地基不均勻沉降引起的框架結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)與處理

張 錕 （安徽建工檢測(cè)科技集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

地基不均勻沉降是指地基在不同位置或不同深度處沉降程度不同，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生傾斜、裂縫等建筑損傷問(wèn)題，成為安全事故、輿論糾紛的誘發(fā)節(jié)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)不均勻沉降問(wèn)題原因的準(zhǔn)確判斷，建筑單位通常需要通過(guò)檢測(cè)鑒定的方式進(jìn)行確認(rèn)，避免因原因分析不到位導(dǎo)致不均勻沉降問(wèn)題無(wú)法得到有效解決。在檢測(cè)鑒定過(guò)程中，工作人員需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、力學(xué)、巖土工程、測(cè)量等多方面的專(zhuān)業(yè)技能和理論進(jìn)行檢測(cè)鑒定與分析[1]。

建筑地基不均勻沉降主要由以下四種原因引起：地基自身土質(zhì)的問(wèn)題，比如不同種類(lèi)的土質(zhì)（未經(jīng)處理的土）存在不同程度的空隙；建筑結(jié)構(gòu)自身的問(wèn)題，比如體型復(fù)雜、平面不規(guī)則的建筑導(dǎo)致的局部受力相差較大；勘察、設(shè)計(jì)、施工配合不到位的人為問(wèn)題，比如勘察單位未提供準(zhǔn)確的勘測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)單位未根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工單位未按設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)施工；外在因素，比如鄰近區(qū)域建筑開(kāi)挖基坑施工、地下水流失等。

本文對(duì)某一框架結(jié)構(gòu)住宅因地基不均勻沉降導(dǎo)致的填充墻體和混凝土裂縫展開(kāi)檢測(cè)鑒定與分析，最后對(duì)該建筑存在的問(wèn)題提出了合理且有效的維修處理措施。

1 工程概況

本工程為某地小康示范村建設(shè)項(xiàng)目的一棟建筑，系地上2 層框架結(jié)構(gòu)住宅。該工程抗震設(shè)防烈度8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，設(shè)計(jì)使用年限50 年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)。根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，該建筑由專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并施工，于2019 年8 月開(kāi)工、2021 年6 月竣工，目前已完成驗(yàn)收并投入使用。由于住戶(hù)墻體出現(xiàn)較多不同程度大小的裂縫，特此委托檢測(cè)單位對(duì)此進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定。

1.1 房屋概況

該戶(hù)房屋位于西側(cè)山坡，占地面積為12m×13m，房屋西側(cè)距毛石擋土墻約5m。住戶(hù)部分為兩層框架結(jié)構(gòu)，高度為6.3m，平面尺寸為12m×6m，縱向3跨，橫向?yàn)閱慰?。廚房部分為單層框架結(jié)構(gòu)，位于門(mén)前院子的西南角，平面尺寸為4.2m×3.6m，縱、橫向均為單跨。房屋具體布置情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 住宅平面布置圖

1.2 地基基礎(chǔ)概況

由于本工程建設(shè)場(chǎng)地位于坡地，其中西側(cè)場(chǎng)地采用回填土填平，外側(cè)擋土墻采用毛石砌筑，高度約為5m，屬于建設(shè)不利地段。

根據(jù)委托方提供的設(shè)計(jì)資料，本工程住宅、廚房基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，院子圍墻基礎(chǔ)為墻下條基，基底標(biāo)高均為-1.50m，標(biāo)準(zhǔn)凍土深度為0.80m，設(shè)計(jì)基底采用換填墊層進(jìn)行處理，換填后地基承載力特征值應(yīng)由靜載荷實(shí)驗(yàn)確定，且不小于160kPa。

