多層砌體結(jié)構(gòu)裂縫或變形原因分析及預(yù)防對(duì)策

呂長(zhǎng)江 呂向明

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤電石廠，河南 鶴壁 458050)

1 問(wèn)題的提出

通過(guò)參加多層砌體房屋地基基礎(chǔ)驗(yàn)收，參與結(jié)構(gòu)裂縫事故調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)多層砌體房屋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或變形多與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及變形計(jì)算疏漏有關(guān)，真正因設(shè)計(jì)造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不足問(wèn)題引起結(jié)構(gòu)裂縫的情況并不多見(jiàn)。多層砌體結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)易出現(xiàn)的疏漏主要有以下幾個(gè)方面:1)未在變形計(jì)算指導(dǎo)下盲目處理地基，造成地基處理后仍然不均勻而未作地基基礎(chǔ)變形計(jì)算;2)建筑基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)不當(dāng)造成墻段荷載傳遞擴(kuò)散不開(kāi)，形成實(shí)質(zhì)反梁基礎(chǔ);3)沉降縫地基基礎(chǔ)變形計(jì)算疏漏或基礎(chǔ)選型不當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重偏心，造成變形量過(guò)大?？傊鼗休d力的不均勻與載荷分布的不均勻二者相互作用，使建筑地基產(chǎn)生不均勻沉降，不均勻沉降超過(guò)結(jié)構(gòu)的彈性變形適應(yīng)能力結(jié)構(gòu)即出現(xiàn)裂縫。在認(rèn)真分析產(chǎn)生變形裂縫原因的基礎(chǔ)上，按照地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求做到精心計(jì)算，精心設(shè)計(jì)，采取加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性構(gòu)造措施，上述與地基沉降有關(guān)的裂縫完全可以避免。現(xiàn)將裂縫及變形出現(xiàn)的機(jī)理及應(yīng)采取的設(shè)計(jì)預(yù)防措施論述于后，期望與同行探討提高。

2 地基基礎(chǔ)問(wèn)題造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因分析及設(shè)計(jì)預(yù)防措施

2.1 地基處理不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因分析及預(yù)防對(duì)策

地基處理不當(dāng)造成的裂縫出現(xiàn)在地基軟弱與堅(jiān)硬區(qū)域之間建筑強(qiáng)度薄弱部位，嚴(yán)重時(shí)各層均可見(jiàn)。承載力不均勻地基或處理后的地基易出現(xiàn)此類(lèi)裂縫。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范“表3.0.2”規(guī)定可不作地基變形計(jì)算設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的建筑物范圍，分析表中對(duì)地基主要受力層承載力特征值的要求可以發(fā)現(xiàn)，地基越軟弱要求承載力越均勻，均勻程度達(dá)不到要求必須進(jìn)行變形計(jì)算。就鶴壁市區(qū)來(lái)說(shuō)，一般情況遇到的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋滿足不大于6層，130 kPa≤fak＜160 kPa要求(fak取地基主要受力層加權(quán)平均強(qiáng)度)不用進(jìn)行變形計(jì)算。但是，常遇到地基土層局部軟硬不均問(wèn)題，造成地基軟硬不均的原因很多，山區(qū)丘陵地區(qū)大多是自然形成的，平坦地區(qū)多受人為因素影響(如局部受水浸泡承載力變低、局部的人工擾動(dòng)、局部土層性質(zhì)明顯改變等)。由于局部異常范圍較小，工程地質(zhì)勘察時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，施工圖設(shè)計(jì)階段僅進(jìn)行地基承載力計(jì)算。施工聯(lián)合驗(yàn)槽時(shí)發(fā)現(xiàn)局部軟硬不均，易犯的疏漏是，設(shè)計(jì)人員往往從不影響施工進(jìn)度角度出發(fā)，憑經(jīng)驗(yàn)盲目對(duì)存在的承載力異常區(qū)域進(jìn)行地基處理，忽視需要施工勘探并補(bǔ)充地基承載力及變形計(jì)算，這樣做有悖于規(guī)范對(duì)槽驗(yàn)發(fā)現(xiàn)地基條件與勘察報(bào)告不符應(yīng)進(jìn)行施工勘探的規(guī)定，把本來(lái)該由勘察單位承擔(dān)的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)攔在設(shè)計(jì)方身上，其盲目處理的結(jié)果可能是處理后仍為不均勻地基，甚至出現(xiàn)矯枉過(guò)正造成更為嚴(yán)重的承載力不均，實(shí)質(zhì)是有違地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范“第3.0.2條”關(guān)于地基基礎(chǔ)變形計(jì)算規(guī)定、“3.0.3條”關(guān)于施工階段地質(zhì)勘察規(guī)定，問(wèn)題嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

