地基不均勻沉降引起框架梁板裂縫的分析與處理

薛善倫，趙慶生，劉清陽，陳 雷

(1.山東建筑大學(xué)工程鑒定加固研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014； 2.山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101；3.濟(jì)南市歷城區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)綜合服務(wù)中心(濟(jì)南市歷城區(qū)人防工程服務(wù)中心)，山東 濟(jì)南 250199)

1 工程概況

某沿街底框商住樓，采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，無地下室。1～22-A～K軸間地上6層，1層、2層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)商業(yè)用房，3層～6層為磚混結(jié)構(gòu)住宅。其他位置地上兩層，均為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中22軸～24軸間1層為消防通道，2層為商業(yè)用房的一部分?；A(chǔ)平面圖見圖1，1層、2層結(jié)構(gòu)平面圖見圖2，3層～6層結(jié)構(gòu)平面圖見圖3。

該工程竣工交付使用后約一年，發(fā)現(xiàn)一層22軸～24軸間(消防通道處)頂梁板出現(xiàn)裂縫。

2 現(xiàn)場裂縫情況及結(jié)構(gòu)檢測

1)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)1層22～24-(A-1)～J軸(消防通道處)東西向頂梁西端(22軸端)梁側(cè)面、底面和西端梁柱(墻)節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)上窄下寬豎向裂縫或斜裂縫，裂縫寬度為0.02 mm～1.40 mm之間，越靠近西端(22軸)梁支座裂縫寬度越大，且南北兩側(cè)面裂縫對稱布置。J-21～24軸、F-23～24軸、D-23～24軸、B-22～24軸頂梁開裂程度較(A-1/1)-22～24軸、(A-1)-22～24軸頂梁嚴(yán)重，裂縫位置及裂縫寬度現(xiàn)場示意圖見圖4～圖8；2層樓 面板東端支座處沿24軸多處南北向裂縫，現(xiàn)澆板裂縫上寬下窄，上部最大裂縫寬度約1.50 mm，見圖9；J-21～24軸間消防通道上部北墻面出現(xiàn)多處上偏西斜裂縫[1]，現(xiàn)場圖片見圖10。

2)采用SET230R無棱鏡電子全站儀對1層頂22～24-(A-1)～J軸間(消防通道)東西向框架梁底部標(biāo)高進(jìn)行檢測[2]，檢測結(jié)果見表1。

由表1可知，1層頂22～24-(A-1)～J軸間東西向框架梁底部標(biāo)高東高西低，且B～J-21～24軸間北側(cè)框架梁梁底標(biāo)高差值較大。

表1 框架梁梁底標(biāo)高檢測結(jié)果 m

3 框架梁板裂縫原因分析

1)經(jīng)查詢建筑物原巖土工程勘察報告，該工程地基土層及土質(zhì)分布情況見表2。

表2 地基土層及土質(zhì)情況表

2)本工程采用天然地基，以②層粉土作為基礎(chǔ)持力層，淺基礎(chǔ)形式。西側(cè)地上6層，東側(cè)地上2層，豎向荷載差異較大，且條形基礎(chǔ)東西相連，未設(shè)置沉降縫或施工后澆帶，1軸～22軸與22軸～24軸間沉降量差值較大。又據(jù)現(xiàn)場人員介紹，梁板出現(xiàn)裂縫半年前，17～21軸-D～K軸間地下水管出現(xiàn)長時間滲漏現(xiàn)象。根據(jù)該工程地質(zhì)勘察報告，建筑基礎(chǔ)底面以下的土層主要為粉土、黏土和粉質(zhì)黏土，由于該建筑物基礎(chǔ)持力層下的土體主要為粉土，地下水管滲漏，長期受水浸泡，使地基土質(zhì)軟化，損害削弱了支撐的土體和地基，從而又加劇了局部的不均勻沉降[3]。

3)根據(jù)原設(shè)計資料，在現(xiàn)有荷載的情況下，對1軸～22軸與22軸～24軸間的沉降量進(jìn)行復(fù)核驗算，驗算結(jié)果見圖11。由復(fù)核驗算結(jié)果可知，正常使用狀態(tài)下22軸與24軸間最大沉降差為16 mm。

