某建筑物地下室柱開裂原因分析及處理措施

廖 健 丁洪濤

廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司 廣東 廣州 510440

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市土地資源緊張，在有限土地的情況下，合理利用地下空間已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)[1]。然而近年來(lái)，地下建筑物的抗浮開裂問(wèn)題卻越來(lái)越突出，地下室的抗浮問(wèn)題造成結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損的事故屢有發(fā)生。本文以某建筑物地下室柱開裂為例，綜合分析其開裂原因，介紹相關(guān)處理措施方法，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

某工程項(xiàng)目地上建筑13棟，包含7棟高層廠房、5棟多層廠房、1棟宿舍樓，為兩層地下室，地上建筑面積120944.34m2，地下建筑面積40260.08m2，結(jié)構(gòu)類型為框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型主要采用天然地基柱(墻)下獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)和旋挖(沖)孔灌注樁基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)開裂區(qū)域基礎(chǔ)類型為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。

據(jù)委托方介紹，該工程主體混凝土結(jié)構(gòu)已于2022年1月全部完成封頂，地下室后澆帶于2022年3月中旬全部封閉完成。由于2022年上半年雨水較大，在4月初開始，地下室局部出現(xiàn)二次結(jié)構(gòu)墻體開裂現(xiàn)象，之后根據(jù)各主體責(zé)任單位分析及專家評(píng)審建議，通過(guò)開設(shè)泄壓孔及頂板覆土等措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)[2]。委托單位為了確保結(jié)構(gòu)的安全性及找出結(jié)構(gòu)開裂原因，評(píng)估開裂對(duì)結(jié)構(gòu)的影響；委托相關(guān)單位對(duì)地下室柱開裂進(jìn)行鑒定，確定產(chǎn)生開裂的原因，評(píng)估其危害性和影響程度。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查

受相關(guān)單位委托，依據(jù)國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該建筑開裂區(qū)域附近的混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置情況進(jìn)行了檢測(cè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裂縫缺陷情況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。

2.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用回彈法對(duì)開裂區(qū)域的混凝土柱梁進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，強(qiáng)度推定値均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求。

2.2 構(gòu)件尺寸檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼卷尺對(duì)混凝土構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行了抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，抽檢的柱、梁板截面尺寸滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.3 鋼筋配置檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋探測(cè)儀對(duì)混凝土構(gòu)件的配筋情況進(jìn)行了抽檢，檢測(cè)結(jié)果表明，柱、梁板鋼筋配置與設(shè)計(jì)圖紙一致。

2.4 開裂情況詳細(xì)調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，開裂的柱主要集中在裙樓負(fù)一層（37～44×K～S）區(qū)域，平面布置圖詳見圖1，共發(fā)現(xiàn)6根裙樓柱上部存在開裂，裂縫方向?yàn)榻扑?，其?#柱最大裂縫寬度約1.3mm。地下室裙樓負(fù)一層開裂柱構(gòu)件為圖1中框選構(gòu)件，開裂區(qū)域的地面上的情況見圖2。

圖1 地下室裙樓負(fù)一層開裂位置平面布置圖

圖2 開裂區(qū)域的地面上情況

2.5 開裂原因初步分析

結(jié)合上述信息進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：①地下室開裂柱均在裙樓地下室內(nèi)，不在塔樓地下室，開裂柱均通過(guò)梁板與塔樓柱或側(cè)壁相連。②假設(shè)地下室上部覆土不及時(shí)，地下水的浮力會(huì)導(dǎo)致底板上浮，則地下室柱同時(shí)也會(huì)上浮，但塔樓和側(cè)壁由于重力和設(shè)置抗拔錨桿的原因，基本不會(huì)上浮，甚至可能會(huì)下沉，則與塔樓或側(cè)壁相連的裙樓柱就會(huì)陷入一個(gè)大偏心受壓的受力狀態(tài)，導(dǎo)致柱的一側(cè)受拉，一側(cè)受壓[3]；由于混凝土抗拉強(qiáng)度較低，就會(huì)導(dǎo)致受拉側(cè)開裂，出現(xiàn)柱頂或沿柱身的水平裂縫，柱的另一方向，混凝土受壓，根據(jù)壓力的大小不同，混凝土可能被壓壞，亦可能沒(méi)有破壞。

結(jié)合圖3～5分析可知，裙樓地下室1#柱由于基礎(chǔ)底板上浮的原因，也會(huì)隨著上浮，而與它相鄰且相連的2#柱為塔樓柱，由于自身重，不會(huì)出現(xiàn)上浮，則就會(huì)導(dǎo)致1#柱大偏心受壓，具體則是1#柱西南側(cè)（角）受拉，東北角受壓，圖4為受拉形成的裂縫形態(tài)，圖5為受壓形成的裂縫形態(tài)。由圖5可知，受壓區(qū)混凝土已經(jīng)被壓碎，柱子已經(jīng)達(dá)到破壞狀態(tài)，典型的大偏心受壓狀態(tài)。同理均可分析其余柱的裂縫形態(tài)和開裂原因。

