地基不均匀沉降引起框架梁板裂缝的分析与处理

薛善伦，赵庆生，刘清阳，陈 雷

(1.山东建筑大学工程鉴定加固研究院有限公司，山东 济南 250014； 2.山东建筑大学，山东 济南 250101；3.济南市历城区城乡建设综合服务中心(济南市历城区人防工程服务中心)，山东 济南 250199)

1 工程概况

某沿街底框商住楼，采用钢筋混凝土条形基础，无地下室。1～22-A～K轴间地上6层，1层、2层为钢筋混凝土框架结构商业用房，3层～6层为砖混结构住宅。其他位置地上两层，均为钢筋混凝土框架结构，其中22轴～24轴间1层为消防通道，2层为商业用房的一部分。基础平面图见图1，1层、2层结构平面图见图2，3层～6层结构平面图见图3。

该工程竣工交付使用后约一年，发现一层22轴～24轴间(消防通道处)顶梁板出现裂缝。

2 现场裂缝情况及结构检测

1)现场发现1层22～24-(A-1)～J轴(消防通道处)东西向顶梁西端(22轴端)梁侧面、底面和西端梁柱(墙)节点处出现上窄下宽竖向裂缝或斜裂缝，裂缝宽度为0.02 mm～1.40 mm之间，越靠近西端(22轴)梁支座裂缝宽度越大，且南北两侧面裂缝对称布置。J-21～24轴、F-23～24轴、D-23～24轴、B-22～24轴顶梁开裂程度较(A-1/1)-22～24轴、(A-1)-22～24轴顶梁严重，裂缝位置及裂缝宽度现场示意图见图4～图8；2层楼 面板东端支座处沿24轴多处南北向裂缝，现浇板裂缝上宽下窄，上部最大裂缝宽度约1.50 mm，见图9；J-21～24轴间消防通道上部北墙面出现多处上偏西斜裂缝[1]，现场图片见图10。

2)采用SET230R无棱镜电子全站仪对1层顶22～24-(A-1)～J轴间(消防通道)东西向框架梁底部标高进行检测[2]，检测结果见表1。

由表1可知，1层顶22～24-(A-1)～J轴间东西向框架梁底部标高东高西低，且B～J-21～24轴间北侧框架梁梁底标高差值较大。

表1 框架梁梁底标高检测结果 m

3 框架梁板裂缝原因分析

1)经查询建筑物原岩土工程勘察报告，该工程地基土层及土质分布情况见表2。

表2 地基土层及土质情况表

2)本工程采用天然地基，以②层粉土作为基础持力层，浅基础形式。西侧地上6层，东侧地上2层，竖向荷载差异较大，且条形基础东西相连，未设置沉降缝或施工后浇带，1轴～22轴与22轴～24轴间沉降量差值较大。又据现场人员介绍，梁板出现裂缝半年前，17～21轴-D～K轴间地下水管出现长时间渗漏现象。根据该工程地质勘察报告，建筑基础底面以下的土层主要为粉土、黏土和粉质黏土，由于该建筑物基础持力层下的土体主要为粉土，地下水管渗漏，长期受水浸泡，使地基土质软化，损害削弱了支撑的土体和地基，从而又加剧了局部的不均匀沉降[3]。

3)根据原设计资料，在现有荷载的情况下，对1轴～22轴与22轴～24轴间的沉降量进行复核验算，验算结果见图11。由复核验算结果可知，正常使用状态下22轴与24轴间最大沉降差为16 mm。

4)根据原设计资料和现场检测数据(梁底标高)，摘取J-21-24轴框架梁混凝土X方向应力、钢筋应力以及框架梁损伤情况验算[4]，框架梁损伤区域如图12所示。

综上所述，22轴东西两侧原设计存在沉降差，再由于局部地下管道漏渗水，从而使地基基础出现局部较大不均匀沉降，故使建筑物发生扭曲变形，近端的框架梁柱支座处剪切破坏，产生荷载裂缝。远端的现浇板上部受拉力超过钢筋混凝土受拉承载力，引起开裂现象。

4 处理措施

由于地基不均匀沉降引起的框架梁板出现变形和裂缝，危及建筑物安全，应先对不均匀的地基基础加固处理，待地基基础沉降稳定后，再对出现裂缝的梁板做相应加固处理。

1)地基基础加固处理措施。

传统方法一般是在沉降量较大部位，采用微型桩法或注浆法加固下沉地基。但如果对1轴～22轴间整个基础进行加固处理，加固范围较大，费用较高，此方法应排除。

反向思维，若只加固处理22轴～24轴间基础，加固费用会大大节省。遂采用水平掏土迫降法[5]，增大24轴沉降量，使22轴～24轴间的沉降差减小，消除不均匀沉降现象，从而使整个建筑物东西向达到沉降平衡。具体方案如下：

由鲁宾涅特方程[6]：

水平掏土取土施工完成后，根据观测建筑物的沉降量及沉降速度再进行2次～3次取土。如通过反复取土不能达到回倾效果，可通过高压水枪在取土孔中射水取土，高压射水泵的工作压力及流量根据现场试验确定[8]。