4)根據(jù)原設(shè)計資料和現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)(梁底標(biāo)高)，摘取J-21-24軸框架梁混凝土X方向應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力以及框架梁損傷情況驗算[4]，框架梁損傷區(qū)域如圖12所示。

綜上所述，22軸東西兩側(cè)原設(shè)計存在沉降差，再由于局部地下管道漏滲水，從而使地基基礎(chǔ)出現(xiàn)局部較大不均勻沉降，故使建筑物發(fā)生扭曲變形，近端的框架梁柱支座處剪切破壞，產(chǎn)生荷載裂縫。遠(yuǎn)端的現(xiàn)澆板上部受拉力超過鋼筋混凝土受拉承載力，引起開裂現(xiàn)象。

4 處理措施

由于地基不均勻沉降引起的框架梁板出現(xiàn)變形和裂縫，危及建筑物安全，應(yīng)先對不均勻的地基基礎(chǔ)加固處理，待地基基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定后，再對出現(xiàn)裂縫的梁板做相應(yīng)加固處理。

1)地基基礎(chǔ)加固處理措施。

傳統(tǒng)方法一般是在沉降量較大部位，采用微型樁法或注漿法加固下沉地基。但如果對1軸～22軸間整個基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，加固范圍較大，費(fèi)用較高，此方法應(yīng)排除。

反向思維，若只加固處理22軸～24軸間基礎(chǔ)，加固費(fèi)用會大大節(jié)省。遂采用水平掏土迫降法[5]，增大24軸沉降量，使22軸～24軸間的沉降差減小，消除不均勻沉降現(xiàn)象，從而使整個建筑物東西向達(dá)到沉降平衡。具體方案如下：

由魯賓涅特方程[6]：

水平掏土取土施工完成后，根據(jù)觀測建筑物的沉降量及沉降速度再進(jìn)行2次～3次取土。如通過反復(fù)取土不能達(dá)到回傾效果，可通過高壓水槍在取土孔中射水取土，高壓射水泵的工作壓力及流量根據(jù)現(xiàn)場試驗確定[8]。

水平掏土取土過程中及時對建筑物進(jìn)行跟蹤觀測，東北側(cè)最大沉降控制在30 mm左右，東南側(cè)最大沉降控制在10 mm左右，傾斜率達(dá)到2‰時停止沉降。沉降施工完成后對水平掏土孔進(jìn)行注漿封閉。糾偏完成后要繼續(xù)對建筑物進(jìn)行觀測直至穩(wěn)定。待地基基礎(chǔ)穩(wěn)定后，再對上部出現(xiàn)裂縫的框架梁和現(xiàn)澆板進(jìn)行加固處理[9]。

2)框架梁加固處理措施。

由于此處為消防通道，考慮梁底標(biāo)高有高度要求，不可采用增大截面加固法對框架梁進(jìn)行加固處理，遂采用外包型鋼加固法對框架梁提高截面承載能力。具體做法如下并如圖13所示。

包角鋼部位用磨光機(jī)將原構(gòu)件表面裝飾層或浮漿打磨至密實新界面，不平整或有缺陷部位用聚合物砂漿修補(bǔ)，角部打磨成直徑20 mm的圓弧狀，然后用丙酮擦拭干凈。角鋼根據(jù)現(xiàn)場實際尺寸下料，把角鋼與混凝土結(jié)合面用磨光機(jī)打磨至金屬光澤，紋路與縱向垂直，并用丙酮擦拭。把角鋼安裝到梁角，并用專用夾具夾緊。焊接綴板與節(jié)點(diǎn)角鋼，焊接時應(yīng)分段交錯施焊，綴板與角鋼應(yīng)三面圍焊，焊縫應(yīng)飽滿，不得有夾渣、漏焊等缺陷。型鋼構(gòu)架焊接完成后，進(jìn)行壓力注膠，膠縫厚度3 mm～5 mm，并擰緊螺栓螺母。加固后，分層抹35 mm厚M10水泥砂漿(鋼板表面厚度不小于25 mm，加鋼絲網(wǎng)防裂)作防護(hù)層，或?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)表面直接進(jìn)行防腐防火處理。材料要求如下：采用Q355B鋼板、型鋼，鋼材的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)分別符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1591低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的相關(guān)要求；鋼材的屈服強(qiáng)度實測值與抗拉強(qiáng)度實測值的比值不應(yīng)大于0.85；鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20%；鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。加固用結(jié)構(gòu)膠粘劑性能要求應(yīng)符合GB 50728工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范和GB 50367混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范中Ⅰ類A級膠的要求。