圖3 局部平面布置圖

圖4 1#柱西南角裂縫形態(tài)圖

圖5 1#柱東北角裂縫形態(tài)圖

3 裂縫成因綜合分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例的簡(jiǎn)單情況的匯總，進(jìn)行裂縫成因綜合分析：由于建筑物地下室側(cè)壁承受周圍土體側(cè)向摩阻力，且受塔樓壓重效應(yīng)影響，地下室側(cè)壁及塔樓墻柱未發(fā)生開裂變形。由上述調(diào)查分析可知，上浮損傷現(xiàn)象主要出現(xiàn)在裙樓地下室部分，而塔樓部分未發(fā)現(xiàn)有上浮損傷跡象，分析原因如下：①該工程地上主體結(jié)構(gòu)已基本完成施工，故高層建筑、多層建筑能夠抵抗增大的地下水浮力；而裙樓純地下室區(qū)域覆土層尚未回填，無(wú)法依靠自身重量來(lái)抵抗因地下水位上漲而產(chǎn)生的浮力，同時(shí)原排水減壓未及時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故導(dǎo)致抗浮失效。②依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的裂縫形態(tài)及走向判斷，裙樓地下室部分抗水板承受面布的水浮力[4]，使裙樓地下室上浮，相應(yīng)產(chǎn)生剪力及附加彎矩，同時(shí)由于框架梁變形的牽拉作用，使梁、柱發(fā)生相對(duì)傾斜，導(dǎo)致柱頂節(jié)點(diǎn)處開裂和壓曲，混凝土被壓酥等現(xiàn)象。

4 鑒定結(jié)論及建議

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)地下室柱梁板的施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果可知，該建筑物施工質(zhì)量基本滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；另根據(jù)裂縫的綜合分析可知，1#柱及6#柱已經(jīng)受力破壞，且最大裂縫寬度超出《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[5]表5.2.5中不適于承載的裂縫寬度評(píng)定（0.5mm），均須委托具備相關(guān)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，以保證結(jié)構(gòu)正常使用。另應(yīng)采取妥善措施防止裙樓地下室再次上浮受到破壞。

5 處理措施方法介紹

根據(jù)鑒定結(jié)果分析結(jié)果可知，該工程地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷主要是由于抗浮失效引起。目前處理上浮事故可采用“抗”與“放”兩種方法處理?！翱埂薄黾雍奢d提高建筑結(jié)構(gòu)的抗浮能力；“放”——減小水壓力對(duì)地下室底板的影響。

結(jié)合本工程，該項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)開裂已經(jīng)通過(guò)開設(shè)泄壓孔進(jìn)行“泄壓”處理，據(jù)委托方介紹，當(dāng)時(shí)噴涌出來(lái)的水柱高達(dá)到3m多高；現(xiàn)場(chǎng)查勘照片（圖6）可以看到底板涌出的黃泥砂。泄壓后可在地下室四周布置降水井進(jìn)行降水處理。接著在排水降水的過(guò)程中，對(duì)裙樓地下室頂板進(jìn)行覆土，增加裙樓荷載重量抵抗浮力，覆土處理完成后，才停止排水降水。

圖6 地下室底板“泄壓”后照片

對(duì)于混凝土柱開裂的構(gòu)件常用的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法主要有：①加大截面加固法②外包鋼加固法③注漿加固法等[6]。

結(jié)合本工程，①對(duì)于柱裂縫寬度超出規(guī)范限值要求，且節(jié)點(diǎn)存在壓碎破壞的構(gòu)件，宜采用外包鋼加固法進(jìn)行處理，該加固方式是采用鋼板或型鋼包裹需加固構(gòu)件的外側(cè)，并利用混凝土和鋼的共同作用提高構(gòu)件承載能力及剛度。②對(duì)于輕微開裂的砼構(gòu)件建議采用注漿加固法進(jìn)行加固，該加固方式主要是通過(guò)壓力將粘接性優(yōu)良的材料加入至加固構(gòu)件中的縫隙里，使構(gòu)件的密實(shí)性和完整性得到增強(qiáng)，提高構(gòu)件強(qiáng)度。③對(duì)于填充墻體的開裂，一般裂縫寬度會(huì)比較大，主要采取充填法進(jìn)行處理，可沿裂縫方向進(jìn)行開鑿，用樹脂砂漿材料、水泥砂漿或?yàn)r青材料進(jìn)行填充抹平。

6 結(jié)語(yǔ)

該工程事故給勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理人員敲響了警鐘，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程一定要重視地下室抗浮措施，弄清設(shè)計(jì)圖紙中的要求，做好施工的事前交底工作、強(qiáng)化施工過(guò)程中的控制，避免類似事故再次發(fā)生。本文通過(guò)對(duì)該工程事故的原因分析，介紹相關(guān)的處理措施，對(duì)出現(xiàn)類似問(wèn)題時(shí)，進(jìn)行原因分析和處理事故有很好的借鑒作用。