筆者認(rèn)為，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，正確的做法應(yīng)該是，在基礎(chǔ)聯(lián)合驗(yàn)槽過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有局部地基軟弱或堅(jiān)硬異常(通常根據(jù)地層顏色變化及挖槽時(shí)的軟硬感覺(jué)判斷異常區(qū)域)應(yīng)堅(jiān)持設(shè)計(jì)原則，主動(dòng)要求做施工階段工程地質(zhì)勘察，根據(jù)補(bǔ)充的施工勘察成果，進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域承載力特征值超過(guò)規(guī)范“表3.0.2”中規(guī)定的數(shù)值區(qū)間，哪怕施工暫停，也應(yīng)堅(jiān)決做地基基礎(chǔ)變形計(jì)算，滿足變形計(jì)算要求可不對(duì)地基進(jìn)行處理，不能滿足變形計(jì)算要求，建議異常區(qū)域基礎(chǔ)寬度按照原設(shè)計(jì)寬度不變，采用優(yōu)先處理地基的方法，若處理后異常區(qū)域地基主要受力層承載力特征值與正常區(qū)域主要受力層承載力特征值接近，滿足規(guī)范“表3.0.2”中規(guī)定的要求，可作為均勻地基處理，不作處理后的地基變形計(jì)算。地基處理后不能滿足規(guī)范要求，必須進(jìn)行地基處理后的承載力計(jì)算和地基變形計(jì)算，直至采取的處理措施能夠滿足計(jì)算要求為止。

地基局部處理注意事項(xiàng)及加強(qiáng)建筑整體性的措施。基于異常區(qū)域地基處理后主要受力層與正常區(qū)域受壓變形盡可能相一致的要求，如果能夠做到對(duì)異常區(qū)域主要受力層全部處理，采用的換填材料壓實(shí)后承載力與正常土層越接近越好。僅做部分深度的換填壓實(shí)，若處理的是軟弱土層要用比正常土層承載力更高的材料處理，若處理的是堅(jiān)硬土層要選用比正常土層承載力較弱的材料處理。地基處理后出現(xiàn)軟弱下臥層的要驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力。即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員，考慮施工因素也未必能夠做到地基處理后使異常區(qū)域地基主要受力層加權(quán)平均承載力特征值變得與正常區(qū)域很接近，因此設(shè)計(jì)人員要根據(jù)具體情況對(duì)地基基礎(chǔ)可能遇到的沉降危害做定性的分析，在理性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念性的加強(qiáng)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵御不均勻變形能力。造成房屋裂縫的危害程度與地基異常范圍的大小及在基槽中的位置有關(guān)，范圍大更易造成裂縫，處于建筑端部其危害大于中部，在定性分析的基礎(chǔ)上對(duì)房屋結(jié)構(gòu)采取加強(qiáng)整體性的構(gòu)造措施很有必要。

2.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)不當(dāng)、墻段荷載傳遞擴(kuò)散不開(kāi)造成出現(xiàn)裂縫的原因分析及預(yù)防對(duì)策

