類裂縫進(jìn)行有效的加固處理，對第二類裂縫結(jié)合裂縫寬度，進(jìn)行表面封閉或注漿修復(fù)處理。

3 結(jié)論

①本工程地基不均勻沉降的主要原因在于經(jīng)素土擠密樁處理后的樁間土濕陷性尚未完全消除，地基尚未消除濕陷的土體受水侵入產(chǎn)生濕陷，進(jìn)而導(dǎo)致該地庫地基出現(xiàn)不均勻下沉現(xiàn)象。

②通過對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀檢查，對各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫分布、裂縫寬度等進(jìn)行記錄，為裂縫原因的分析及后期結(jié)構(gòu)的加固處理提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

③通過對該地庫地下二層、地下一層頂板板底的高差分布情況進(jìn)行測試，對該地庫沉降趨勢進(jìn)行判斷，輔助確定該地庫主要的沉降范圍。

④結(jié)合現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)及相關(guān)使用歷史情況的調(diào)查結(jié)果，對該地庫產(chǎn)生不均勻沉降的原因進(jìn)行了分析，同時(shí)具體對各類混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的原因及處理建議進(jìn)行了詳細(xì)闡述。