民用建筑地基差異性沉降裂縫的形成與控制

【摘 要】建筑物裂縫是一個帶有普遍性的技術(shù)問題，雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計是建立在強度的極限承載力基礎(chǔ)上，但大部分工程的使用卻是由裂縫控制的。結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌也是從裂縫擴展開始的，所以人們對裂縫往往產(chǎn)生一種破壞前的恐懼感。但是，建筑物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們已經(jīng)可以接受的材料特征，科學(xué)的要求應(yīng)該對其有害程度控制在允許范圍值內(nèi)。本文論述了民用建筑地基差異性沉降裂縫的形成與控制問題。

【關(guān)鍵詞】民用建筑地基；差異性；沉降；裂縫；形成

一、建筑物裂縫的基本原理

建筑物裂縫是一個帶有普遍性的技術(shù)問題，雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計是建立在強度的極限承載力基礎(chǔ)上，但大部分工程的使用卻是由裂縫控制的。結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌也是從裂縫擴展開始的，如強烈地震后建筑物上布滿了各種裂縫，有的地基座落在軟弱土上，地基沉陷后形成的各種各樣的裂縫等等。所以人們對裂縫往往產(chǎn)生一種破壞前的恐懼感。的確，從現(xiàn)在固體強度理論的發(fā)展可以看出，裂縫的擴展是結(jié)構(gòu)破壞的初始階段，相對某些裂縫，其承載力也可能受到一定威脅。同時建筑物裂縫可以引起滲漏，引起強度的降低。所以，習(xí)慣上甚至某些驗收規(guī)范上和某些工程都是不允許出現(xiàn)裂縫的。但是，近代科學(xué)對于混凝土強度的研究以及大量工程實踐所提供的經(jīng)驗都說明，建筑物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們已經(jīng)可以接受的材料特征，如對抗裂要求過嚴(yán)，必將付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價；科學(xué)的要求應(yīng)該對其有害程度控制在允許范圍值內(nèi)。這些關(guān)于裂縫的預(yù)測預(yù)防和處理工作，統(tǒng)稱為“建筑物的裂縫及處理”，這方面的科學(xué)研究工作具有重要的現(xiàn)實和技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。從國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范及一些重大工程的實際設(shè)計可看出，對待建筑結(jié)構(gòu)的裂縫問題，一般存在著兩種觀點：（1）設(shè)計規(guī)范定得很靈活，沒有驗算裂縫的明確規(guī)定，由設(shè)計人員自由處理，對伸縮縫的設(shè)置，沒有嚴(yán)格規(guī)定，有很多工程不留伸縮縫，基本上采取“裂了就堵，有防水要求的工程堵不住就排”的處理方法。對于有關(guān)的裂縫計算則只作參考而不作規(guī)定（包括由載荷引起的裂縫）。（2）設(shè)計規(guī)范有明確的規(guī)定，對于荷載裂縫有計算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對于變形引起的裂縫沒有計算規(guī)定，只要按規(guī)范隔一定距離留一條伸縮縫，就認(rèn)為問題不存在了，即留縫就不裂的設(shè)計原則。我國主要采取第二種設(shè)計原則。大量工程實踐證明，留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關(guān)。我們認(rèn)為：控制處理裂縫應(yīng)該防患于未然，盡量預(yù)防有害裂縫，防不住再堵，堵不住再排（有防排水的要求），但重點在防。實踐證明，只要設(shè)計與施工緊密配合，這是完全可以做到的。有許多工程，凡采用了控制措施的，都取得了良好的效果，現(xiàn)僅以民用建筑的裂縫的形成與控制進(jìn)行論述。