3)現(xiàn)澆板加固處理措施。

現(xiàn)澆板裂縫首先采用專用灌縫膠高壓封閉，然后上部增設(shè)負(fù)彎矩鋼筋進(jìn)行加固處理，具體做法見圖14。

a.表面清理：用磨光機(jī)將裂縫兩邊各100 mm打磨平整，將表面粉塵等清理干凈，露出新鮮混凝土表面；用空壓機(jī)將裂縫內(nèi)部及周圍清理干凈；用脫脂棉蘸丙酮擦拭裂縫，再用空壓機(jī)吹干裂縫。視裂縫情況，以間距400 mm～800 mm安裝底座，用封縫膠將可能漏漿的蜂窩及裂縫全部封閉，等待硬化。在裂縫端部應(yīng)布置灌漿嘴子，當(dāng)裂縫有縱橫交錯時，在交叉處必須布設(shè)嘴子，上下貫通的裂縫應(yīng)將灌漿嘴子布置在板底，在裂縫較寬處應(yīng)布置灌漿嘴子。試氣壓力應(yīng)先小后大，一般可控制在0.3 MPa～0.4 MPa，若發(fā)現(xiàn)封縫部位有沖破現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行堵補(bǔ)，待硬化后再進(jìn)行試氣。以注射器將灌縫膠通過固定在裂縫上的底座灌注入裂縫，當(dāng)進(jìn)漿嘴子鄰近的嘴子冒漿后，立即用塞子堵住，繼續(xù)灌漿，待最后一個嘴子的冒漿堵上塞子后，需恒壓5 min～10 min再將注射器取下(注意不可有漏漿，注射器內(nèi)無灌縫膠時應(yīng)立即換補(bǔ))。若必要可進(jìn)行二次灌注，以鞏固灌縫效果。灌漿壓力應(yīng)不小于0.2 MPa。裂縫修補(bǔ)用的化學(xué)灌漿材料應(yīng)為無毒或低毒材料，符合國家相應(yīng)規(guī)程要求。在施工時，應(yīng)對漿液進(jìn)行試配，其可靠性和固化時間應(yīng)滿足要求。

b.灌封處理后，在原混凝土板表面東西向剔槽，鉆孔槽內(nèi)鑿毛增糙，清除槽內(nèi)殘渣及浮灰，并用水沖洗干凈，剔槽時勿切斷原板頂鋼筋；布設(shè)鋼筋網(wǎng)，受力鋼筋與分布鋼筋點(diǎn)焊；刷混凝土界面劑一度，然后用聚合物砂漿抹實。

4)本方案具有施工場地小、對業(yè)主居住生活基本不受影響、費(fèi)用相對較低、適用不同的土質(zhì)條件的特點(diǎn)，既解決了地基基礎(chǔ)不均勻沉降，又大大提高了現(xiàn)澆梁板構(gòu)件承載力。加固處理后，經(jīng)一年多的使用及觀察，建筑物未再發(fā)生明顯的不均勻沉降、傾斜及構(gòu)件的開裂現(xiàn)象，收到較好的處理效果。

5 結(jié)語

建筑物地基基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，對房屋結(jié)構(gòu)危害很大，輕則引起主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和開裂，重則引起房屋結(jié)構(gòu)整體或局部傾斜，甚至倒塌，直接威脅房屋的正常使用及人民生命財產(chǎn)的安全。因此，只有精心勘察、精心設(shè)計、精心施工，才能夠保證工程的安全進(jìn)行和安心居住。遇到問題，要深入分析事故發(fā)生的原因，反向思維，研究行之有效的處理方案，避免引起地基基礎(chǔ)不均勻沉降對房屋結(jié)構(gòu)造成的危害，具有重要的理論研究意義及工程應(yīng)用價值[10-11]。