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.山東建筑大學工程鑒定加固研究院有限公司，山東 濟南 250014； 2.山東建筑大學，山東 濟南 250101；3.濟南市歷城區城鄉建設綜合服務中心(濟南市歷城區人防工程服務中心)，山東 濟南 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，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構商業用房，3層～6層為磚混結構住宅。其他位置地上兩層，均為鋼筋混凝土框架結構，其中22軸～24軸間1層為消防通道，2層為商業用房的一部分。基礎平面圖見圖1，1層、2層結構平面圖見圖2，3層～6層結構平面圖見圖3。

該工程竣工交付使用后約一年，發現一層22軸～24軸間(消防通道處)頂梁板出現裂縫。

2 現場裂縫情況及結構檢測

1)現場發現1層22～24-(A-1)～J軸(消防通道處)東西向頂梁西端(22軸端)梁側面、底面和西端梁柱(墻)節點處出現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軸頂梁嚴重，裂縫位置及裂縫寬度現場示意圖見圖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多處上偏西斜裂縫[1]，現場圖片見圖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高進行檢測[2]，檢測結果見表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高東高西低，且B～J-21～24軸間北側框架梁梁底標高差值較大。

表1 框架梁梁底標高檢測結果 m

3 框架梁板裂縫原因分析

1)經查詢建筑物原巖土工程勘察報告，該工程地基土層及土質分布情況見表2。

表2 地基土層及土質情況表

2)本工程采用天然地基，以②層粉土作為基礎持力層，淺基礎形式。西側地上6層，東側地上2層，豎向荷載差異較大，且條形基礎東西相連，未設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。又據現場人員介紹，梁板出現裂縫半年前，17～21軸-D～K軸間地下水管出現長時間滲漏現象。根據該工程地質勘察報告，建筑基礎底面以下的土層主要為粉土、黏土和粉質黏土，由于該建筑物基礎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)根據原設計資料，在現有荷載的情況下，對1軸～22軸與22軸～24軸間的沉降量進行復核驗算，驗算結果見圖11。由復核驗算結果可知，正常使用狀態下22軸與24軸間最大沉降差為16 mm。

4)根據原設計資料和現場檢測數據(梁底標高)，摘取J-21-24軸框架梁混凝土X方向應力、鋼筋應力以及框架梁損傷情況驗算[4]，框架梁損傷區域如圖12所示。

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

4 處理措施

由于地基不均勻沉降引起的框架梁板出現變形和裂縫，危及建筑物安全，應先對不均勻的地基基礎加固處理，待地基基礎沉降穩定后，再對出現裂縫的梁板做相應加固處理。

1)地基基礎加固處理措施。

傳統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軸間整個基礎進行加固處理，加固范圍較大，費用較高，此方法應排除。

反向思維，若只加固處理22軸～24軸間基礎，加固費用會大大節省。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，消除不均勻沉降現象，從而使整個建筑物東西向達到沉降平衡。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，根據觀測建筑物的沉降量及沉降速度再進行2次～3次取土。如通過反復取土不能達到回傾效果，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現場試驗確定[8]。

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

2)框架梁加固處理措施。

由于此處為消防通道，考慮梁底標高有高度要求，不可采用增大截面加固法對框架梁進行加固處理，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將原構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，角部打磨成直徑20 mm的圓弧狀，然后用丙酮擦拭干凈。角鋼根據現場實際尺寸下料，把角鋼與混凝土結合面用磨光機打磨至金屬光澤，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。焊接綴板與節點角鋼，焊接時應分段交錯施焊，綴板與角鋼應三面圍焊，焊縫應飽滿，不得有夾渣、漏焊等缺陷。型鋼構架焊接完成后，進行壓力注膠，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，加鋼絲網防裂)作防護層，或對鋼結構表面直接進行防腐防火處理。材料要求如下：采用Q355B鋼板、型鋼，鋼材的化學成分和力學性能應分別符合現行國家標準GB/T 1591低合金高強度結構鋼的相關要求；鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應大于0.85；鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率不應小于20%；鋼材應有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。加固用結構膠粘劑性能要求應符合GB 50728工程結構加固材料安全性鑒定技術規范和GB 50367混凝土結構加固設計規范中Ⅰ類A級膠的要求。

3)現澆板加固處理措施。

現澆板裂縫首先采用專用灌縫膠高壓封閉，然后上部增設負彎矩鋼筋進行加固處理，具體做法見圖14。

a.表面清理：用磨光機將裂縫兩邊各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；用空壓機將裂縫內部及周圍清理干凈；用脫脂棉蘸丙酮擦拭裂縫，再用空壓機吹干裂縫。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。在裂縫端部應布置灌漿嘴子，當裂縫有縱橫交錯時，在交叉處必須布設嘴子，上下貫通的裂縫應將灌漿嘴子布置在板底，在裂縫較寬處應布置灌漿嘴子。試氣壓力應先小后大，一般可控制在0.3 MPa～0.4 MPa，若發現封縫部位有沖破現象，應進行堵補，待硬化后再進行試氣。以注射器將灌縫膠通過固定在裂縫上的底座灌注入裂縫，當進漿嘴子鄰近的嘴子冒漿后，立即用塞子堵住，繼續灌漿，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，注射器內無灌縫膠時應立即換補)。若必要可進行二次灌注，以鞏固灌縫效果。灌漿壓力應不小于0.2 MPa。裂縫修補用的化學灌漿材料應為無毒或低毒材料，符合國家相應規程要求。在施工時，應對漿液進行試配，其可靠性和固化時間應滿足要求。

b.灌封處理后，在原混凝土板表面東西向剔槽，鉆孔槽內鑿毛增糙，清除槽內殘渣及浮灰，并用水沖洗干凈，剔槽時勿切斷原板頂鋼筋；布設鋼筋網，受力鋼筋與分布鋼筋點焊；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、對業主居住生活基本不受影響、費用相對較低、適用不同的土質條件的特點，既解決了地基基礎不均勻沉降，又大大提高了現澆梁板構件承載力。加固處理后，經一年多的使用及觀察，建筑物未再發生明顯的不均勻沉降、傾斜及構件的開裂現象，收到較好的處理效果。

5 結語

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