某框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)梁開裂分析與加固

李小芳，崔曉克

（1．中國建筑設(shè)計咨詢有限公司，北京 100120；2．北京固瑞恩科技有限公司，北京 100013）

1 項(xiàng)目情況

某項(xiàng)目為培訓(xùn)中心，位于8度區(qū)，抗震等級為二級，投入使用近30年。項(xiàng)目分2部分：游泳中心和籃球場，2部分之間設(shè)置沉降縫斷開。游泳館部分為地上1層，局部2層，框架結(jié)構(gòu)，屋頂采用輕鋼網(wǎng)架，局部采用現(xiàn)澆板；基礎(chǔ)形式為單樁承臺加防水板，沉管灌注樁。籃球場部分地下1層，地上1層局部2層，框架結(jié)構(gòu)，屋頂采用輕鋼網(wǎng)架，基礎(chǔ)形式為三樁及四樁承臺。房屋平面及剖面如圖1所示。

2 地質(zhì)條件

場地系圍海造田區(qū)，場地西側(cè)距離湖泊段200m，與湖水相通，場地土分布不均勻：淤泥質(zhì)土和粉土層相互夾雜，土層厚度不均勻。土層分布如表1所示。

圖1 項(xiàng)目平面及剖面

3 項(xiàng)目現(xiàn)狀

目前項(xiàng)目場地東南即籃球場局部干燥，其他區(qū)域已被地表水淹沒。項(xiàng)目周邊及主體結(jié)構(gòu)存在不同程度的沉降和裂縫。

1）房屋周邊地面有不同程度下沉開裂，室外臺階與房屋主體脫離，其中建筑南側(cè)地面開裂最為嚴(yán)重，如圖2所示。

2）游泳池部分框架柱基礎(chǔ)承臺及地梁均已斷裂，裂縫寬度4～20mm，部分地梁上有明顯的剪切性斜裂縫，剪壓區(qū)混凝土有壓碎的跡象，如圖3所示。

3）游泳池側(cè)壁開裂、滲水嚴(yán)重，游泳池西北部框架柱軸基礎(chǔ)有明顯淹積水情況，基礎(chǔ)排水不暢，原回填土均有較大程度下沉（見圖4）。

4）游泳池?軸一側(cè)室內(nèi)地面明顯下陷并向泳池一側(cè)傾斜，地面有通長裂縫，裂縫寬度1．2～20．0mm，裂縫兩側(cè)最大高差25mm。

5）網(wǎng)架兩端支座最大高差達(dá)43～51mm，不滿足GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》支座最大高差限值30mm的限值。

6）從建筑物沉降觀測結(jié)果中可看出，傾斜主要集中在游泳池西部和北部：北側(cè)[12]軸的沉降東西向傾斜，西側(cè)軸南北向傾斜嚴(yán)重。這2個部位的地面裂縫、基礎(chǔ)積水及基礎(chǔ)梁剪切裂縫最多。

通過現(xiàn)場可看出，游泳池的部分基礎(chǔ)梁已剪切破壞，游泳池壁滲水嚴(yán)重，游泳池上部樓板有不同程度的開裂，周圍地面開裂嚴(yán)重，上部梁柱及建筑外墻外觀基本正常。籃球館部分局部墻面有滲水、起殼、龜裂情況。游泳池部分結(jié)構(gòu)存在影響正常使用的安全隱患，嚴(yán)重影響房屋結(jié)構(gòu)的整體承載，必須立即采取處理措施；籃球館部分可正常安全使用。

表1 土層分布

圖2 室外地面開裂

圖3 基礎(chǔ)梁支座開裂

圖4 基礎(chǔ)淹積水、回填土下沉

4 情況分析

4.1 常見裂縫成因分類

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因復(fù)雜且多變，根據(jù)其產(chǎn)生的原因大致有：荷載引起的裂縫、溫度引起的裂縫、基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫和混凝土收縮引起的裂縫。

4.2 裂縫成因分析

綜合地質(zhì)以及現(xiàn)場情況，該項(xiàng)目已投入使用30年，建筑物使用功能并無改變，荷載沉降應(yīng)已基本完成，需要從基礎(chǔ)方面尋找原因。建筑地面開裂及基礎(chǔ)梁部分剪切破壞，應(yīng)為不均勻沉降引起。