比較典型的是首層窗下墻倒八字裂縫的產(chǎn)生，地基承載力較低，大開(kāi)間寬窗低窗臺(tái)，基礎(chǔ)埋深淺首層窗下墻易出現(xiàn)斜向裂縫，究其原因:1)由于基礎(chǔ)埋深淺，窗間墻荷載往往不能夠擴(kuò)散傳遞到整個(gè)開(kāi)間，造成窗下墻地基壓應(yīng)力不均，引起窗間墻窗下墻沉降變形不均，不均勻的沉降量超過(guò)窗下墻彈性變形適應(yīng)能力就會(huì)在窗下位置產(chǎn)生倒八字裂縫;2)由于首層窗下墻連同基礎(chǔ)相當(dāng)于支撐在窗間墻上的倒梁(并非設(shè)計(jì)有意形成)，裂縫出現(xiàn)前窗下墻地基反梁強(qiáng)度未破壞前基礎(chǔ)底面應(yīng)力基本均勻，施工過(guò)程中隨著窗間墻荷載增大窗下墻基礎(chǔ)反力也逐步增大，超過(guò)倒梁支座處的抗剪能力，裂縫出現(xiàn)后窗下墻地基退出工作，導(dǎo)致地基應(yīng)力重分布，進(jìn)一步加劇窗下墻窗間墻的不均勻下沉(見(jiàn)圖1，圖2)。

圖1 窗下斜裂縫

圖2 倒梁示意圖

消除此類(lèi)裂縫產(chǎn)生的設(shè)計(jì)對(duì)策及構(gòu)造措施。砌體結(jié)構(gòu)建筑，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)構(gòu)造應(yīng)保證荷載按照選用材料剛性角要求能夠擴(kuò)散傳遞到所有帶型基礎(chǔ)部位，滿足這樣的要求就不會(huì)出現(xiàn)上述裂縫，一般情況下必須滿足上述要求，做不到就是設(shè)計(jì)上的疏漏?；A(chǔ)墻段間無(wú)意形成的反梁結(jié)構(gòu)，一般不能夠承受全部荷載形成的地基反力，除非建筑本身層數(shù)少，荷載輕。如果是局部問(wèn)題，不得已形成的墻段間反梁，可采取加強(qiáng)窗下墻強(qiáng)度及整體性的構(gòu)造措施或在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置局部的鋼筋混凝土反梁，并按照要求對(duì)反梁進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。鶴壁新區(qū)由于地處淇河下游沖積平原上，地基承載力較低，土層壓縮變形較大，初期建設(shè)的6層住宅3.6 m～4.2 m大開(kāi)間底層窗下墻出現(xiàn)倒八字裂縫的幾率較高，后來(lái)設(shè)計(jì)上采取增加基礎(chǔ)埋深，首層窗臺(tái)位置設(shè)通長(zhǎng)厚度不小于60 mm，配筋不小于3φ10的鋼筋混凝土帶等構(gòu)造措施，使窗臺(tái)標(biāo)高以下墻體形成組合梁，使窗下墻抗剪能力得到提高，剛性韌性增加，基礎(chǔ)底面應(yīng)力均勻度得到改善，裂縫產(chǎn)生的幾率大幅降低。

