呂長江 呂向明

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

1 問題的提出

通過參加多層砌體房屋地基基礎(chǔ)驗收，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)計及變形計算疏漏有關(guān)，真正因設(shè)計造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度不足問題引起結(jié)構(gòu)裂縫的情況并不多見。多層砌體結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計易出現(xiàn)的疏漏主要有以下幾個方面:1)未在變形計算指導(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)變形計算;2)建筑基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計不當(dāng)造成墻段荷載傳遞擴散不開，形成實質(zhì)反梁基礎(chǔ);3)沉降縫地基基礎(chǔ)變形計算疏漏或基礎(chǔ)選型不當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重偏心，造成變形量過大?？傊?，地基承載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)計規(guī)范要求做到精心計算，精心設(shè)計，采取加強結(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)的機理及應(yīng)采取的設(shè)計預(yù)防措施論述于后，期望與同行探討提高。

2 地基基礎(chǔ)問題造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因分析及設(shè)計預(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)防對策

地基處理不當(dāng)造成的裂縫出現(xiàn)在地基軟弱與堅硬區(qū)域之間建筑強度薄弱部位，嚴(yán)重時各層均可見。承載力不均勻地基或處理后的地基易出現(xiàn)此類裂縫。地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范“表3.0.2”規(guī)定可不作地基變形計算設(shè)計等級為丙級的建筑物范圍，分析表中對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)行變形計算。就鶴壁市區(qū)來說，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)平均強度)不用進(jìn)行變形計算。但是，常遇到地基土層局部軟硬不均問題，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、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)勘察時不易被發(fā)現(xiàn)，施工圖設(shè)計階段僅進(jìn)行地基承載力計算。施工聯(lián)合驗槽時發(fā)現(xiàn)局部軟硬不均，易犯的疏漏是，設(shè)計人員往往從不影響施工進(jìn)度角度出發(fā)，憑經(jīng)驗盲目對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充地基承載力及變形計算，這樣做有悖于規(guī)范對槽驗發(fā)現(xiàn)地基條件與勘察報告不符應(yīng)進(jìn)行施工勘探的規(guī)定，把本來該由勘察單位承擔(dān)的責(zé)任風(fēng)險攔在設(shè)計方身上，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)矯枉過正造成更為嚴(yán)重的承載力不均，實質(zhì)是有違地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范“第3.0.2條”關(guān)于地基基礎(chǔ)變形計算規(guī)定、“3.0.3條”關(guān)于施工階段地質(zhì)勘察規(guī)定，問題嚴(yán)重的會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

筆者認(rèn)為，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，正確的做法應(yīng)該是，在基礎(chǔ)聯(lián)合驗槽過程中發(fā)現(xiàn)有局部地基軟弱或堅硬異常(通常根據(jù)地層顏色變化及挖槽時的軟硬感覺判斷異常區(qū)域)應(yīng)堅持設(shè)計原則，主動要求做施工階段工程地質(zhì)勘察，根據(jù)補充的施工勘察成果，進(jìn)行修改設(shè)計，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域承載力特征值超過規(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)堅決做地基基礎(chǔ)變形計算，滿足變形計算要求可不對地基進(jìn)行處理，不能滿足變形計算要求，建議異常區(qū)域基礎(chǔ)寬度按照原設(shè)計寬度不變，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算和地基變形計算，直至采取的處理措施能夠滿足計算要求為止。

地基局部處理注意事項及加強建筑整體性的措施?；诋惓^(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，如果能夠做到對異常區(qū)域主要受力層全部處理，采用的換填材料壓實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，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)軟弱下臥層的要驗算軟弱下臥層的承載力。即便是經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員，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)計人員要根據(jù)具體情況對地基基礎(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，對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念性的加強，增強結(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)上對房屋結(jié)構(gòu)采取加強整體性的構(gòu)造措施很有必要。

2.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計不當(dāng)、墻段荷載傳遞擴散不開造成出現(xiàn)裂縫的原因分析及預(yù)防對策

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，大開間寬窗低窗臺，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散傳遞到整個開間，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窗下墻彈性變形適應(yīng)能力就會在窗下位置產(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)計有意形成)，裂縫出現(xiàn)前窗下墻地基反梁強度未破壞前基礎(chǔ)底面應(yīng)力基本均勻，施工過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(見圖1，圖2)。

圖1 窗下斜裂縫

圖2 倒梁示意圖

消除此類裂縫產(chǎn)生的設(shè)計對策及構(gòu)造措施。砌體結(jié)構(gòu)建筑，基礎(chǔ)設(shè)計構(gòu)造應(yīng)保證荷載按照選用材料剛性角要求能夠擴散傳遞到所有帶型基礎(chǔ)部位，滿足這樣的要求就不會出現(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)計上的疏漏?；A(chǔ)墻段間無意形成的反梁結(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。如果是局部問題，不得已形成的墻段間反梁，可采取加強窗下墻強度及整體性的構(gòu)造措施或在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置局部的鋼筋混凝土反梁，并按照要求對反梁進(jìn)行強度計算。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大開間底層窗下墻出現(xiàn)倒八字裂縫的幾率較高，后來設(shè)計上采取增加基礎(chǔ)埋深，首層窗臺位置設(shè)通長厚度不小于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)計不當(dāng)，地基變形過大是引起砌體裂縫、擠壓的主要原因(見圖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)較多時應(yīng)該慎用偏心基礎(chǔ)，應(yīng)與建筑設(shè)計結(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)承載力計算的同時要輔以偏心基礎(chǔ)變形計算，保證局部傾斜滿足規(guī)范要求;有關(guān)設(shè)計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地基基礎(chǔ)進(jìn)行變形計算，局部傾斜必須滿足規(guī)范要求，根據(jù)兩側(cè)局部傾斜產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角及沉降縫總高度，計算頂端兩側(cè)墻體平移距離，確定合適的沉降縫寬度。如果設(shè)計成交錯基礎(chǔ)不滿足變形計算要求或沉降縫處雙墻基礎(chǔ)過寬顯得不合理時，可將沉降縫兩側(cè)的兩個端開間分別設(shè)計成兩塊筏板基礎(chǔ)，這樣端開間的兩道墻基可以看成一個整體來進(jìn)行受力分析，兩道墻的合力作用點基本上位于開間中部，對筏板基礎(chǔ)來說偏心距小，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，端開間沉降變形小，能夠有效消除縫兩側(cè)墻體的過大沉降和扭轉(zhuǎn)。以上兩種基礎(chǔ)設(shè)計形式均解決了基礎(chǔ)受力偏心問題，工程實例證明，按照上述辦法設(shè)計沉降縫處雙墻基礎(chǔ)，不會出現(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

砌體承重結(jié)構(gòu)房屋目前在中小城鎮(zhèn)依然是最常見到的房屋建筑結(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)變形計算或基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計疏漏易造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，在強調(diào)工程質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制的今天，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須對地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙類的砌體結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)變形計算高度重視，提高不均勻沉降控制意識，防止設(shè)計疏漏發(fā)生。切實做到地基基礎(chǔ)承載力計算、變形計算、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)裂縫或過大變形的發(fā)生。