1）由于該場地與湖泊水系相通，水系水位變化發(fā)生頻繁，且樁基周圍是淤泥質(zhì)土及泥質(zhì)碳土，長期排水不暢，引起基礎(chǔ)不均勻沉降。

2）基礎(chǔ)不均勻沉降引起附加應(yīng)力，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂。特別是游泳池池壁裂縫引起水的外滲，使基礎(chǔ)不均勻沉降加劇。這是游泳池開裂和地基沉降的互相影響。

3）游泳池部分采用單樁承臺，柱底彎矩由基礎(chǔ)拉梁平衡，基礎(chǔ)的不均勻沉降引起的附加彎矩促使基礎(chǔ)拉梁支座部分剪切破壞。

5 處理措施和加固方法

目前工程加固技術(shù)成熟，對地基部分的加固方法有錨樁加壓糾偏、錨桿靜壓樁、換填墊層、注漿法等。針對基礎(chǔ)加固方法有鋼筋混凝土加大基礎(chǔ)底面積、基礎(chǔ)加腋加固等。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，從安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)角度，提出以下加固措施和加固方法。

1）地基部分 因?yàn)楸卷?xiàng)目已經(jīng)使用多年且與水系相連，從環(huán)保角度出發(fā)，不宜采用注漿加固法。此次對建筑物外進(jìn)行局部降水，促使沉降均勻。在①軸～?-外側(cè)布置3口降水管井，管井深至游泳池基礎(chǔ)底板下500mm，進(jìn)行不間斷降水，使該部位產(chǎn)生沉降。待周圍土的含水量低于35%可停止降水。同時對游泳池進(jìn)行排水，減少池壁內(nèi)外水壓力差。

2）基礎(chǔ)梁的加固 本樓[12]軸、軸及?軸梁支座裂縫基本貫穿，對此類梁的支座進(jìn)行剔鑿，檢查鋼筋并無破壞，對該部位采用高強(qiáng)灌漿料處理。

工藝流程為：基層表面清除灰塵—打磨裂縫，保持裂縫干燥—在梁側(cè)面設(shè)置灌漿嘴—裂縫四周用封閉—灌漿、封口。對于出現(xiàn)剪切裂縫寬度小于0．2mm的基礎(chǔ)梁可進(jìn)行表面處理，用封閉膠封閉裂縫，密封檢查。

3）對于外墻及樓板上的裂縫進(jìn)行灌漿處理 用鋼絲刷或角磨機(jī)清除裂縫周圍露出混凝土基層表面。沿裂縫走向每隔300mm設(shè)置1個注漿底座，中心對準(zhǔn)裂縫用結(jié)構(gòu)膠貼安設(shè)底座，用環(huán)氧樹脂將裂縫封嚴(yán)，待環(huán)氧樹脂固化后開始灌注膠，慢慢加壓使裂縫內(nèi)膠水充分飽滿，膠水在常溫下養(yǎng)護(hù)72h固化，然后清除注膠底座。

通過對建筑物周圍布置沉降觀測點(diǎn)（見圖5），并經(jīng)過3個月的沉降觀測，沉降速率已趨于零，沉降變形已經(jīng)穩(wěn)定。

圖5 沉降變形觀測點(diǎn)布置

6 結(jié)語

建筑物的使用周期為50年，期間環(huán)境多變，工況復(fù)雜，設(shè)計應(yīng)從基本面著手，使結(jié)構(gòu)體系更加合理，同時對項(xiàng)目的重點(diǎn)部位進(jìn)行加強(qiáng)。

1）對于超過規(guī)范規(guī)定長度的建筑物，設(shè)置變形縫將建筑物分為較為簡單合理的結(jié)構(gòu)單元。該項(xiàng)目的籃球館無明顯裂縫，受影響不大，可正常使用。

2）本工程和水系相連，水位多變；地基為淤泥質(zhì)土，水不易排出；建筑物下部為游泳池；這些因素都使建筑物工況更為復(fù)雜。建筑物要進(jìn)行整體及局部抗浮驗(yàn)算以及沉降計算分析等。同時要對重要構(gòu)件，如游泳池的基礎(chǔ)、游泳池部分的外墻部分進(jìn)行詳細(xì)分析，對其適當(dāng)加強(qiáng)。

3）對于單樁承臺，柱底彎矩由該方向的基礎(chǔ)梁平衡；兩樁承臺，承臺只能抵抗1個方向的柱底彎矩，另一個方向柱底彎矩由此方向的基礎(chǔ)梁抵抗。因此基礎(chǔ)拉梁更應(yīng)加強(qiáng)。

4）地基與基礎(chǔ)處理方式多樣，根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇合理經(jīng)濟(jì)并環(huán)保的加固方案，而非盲目的加固和加強(qiáng)。

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