二、民用建筑物的裂縫

（1）民用建筑物的裂縫概況。民用建筑物包括的范圍很廣，如磚石與鋼筋混凝土的混合結(jié)構(gòu)，各種砌塊建筑，混凝土大板結(jié)構(gòu)，高層建筑等。其裂縫種類很多，如斜裂縫，豎向裂縫，水平裂縫等。現(xiàn)僅以地基沉降引起的墻體裂縫進(jìn)行研討，對本地具有實用性。（2）地基差異沉降引起的墻體剪力裂縫。差異沉降使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生附加內(nèi)力。一般說來，不均勻沉降的磚石房屋的墻體，在分析其變形及壓力時屬于平面應(yīng)力問題。地基上建筑物的墻體因受自重、附加荷重及地基反壓力的作用產(chǎn)生內(nèi)力和變形。如果已知基礎(chǔ)底邊的變形，反壓力分布，則墻體內(nèi)力是可解的。由于建筑物的形狀，大小和剛度不同，地基土質(zhì)性質(zhì)的差異，使地基具有不同的反壓力分布規(guī)律和變形曲線形狀。若建筑物的剛度愈小，則柔性愈大，地基反壓力的分布越接近于附加荷載的分布，此時不均勻沉降較大，而結(jié)構(gòu)內(nèi)力較小；若剛度愈大，則柔性愈小，地基反壓力的分布愈不同于附加荷載的分布，此時不均勻沉降較小，而結(jié)構(gòu)內(nèi)力較大。（3）地基差異沉降引起的整體彎曲裂縫。地基的不均勻沉降還可引起整體彎曲破壞，如果建筑物的整體性很強，砌筑質(zhì)量較好，且有若干圈梁，這種由樓板圈梁，砌體組成的整體式結(jié)構(gòu)在非均勻沉降作用下，可產(chǎn)生整體彎曲應(yīng)力破壞。對于整體彎曲破壞的結(jié)構(gòu)采用材料力學(xué)中梁的彎曲理論，則更能接近實際。一般最常見的是單側(cè)偏沉的情況，如同一懸梁的彎曲變形，其變形與外力的關(guān)系如下：

■=ξα——長度

M■=-■，m（x）=-■（3-ξ）

Qmax=-■，Q（x）=-■（2-ξ）

轉(zhuǎn)角α（x）=■（3-4ξ■+ξ■）

αmax=-■

撓度：△s（x）=■（11-15ξ+5ξ■-ξ■）

△smax=■

分布力q■=■

最大彎矩M■=■

最大的應(yīng)力位于建筑物的上邊緣：δ■=■=■·■，2h——建筑物墻高。

為了控制砌體開裂可采取配置鋼筋或增設(shè)鋼筋混凝土圈梁的措施。

（4）地基處理的“抗”與“放”問題。地基、基礎(chǔ)、建筑物構(gòu)成一個整體，共同工作。因內(nèi)力和變形狀態(tài)與土的性質(zhì)，建筑物與地基的鋼度，基礎(chǔ)與建筑物的尺寸形狀，材料的彈、塑性和徐變等有關(guān)，十分復(fù)雜，不能精確計算，不同設(shè)計方法差別也很大。一種設(shè)計原則是把結(jié)構(gòu)設(shè)計得剛度很小，但柔性卻相當(dāng)大，稱為以“放”為主。另一種設(shè)計原則是把結(jié)構(gòu)設(shè)計得剛度很大很長而不設(shè)置沉降縫。這樣，不均勻沉降很小，地基反壓力分布與荷載分布差別很大（在端部集中），沉降小而結(jié)構(gòu)內(nèi)壓力很大，必須使材料具有相當(dāng)高的強度，稱以“抗”為主。在混合結(jié)構(gòu)中提高整體性，磚石結(jié)構(gòu)中至少在頂部或中部設(shè)置幾道圈梁，但地梁設(shè)置卻相當(dāng)重要，這些對抵抗不均勻沉降非常有利。考慮到地基與基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)的共同作用，軟土地基填土地基等容易引起結(jié)構(gòu)的傾斜和開裂，在地基處理中依舊是樁基最可靠，但代價較高；其次是土體加固，但必須根據(jù)工程特點，只在一定條件下適用。作為與地基處理相適應(yīng)的基礎(chǔ)形式，箱形基礎(chǔ)的空間剛度大，有較高的“抗”不均勻沉降能力，比板式基礎(chǔ)抗撓度和剛度高很多，有條件時應(yīng)盡量加以利用。特別在軟土條件下，一些重要建筑，上部整體框架與箱基共同工作，可減少不均勻沉降引起開裂的危害。

對于東烏旗東部幾個蘇木的地基特點，屬于凍融循環(huán)系數(shù)較大的軟土地基，地基土層下沒有中粗砂層，全都是面土砂。特別適用換土層填砂和簡易型的鋼管樁基。換土填砂造價高，采用鋼管樁基比較經(jīng)濟(jì)適用。但也可采用設(shè)置地梁和上圈梁，砌體轉(zhuǎn)角處均設(shè)置拉結(jié)筋也是可行的，但砌體采用水泥砂漿比較好，可增加整體剛度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周景星等.基礎(chǔ)工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996

[2]柴麗萍.住宅樓裂縫原因分析及加固處理[J].山西建筑.2004（23）