2 墻體裂縫分布及特征

經(jīng)調(diào)查，該戶(hù)墻體裂縫開(kāi)展較嚴(yán)重，裂縫主要有兩種形態(tài)，第一種為沿填充墻與框架梁柱接縫處開(kāi)裂的水平或豎向直裂縫，該種裂縫較普遍，越靠近住宅西北角越嚴(yán)重，測(cè)得最大縫寬約為4.0mm；第二種為斜向裂縫，住宅西北角衛(wèi)生間墻體上開(kāi)展的最嚴(yán)重，測(cè)得最大縫寬約為8.0mm。另外，一層頂1-2/D 軸框架梁與1/D 軸框架柱連接處混凝土出現(xiàn)斜裂縫，典型裂縫見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 墻體水平、豎向裂縫

圖3 墻體斜裂縫

圖4 梁柱節(jié)點(diǎn)處混凝土裂縫

3 施工質(zhì)量抽檢

3.1 混凝土強(qiáng)度

抽取部分梁、柱構(gòu)件采用回彈法對(duì)單個(gè)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單個(gè)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果匯總表（單位：MPa）

抽檢單個(gè)構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求。

3.2 框架柱截面尺寸及鋼筋抽檢

抽取部分框架柱，使用儀器對(duì)其鋼筋配置及截面尺寸進(jìn)行抽檢，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 框架柱鋼筋配置及截面尺寸抽檢結(jié)果

抽檢柱主筋根數(shù)、截面尺寸及箍筋間距符合設(shè)計(jì)及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204-2015）[2]的要求。

3.3 框架梁鋼筋間距及截面尺寸檢測(cè)

采用鋼筋定位儀及鋼尺對(duì)抽取的框架梁箍筋間距及截面尺寸進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 框架梁鋼筋配置及截面尺寸檢測(cè)結(jié)果匯總表

抽檢框架梁截面尺寸及箍筋間距滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204-2015）[2]的要求。

3.4 框架柱垂直度

使用經(jīng)緯儀，對(duì)西北側(cè)框架角柱垂直度進(jìn)行檢測(cè)，該柱西側(cè)面測(cè)得一層柱頭處相對(duì)于一層柱根處向西偏6mm、二層柱頭相對(duì)于一層柱根處向西偏1mm，該檢測(cè)數(shù)據(jù)包括施工偏差，其垂直度滿(mǎn)足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204-2015）[2]的相關(guān)要求。

4 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）以及委托方提供的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行荷載取值。樓面附加恒載，臥室、客廳取值1.5kN/m2，廚房、走廊、樓梯取值2.0kN/m2，衛(wèi)生間取值6.0kN/m2；樓面活載，臥室、客廳、廚房、樓梯取值2.0kN/m2，走廊、衛(wèi)生間取值2.5kN/m2；屋面附加恒載取值3.5kN/m2；屋面活載上人取2.0kN/m2，不上人取0.5kN/m2；風(fēng)壓、雪壓均按50年一遇取值，分別為0.45kN/m2和0.40kN/m2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的材料強(qiáng)度、構(gòu)件截面尺寸以及委托單位提供的建筑、結(jié)構(gòu)圖紙，使用由中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的PKPM 2021版本軟件進(jìn)行建模驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，上部結(jié)構(gòu)承載力以及原設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)承載能力均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 裂縫原因及安全影響分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，被測(cè)房屋墻體裂縫分布較廣，裂縫越靠近西北角越嚴(yán)重，測(cè)得最大縫寬約為8mm，且西北角框架柱與框架梁連接處已出現(xiàn)裂縫。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量和驗(yàn)算結(jié)果，該房屋施工質(zhì)量符合驗(yàn)收規(guī)范要求、現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)承載力及構(gòu)造滿(mǎn)足規(guī)范要求。經(jīng)綜合分析，裂縫主要由于地基不均勻沉降引起。鑒于本建設(shè)場(chǎng)地為不利地段，結(jié)構(gòu)存在安全隱患，應(yīng)立即委托有資質(zhì)單位出具具體的維修處理方案。在得到有效處理前應(yīng)設(shè)置裂縫石膏觀(guān)測(cè)點(diǎn)，注意縫寬發(fā)展情況，如裂縫有較快的增長(zhǎng)，應(yīng)立即上報(bào)相關(guān)單位并采取相應(yīng)的處理措施（如停止使用）。