水平掏土取土过程中及时对建筑物进行跟踪观测，东北侧最大沉降控制在30 mm左右，东南侧最大沉降控制在10 mm左右，倾斜率达到2‰时停止沉降。沉降施工完成后对水平掏土孔进行注浆封闭。纠偏完成后要继续对建筑物进行观测直至稳定。待地基基础稳定后，再对上部出现裂缝的框架梁和现浇板进行加固处理[9]。

2)框架梁加固处理措施。

由于此处为消防通道，考虑梁底标高有高度要求，不可采用增大截面加固法对框架梁进行加固处理，遂采用外包型钢加固法对框架梁提高截面承载能力。具体做法如下并如图13所示。

包角钢部位用磨光机将原构件表面装饰层或浮浆打磨至密实新界面，不平整或有缺陷部位用聚合物砂浆修补，角部打磨成直径20 mm的圆弧状，然后用丙酮擦拭干净。角钢根据现场实际尺寸下料，把角钢与混凝土结合面用磨光机打磨至金属光泽，纹路与纵向垂直，并用丙酮擦拭。把角钢安装到梁角，并用专用夹具夹紧。焊接缀板与节点角钢，焊接时应分段交错施焊，缀板与角钢应三面围焊，焊缝应饱满，不得有夹渣、漏焊等缺陷。型钢构架焊接完成后，进行压力注胶，胶缝厚度3 mm～5 mm，并拧紧螺栓螺母。加固后，分层抹35 mm厚M10水泥砂浆(钢板表面厚度不小于25 mm，加钢丝网防裂)作防护层，或对钢结构表面直接进行防腐防火处理。材料要求如下：采用Q355B钢板、型钢，钢材的化学成分和力学性能应分别符合现行国家标准GB/T 1591低合金高强度结构钢的相关要求；钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。加固用结构胶粘剂性能要求应符合GB 50728工程结构加固材料安全性鉴定技术规范和GB 50367混凝土结构加固设计规范中Ⅰ类A级胶的要求。

3)现浇板加固处理措施。

现浇板裂缝首先采用专用灌缝胶高压封闭，然后上部增设负弯矩钢筋进行加固处理，具体做法见图14。

a.表面清理：用磨光机将裂缝两边各100 mm打磨平整，将表面粉尘等清理干净，露出新鲜混凝土表面；用空压机将裂缝内部及周围清理干净；用脱脂棉蘸丙酮擦拭裂缝，再用空压机吹干裂缝。视裂缝情况，以间距400 mm～800 mm安装底座，用封缝胶将可能漏浆的蜂窝及裂缝全部封闭，等待硬化。在裂缝端部应布置灌浆嘴子，当裂缝有纵横交错时，在交叉处必须布设嘴子，上下贯通的裂缝应将灌浆嘴子布置在板底，在裂缝较宽处应布置灌浆嘴子。试气压力应先小后大，一般可控制在0.3 MPa～0.4 MPa，若发现封缝部位有冲破现象，应进行堵补，待硬化后再进行试气。以注射器将灌缝胶通过固定在裂缝上的底座灌注入裂缝，当进浆嘴子邻近的嘴子冒浆后，立即用塞子堵住，继续灌浆，待最后一个嘴子的冒浆堵上塞子后，需恒压5 min～10 min再将注射器取下(注意不可有漏浆，注射器内无灌缝胶时应立即换补)。若必要可进行二次灌注，以巩固灌缝效果。灌浆压力应不小于0.2 MPa。裂缝修补用的化学灌浆材料应为无毒或低毒材料，符合国家相应规程要求。在施工时，应对浆液进行试配，其可靠性和固化时间应满足要求。

b.灌封处理后，在原混凝土板表面东西向剔槽，钻孔槽内凿毛增糙，清除槽内残渣及浮灰，并用水冲洗干净，剔槽时勿切断原板顶钢筋；布设钢筋网，受力钢筋与分布钢筋点焊；刷混凝土界面剂一度，然后用聚合物砂浆抹实。

4)本方案具有施工场地小、对业主居住生活基本不受影响、费用相对较低、适用不同的土质条件的特点，既解决了地基基础不均匀沉降，又大大提高了现浇梁板构件承载力。加固处理后，经一年多的使用及观察，建筑物未再发生明显的不均匀沉降、倾斜及构件的开裂现象，收到较好的处理效果。

5 结语

建筑物地基基础产生不均匀沉降，对房屋结构危害很大，轻则引起主要承重结构构件的变形和开裂，重则引起房屋结构整体或局部倾斜，甚至倒塌，直接威胁房屋的正常使用及人民生命财产的安全。因此，只有精心勘察、精心设计、精心施工，才能够保证工程的安全进行和安心居住。遇到问题，要深入分析事故发生的原因，反向思维，研究行之有效的处理方案，避免引起地基基础不均匀沉降对房屋结构造成的危害，具有重要的理论研究意义及工程应用价值[10-11]。