2.3 沉降縫處端開(kāi)間墻體產(chǎn)生裂縫及頂層墻體擠壓的原因分析及預(yù)防措施

按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范“7.3.2條”的規(guī)定，當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺休d力明顯變化或建筑物層數(shù)差異較大時(shí)宜在相應(yīng)部位設(shè)置沉降縫。沉降縫處雙墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)，地基變形過(guò)大是引起砌體裂縫、擠壓的主要原因(見(jiàn)圖3)。一般情況下建筑靠中間位置沉降量大，沉降縫多在靠中間位置，又由于砌體結(jié)構(gòu)房屋承重墻體自身重量占建筑總重量的比重大，沉降縫處兩側(cè)雙墻總質(zhì)量比非沉降縫處大1倍，4層～6層砌體結(jié)構(gòu)房屋沉降縫處地基單位長(zhǎng)度上承受的荷載，若作定性分析起碼相當(dāng)于7層以上建筑非沉降縫處所承受的荷載，這樣大的荷載差異分布，不均勻沉降在所難免，不均勻沉降必然伴隨著扭轉(zhuǎn)，造成砌體出現(xiàn)裂縫或擠壓;沉降縫基礎(chǔ)出現(xiàn)偏心，基礎(chǔ)應(yīng)力分布不均，甚至基礎(chǔ)偏心方向最大應(yīng)力超過(guò)地基承載力要求，使沉降縫處雙墻基礎(chǔ)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形，也是造成縫側(cè)端開(kāi)間縱墻裂縫和沉降縫擠壓的原因。

圖3 沉降變形擠壓危害示意圖

砌體結(jié)構(gòu)層數(shù)較多時(shí)應(yīng)該慎用偏心基礎(chǔ)，應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合適當(dāng)加大沉降縫處雙墻距離，減小偏心量，在滿足偏心基礎(chǔ)承載力計(jì)算的同時(shí)要輔以偏心基礎(chǔ)變形計(jì)算，保證局部?jī)A斜滿足規(guī)范要求;有關(guān)設(shè)計(jì)資料介紹的沉降縫基礎(chǔ)處理大多是以消除基礎(chǔ)偏心為目的，交錯(cuò)基礎(chǔ)沉降縫構(gòu)造較為復(fù)雜，施工麻煩，但可以避免基礎(chǔ)出現(xiàn)偏心，采用這種基礎(chǔ)形式，要想避免沉降縫處不產(chǎn)生裂縫或擠壓，應(yīng)該在保證地基承載力要求的前提下對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行變形計(jì)算，局部?jī)A斜必須滿足規(guī)范要求，根據(jù)兩側(cè)局部?jī)A斜產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角及沉降縫總高度，計(jì)算頂端兩側(cè)墻體平移距離，確定合適的沉降縫寬度。如果設(shè)計(jì)成交錯(cuò)基礎(chǔ)不滿足變形計(jì)算要求或沉降縫處雙墻基礎(chǔ)過(guò)寬顯得不合理時(shí)，可將沉降縫兩側(cè)的兩個(gè)端開(kāi)間分別設(shè)計(jì)成兩塊筏板基礎(chǔ)，這樣端開(kāi)間的兩道墻基可以看成一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行受力分析，兩道墻的合力作用點(diǎn)基本上位于開(kāi)間中部，對(duì)筏板基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)偏心距小，筏板下地基反力分部均勻，避免了基礎(chǔ)邊沿高應(yīng)力區(qū)的出現(xiàn)。筏板基礎(chǔ)面積大，地基附加應(yīng)力小，端開(kāi)間沉降變形小，能夠有效消除縫兩側(cè)墻體的過(guò)大沉降和扭轉(zhuǎn)。以上兩種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式均解決了基礎(chǔ)受力偏心問(wèn)題，工程實(shí)例證明，按照上述辦法設(shè)計(jì)沉降縫處雙墻基礎(chǔ)，不會(huì)出現(xiàn)沉降縫兩側(cè)墻體裂縫擠壓，處理效果十分理想。

3 結(jié)語(yǔ)

砌體承重結(jié)構(gòu)房屋目前在中小城鎮(zhèn)依然是最常見(jiàn)到的房屋建筑結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)整體性較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)差，一旦地基基礎(chǔ)變形計(jì)算或基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)疏漏易造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，在強(qiáng)調(diào)工程質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制的今天，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙類(lèi)的砌體結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)變形計(jì)算高度重視，提高不均勻沉降控制意識(shí)，防止設(shè)計(jì)疏漏發(fā)生。切實(shí)做到地基基礎(chǔ)承載力計(jì)算、變形計(jì)算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施相輔相成，就能夠防止砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或過(guò)大變形的發(fā)生。