6 維修處理方案

針對(duì)地基不均勻沉降以及由地基不均勻沉降引起的裂縫，首先第一時(shí)間就要解決地基不均勻沉降的問(wèn)題，待地基處理完畢且穩(wěn)定后再考慮上部結(jié)構(gòu)存在的裂縫問(wèn)題。本文提出的處理方案的理念亦是如此，擬對(duì)其采取以下相應(yīng)的維修處理措施。

6.1 地基維修處理措施

地基不均勻沉降是建筑工程事故中經(jīng)常出現(xiàn)的一種，它會(huì)引起房屋傾斜和變形，嚴(yán)重的情況下會(huì)給建筑物帶來(lái)結(jié)構(gòu)安全隱患并導(dǎo)致居民的恐慌。因此，出現(xiàn)地基不均勻沉降應(yīng)立即采取相應(yīng)的有效措施。

地基不均勻沉降的處理方法有很多，主要有以下四種方式。①地基加固：通過(guò)加固地基來(lái)提高地基的承載能力，減少沉降。常用的方法包括壓密注漿加固、深層加固和地基加固板等，其中壓密注漿加固是最常用的方法之一，它的原理就是通過(guò)注入泥漿或砂漿填滿(mǎn)土體空隙，以此增強(qiáng)地基周邊土體承載能力，從而提高地基穩(wěn)固性。②建筑物加固：通過(guò)加固建筑物來(lái)減少傾斜、裂縫等問(wèn)題。常用的方法包括加固柱、墻、梁等。③調(diào)整地基：通過(guò)調(diào)整地基的高低差來(lái)達(dá)到平衡，減少傾斜。常用的方法包括填土、挖土等。④控制沉降：通過(guò)控制地基的沉降速度來(lái)減少傾斜、裂縫等問(wèn)題。常用的方法包括加固地基、加固建筑物、控制荷載等。實(shí)際的工程需要根據(jù)具體情況選擇合適的加固處理方法，同時(shí)要注意加固后的效果和安全性。

實(shí)際工程中，采用壓密注漿法加固地基已取得眾多成功案例，李林等[3]針對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)的公寓因地基不均勻沉降問(wèn)題采用壓密注漿法對(duì)地基土層高壓注漿，使水泥漿與土體膠凝成樁體來(lái)穩(wěn)固土體，最終取得了很好的效果；徐蘇杭等[4]采用壓密注漿法對(duì)某一工業(yè)廠(chǎng)房因地基不均勻沉降導(dǎo)致的地坪開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行加固處理，處理前后通過(guò)地基土的取樣對(duì)比發(fā)現(xiàn)，壓密注漿后土體強(qiáng)度提升明顯；李為國(guó)[5]通過(guò)兩個(gè)工程實(shí)際案例側(cè)面證明了壓密注漿法對(duì)處理地基不均勻沉降問(wèn)題的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

綜上，本工程結(jié)合以往成功案例和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取壓密注漿法對(duì)地基進(jìn)行處理。本工程考慮到西北角裂縫較多較大、沉降較厲害，因此采取由北向南注漿孔由密到疏、由外向內(nèi)注漿孔由密到疏的原則進(jìn)行布置。具體實(shí)施方案為最外圍止?jié){帷幕注漿孔間距0.5m，距離外墻軸線(xiàn)3.0m；內(nèi)部注漿孔間距1.0m，B 軸往南方向注漿孔間距1.5m，呈正三角形布置，注漿管需打入持力層以下0.5m。具體平面示意圖詳見(jiàn)圖5。

圖5 地基壓密注漿維修平面圖

壓密注漿施工時(shí)需注意，在地基注漿加固中，注漿壓力的控制是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，壓力不足時(shí)，漿體難以被注入土體中，加固效果不明顯；壓力過(guò)大時(shí)，土體承受壓力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致注漿孔周邊的土體隆起或既有結(jié)構(gòu)發(fā)生偏位或破壞。在加固黏性土?xí)r，注漿壓力宜控制在0.2～0.3MPa[6]。此外，在漿體初凝前宜采用原注漿壓力進(jìn)行二次注漿以保障灌漿的飽滿(mǎn)程度，避免漿液流失對(duì)加固效果造成不良影響。

