框架結構房屋地基基礎不均勻沉降危害分析及對策研究

王永輝

摘要:地基基礎不均勻沉降將對框架結構房屋產生很大的危害，輕則引起房屋墻體開裂，重則引起房屋結構整體或局部傾斜甚至倒塌。因此，正確認識不均勻沉降對房屋結構造成的危害，深入分析事故發生的原因，并提出有效的對策，具有重要的實際工程意義。

關鍵詞: 框架結構；不均勻沉降；對策

1 地基基礎不均勻沉降對框架結構房屋的危害

由于地基基礎不均勻沉降產生的工程質量事故，輕則影響建筑物的美觀，破壞室內外裝修，造成房屋使用者心理上的不安，重則造成墻體滲水和灌風，影響建筑物的使用功能，更嚴重的會引起墻倒屋塌，出現傷人事故和財產損失。因此有必要對這些事故原因進行深入的分析

從而提出科學可行的防止和治理措施。

2 原因分析

2.1 建筑結構傾斜的原因

造成框架結構房屋傾斜的原因是多方面的，其主要有：基礎埋置深度不夠，或重心不穩導致建筑物整體穩定性的削弱；地基承載力不夠，在建筑物垂直荷載下發生不均勻沉降或局部沉降，使得建筑物隨之沉降而傾斜；地下樁或基礎發生破壞而使建筑物發生傾斜；上部結構受力不均產生扭矩。從而出現扭轉傾斜；上部結構局部構件破壞導致傾斜；施工中構件定位偏移形成累計偏差導致重心偏移而發生傾斜；地基土質差或地下水位高等原因造成基底土蠕動而導致建筑傾斜等。

2.2 鋼筋混凝土框架梁開裂的原因

地基下沉對上部結構的影響過程是一個復雜的應力重新調整的過程。不僅與地基的不均勻程度有關，而且與基礎和上部結構的剛度關系密切。根據對一些算例進行分析，結果表明，地基下沉一般可影響到上部5至6層框架結構的應力狀態，甚至可能出現正負應力反號現象，導致梁、柱出現嚴重的裂縫。其影響順序是從基礎逐步向上反應，影響程度逐漸衰減。當箱形基礎或底層結構有較大的剛度時，對上層框架的影響顯著減小，可以自動調整地基反力，逐步趨近均勻沉降。沉降引起斜裂縫一般情況下是比較難察覺的，它與熱脹冷縮溫度裂逢、受彎垂直裂逢不同，形態變化多端，通常根據梁受力特點，裂縫數量、走向、寬度、深度以及裂逢發生部位，來進行綜合分析研究，綜合大量的己發現沉降引起斜裂逢，其主要有下列幾個方面的主要特征:

裂逢走向。一般裂縫的走向同主拉應力方向垂直，沉降引起斜裂縫也是遵循主拉應力跡線準則。通常情況下，裂逢往往由沉降小的一邊向沉降較大一邊傾斜延伸。如梁跨中沉降(撓曲)時，裂縫由梁底開始逐漸向梁面傾斜伸展，指向跨中沉降較大處。

裂縫變化。沉降引起裂縫，使裂縫多樣化，表面看來缺乏一定規則，較難解釋清楚，裂逢有時從梁面由上而下開展，有時從梁底由下往上開裂，有時也拌隨著一些垂直裂縫，甚至梁腹中間也會開裂，同時有的斜裂縫發生在梁的受剪區(或彎剪區段)也有的發生在梁的彎拉區段。

裂縫數量。當主拉應力超過混凝土抗拉強度時。在梁支座附近或連續梁反彎點區段，容易出現貫通性斜裂縫，這些裂縫數量多少，一般與下列幾個因素密切相關:不均勻沉降量多少；荷載大小與振動干擾影響；有否產生撓曲扭矩而引起附加剪應力大??；混凝土性能微裂縫現象及徐變大小。

斜裂縫出現時間。根據有關梁斜裂縫試驗研究表明，由彎曲效應引起的垂直裂縫，出現時間對應的荷載為(0.14-0.16)Pu(Pu為極限荷載)，而斜裂縫開始出現時間對應的荷載為(0.38-0.42)Pu，顯然垂直裂縫出現比斜裂縫要早，但是沉降引起斜裂縫，沒有經歷垂直裂縫階段，而在荷載較輕情況下，開始就出現斜裂縫，一般難以說得正確時間，只能大致把裂縫出現時間分為三個階段:一是施工階段出現裂縫，梁從澆搗混凝土開始，直到裂縫出現時間比較短，甚至短少到3-5天發現梁斜裂縫，這種情況往往是混凝土強度低時，受到不均勻沉降與施工荷載共同作用，影響比較嚴重:二是竣工階段平時施工人員對梁斜裂縫不太注意，當工程進入粉刷竣工驗收時，裂縫就明顯暴露出來了。這種情況主要是梁內傷通過混凝土徐變逐漸反映出來了;三是使用階段。有些框架結構大梁，經過半年多使用時間才發現斜裂縫，這種情況，主要是梁損傷較輕，雖然己經存在微裂縫，在較長時間沉降、徐變、溫度、外荷載聯合應力作用，慢慢地反映出來，裂縫趨于明朗化。

