某建筑物地下室柱開裂原因分析及處理措施

廖 健 丁洪濤

廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司 廣東 廣州 510440

隨著我國經濟的快速發展，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成為一種發展趨勢[1]。然而近年來，地下建筑物的抗浮開裂問題卻越來越突出，地下室的抗浮問題造成結構嚴重受損的事故屢有發生。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，結構類型為框架、框架-剪力墻結構，基礎類型主要采用天然地基柱(墻)下獨立基礎、筏板基礎和旋挖(沖)孔灌注樁基礎，現場開裂區域基礎類型為柱下獨立基礎，結構為框架結構。

據委托方介紹，該工程主體混凝土結構已于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，地下室局部出現二次結構墻體開裂現象，之后根據各主體責任單位分析及專家評審建議，通過開設泄壓孔及頂板覆土等措施進行應對[2]。委托單位為了確保結構的安全性及找出結構開裂原因，評估開裂對結構的影響；委托相關單位對地下室柱開裂進行鑒定，確定產生開裂的原因，評估其危害性和影響程度。

2 現場情況調查

受相關單位委托，依據國家規范和標準，對該建筑開裂區域附近的混凝土強度、鋼筋配置情況進行了檢測，對現場裂縫缺陷情況進行了詳細調查。

2.1 混凝土強度檢測

現場采用回彈法對開裂區域的混凝土柱梁進行混凝土強度檢測，檢測結果表明，強度推定値均滿足設計強度等級要求。

2.2 構件尺寸檢測

現場采用鋼卷尺對混凝土構件的截面尺寸進行了抽樣檢測，檢測結果表明，抽檢的柱、梁板截面尺寸滿足設計及規范要求。

2.3 鋼筋配置檢測

現場采用鋼筋探測儀對混凝土構件的配筋情況進行了抽檢，檢測結果表明，柱、梁板鋼筋配置與設計圖紙一致。

2.4 開裂情況詳細調查

根據現場詳細調查發現，開裂的柱主要集中在裙樓負一層（37～44×K～S）區域，平面布置圖詳見圖1，共發現6根裙樓柱上部存在開裂，裂縫方向為近似水平，其中1#柱最大裂縫寬度約1.3mm。地下室裙樓負一層開裂柱構件為圖1中框選構件，開裂區域的地面上的情況見圖2。

圖1 地下室裙樓負一層開裂位置平面布置圖

圖2 開裂區域的地面上情況

2.5 開裂原因初步分析

結合上述信息進行簡單分析：①地下室開裂柱均在裙樓地下室內，不在塔樓地下室，開裂柱均通過梁板與塔樓柱或側壁相連。②假設地下室上部覆土不及時，地下水的浮力會導致底板上浮，則地下室柱同時也會上浮，但塔樓和側壁由于重力和設置抗拔錨桿的原因，基本不會上浮，甚至可能會下沉，則與塔樓或側壁相連的裙樓柱就會陷入一個大偏心受壓的受力狀態，導致柱的一側受拉，一側受壓[3]；由于混凝土抗拉強度較低，就會導致受拉側開裂，出現柱頂或沿柱身的水平裂縫，柱的另一方向，混凝土受壓，根據壓力的大小不同，混凝土可能被壓壞，亦可能沒有破壞。

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

圖3 局部平面布置圖

圖4 1#柱西南角裂縫形態圖

圖5 1#柱東北角裂縫形態圖

3 裂縫成因綜合分析

根據現場實例的簡單情況的匯總，進行裂縫成因綜合分析：由于建筑物地下室側壁承受周圍土體側向摩阻力，且受塔樓壓重效應影響，地下室側壁及塔樓墻柱未發生開裂變形。由上述調查分析可知，上浮損傷現象主要出現在裙樓地下室部分，而塔樓部分未發現有上浮損傷跡象，分析原因如下：①該工程地上主體結構已基本完成施工，故高層建筑、多層建筑能夠抵抗增大的地下水浮力；而裙樓純地下室區域覆土層尚未回填，無法依靠自身重量來抵抗因地下水位上漲而產生的浮力，同時原排水減壓未及時達到設計要求，故導致抗浮失效。②依據現場的裂縫形態及走向判斷，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，相應產生剪力及附加彎矩，同時由于框架梁變形的牽拉作用，使梁、柱發生相對傾斜，導致柱頂節點處開裂和壓曲，混凝土被壓酥等現象。

4 鑒定結論及建議

依據現場對地下室柱梁板的施工質量檢測結果可知，該建筑物施工質量基本滿足設計及規范要求；另根據裂縫的綜合分析可知，1#柱及6#柱已經受力破壞，且最大裂縫寬度超出《民用建筑可靠性鑒定標準》[5]表5.2.5中不適于承載的裂縫寬度評定（0.5mm），均須委托具備相關資質的設計單位、施工單位進行設計和施工，以保證結構正常使用。另應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

根據鑒定結果分析結果可知，該工程地下室結構構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。“抗”——增加荷載提高建筑結構的抗浮能力；“放”——減小水壓力對地下室底板的影響。

結合本工程，該項目發現開裂已經通過開設泄壓孔進行“泄壓”處理，據委托方介紹，當時噴涌出來的水柱高達到3m多高；現場查勘照片（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行降水處理。接著在排水降水的過程中，對裙樓地下室頂板進行覆土，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

對于混凝土柱開裂的構件常用的結構補強加固方法主要有：①加大截面加固法②外包鋼加固法③注漿加固法等[6]。

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

6 結語

該工程事故給勘察、設計、施工和監理人員敲響了警鐘，現場施工過程一定要重視地下室抗浮措施，弄清設計圖紙中的要求，做好施工的事前交底工作、強化施工過程中的控制，避免類似事故再次發生。本文通過對該工程事故的原因分析，介紹相關的處理措施，對出現類似問題時，進行原因分析和處理事故有很好的借鑒作用。