由于需要設(shè)置數(shù)量眾多的注漿點(diǎn)，注漿點(diǎn)的深度以及間距關(guān)系到加固的效果。注漿孔的埋深需根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告中要求加固的土體深度進(jìn)行設(shè)置，注漿點(diǎn)之間的距離宜為1.0～2.0m。在注漿時(shí)，應(yīng)先在加固區(qū)域的外圍一圈進(jìn)行注漿，以形成一道帷幕，避免漿液外流造成污染和浪費(fèi)，中部區(qū)域注漿時(shí)應(yīng)采用跳孔間隔注漿的方式，以防止相鄰的點(diǎn)位串漿。

注漿過(guò)程中，應(yīng)密切注意地基基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)以及周邊擋土墻情況，如有異常，應(yīng)立即停止施工；注漿檢驗(yàn)應(yīng)在注漿完成28d 后進(jìn)行，檢驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于注漿孔數(shù)的2%～5%，檢驗(yàn)點(diǎn)合格率小于80%時(shí)，應(yīng)對(duì)不合格的檢驗(yàn)區(qū)重新注漿。在注漿施工過(guò)程中及完成后，應(yīng)對(duì)建筑物進(jìn)行沉降和裂縫監(jiān)測(cè)，直至穩(wěn)定后方可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)維修施工。

6.2 裂縫維修處理措施

本工程地基的不均勻沉降使得填充墻出現(xiàn)了斜向裂縫以及梁柱交接處的水平和豎向裂縫，也使得西北角梁柱節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)混凝土裂縫。填充墻裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力無(wú)影響，但對(duì)構(gòu)件的整體性和使用功能有一定的影響，應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行有效處理?；炷亮?、柱構(gòu)件現(xiàn)存裂縫對(duì)構(gòu)件的承載能力無(wú)影響，但裂縫的存在易使空氣中的水蒸氣及CO2等有害介質(zhì)侵入，造成裂縫內(nèi)部混凝土過(guò)早碳化、受力鋼筋產(chǎn)生銹蝕，從而降低結(jié)構(gòu)的耐久性，應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行有效處理[7]。

本工程建筑西北角因地基不均勻沉降引起的裂縫狀況尤為明顯，因此，一層至二層西北角區(qū)域的墻體著重處理（圖6和圖7中斜線(xiàn)填充區(qū)域）。首先將裂縫處粉刷層剝除，然后采用108 膠水泥漿壓力灌漿封閉裂縫，再采用內(nèi)置鋼板網(wǎng)進(jìn)行維修（圖8），最后待處理完畢后，粉刷層恢復(fù)原狀。其余圖中未示部位，若存在裂縫的墻體，采用壓力灌漿封閉裂縫即可。

圖6 一層墻體裂縫維修處理平面示意圖

圖7 二層墻體裂縫維修處理平面示意圖

圖8 框架柱、梁交接處墻體裂縫維修處理詳圖

針對(duì)西北角框架梁柱節(jié)點(diǎn)處的混凝土裂縫，對(duì)于縫寬小于0.2mm 的裂縫，采用表面封閉法處理，對(duì)于縫寬不小于0.2mm 的裂縫，采用環(huán)氧樹(shù)脂漿液灌注處理。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某框架結(jié)構(gòu)住宅因地基不均勻沉降引起的填充墻體和混凝土裂縫問(wèn)題，提出了相應(yīng)的維修處理方法。對(duì)地基不均勻沉降引起的裂縫處理不同于單純的非結(jié)構(gòu)裂縫處理方法，這首先要對(duì)地基進(jìn)行處理，待地基處理完畢且穩(wěn)定后才能處理上部結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題，以期對(duì)類(lèi)似工程檢測(cè)鑒定與維修處理有所啟發(fā)。