3 防治措施

3.1 地基處理

樁基礎。采用爆擴樁、灌注樁,打入樁穿過軟弱土層,將基礎支撐在堅硬土(石)層上,使建筑物的沉降差滿足設計要求。這種方法能同時取代或減少地基處理和開挖基坑的土方工程,可以節約人力和縮短工期,山區普遍采用此法。要使樁基礎達到經濟上合理,技術上安全可靠,必須做到精心設計和精心施工,否則,雖采用了樁基礎也會發生問題；充分利用上覆土層,盡量采用淺基礎。當地基上部土層的強度較高,并有一定的厚度,其下分別為軟弱土后和硬土層時,應優先采用淺基礎為經濟合理；換土。換土有以硬換軟或以軟換硬兩種方式。其目的都是為了獲得整個建筑物的均勻沉降。一般來講,在一個建筑場地內,硬地基少,軟地基多,宜采用以軟換硬的換土法(又叫褥墊)；若軟地基少,硬地基多,宜采用以硬換軟的換土法;若軟、硬地基各一半,宜采用設置沉降縫與局部換土相結合的方法。

3.2 基礎加固

地基基礎加固中，常采用加寬或加大基礎底面積的方法，因其施工簡單、所需設備少，常用于基礎面積太小而產生過大沉降或不均勻沉降事故的處理，以及采用直接法加層時對地基礎的補償加固。這種加固方法基礎直接加寬、外增獨立基礎加大兩種。基礎加深是將原基礎下的軟土、膨脹土、雜土等土層分段挖去，換成混凝土或磚墩(俗稱墩式托換)，使基礎加深并置于較好士層上的一種加固方法。當基礎發生裂縫、破損、侵蝕(如受酸、堿等有害物質的侵蝕)以及因加層而引起基礎剛度不足時，應對基礎進行加固，以滿足其剛度及耐久性的要求。

基礎直接加寬?；A直接加寬是對挖開原基礎兩側的填土后澆筑新基礎的方法。這種方法的優點是能使新舊基礎很好結合、共同變形。

①單面加寬：當基礎承受的荷載偏心距較大或產生不均勻沉降時，應采用單面加寬的方法。新加部分應與原基礎有很好的連接，應將原基礎表面鑿毛，每隔一定間距設置角鋼挑梁，且用膨脹混凝土將其牢靠地錨固在原地基上。澆搗混凝土前，界面處應涂界面劑。②雙面加寬：當基礎承受過大的中心荷載或小偏心荷載時采用雙面加寬方法。新舊基礎的連接，采用掏挖原基礎灰漿縫并在原基礎上鑿凹坑以形成剪刀鍵的辦法。③四面加寬：對于獨立基礎，采用四面加寬的方法進行加固。當每邊加寬不超過30cm時，采用素混凝土圍磁;當每邊加寬大于30cm時，則應在圍套內配置鋼筋。④增設筏板基礎：在己有的基礎間增設筏板，以增大基礎底面積，減少地基反力，是一種非常有效的加大基礎底面積的辦法。它常用于穩定軟土或回填土上建筑物的下沉或不均勻沉降。新增筏板基礎不宜設在房屋基底，而應設在基底以上700-800mm處。板厚不宜小于200-250mm。為了增大筏板的剛度，應在板上澆筑次梁(高300-400mm)和主梁(高5OO-1000mm)，次梁間距為2.5m，筏板、梁與基礎墻之間應有可靠連接，板應嵌入墻中300-400mm。主次梁兩端應按鉸接考慮，筏板可視具體情況按單向板或雙向板計算，并應注意構造鋼筋的配置。

外增基礎： ①抬梁法:抬梁法是在原基礎兩側挖坑并做新基礎，通過鋼筋混凝土梁將墻體荷載部分轉移到新做基礎上的一種加大基底面積的方法。新加的抬墻梁應設置在原地基梁或圈梁的下部。這種加固方法具有對原基礎擾動少、調協數量較為靈活的特點。采用抬梁法加大基底面積時，應注意抬梁的設置應避開底層的門、窗和洞口;抬梁的頂部須用鋼板楔緊。對于外增獨立基礎，可用千斤頂將抬梁頂起，并打入鋼楔，以減少新增基礎的應力滯后。②斜撐法：斜撐法加大基底面積，與上述抬梁法不同之點，是抬梁改為斜撐，新加的獨立基礎不是位于原基礎兩側，而是位于原基礎之間。

基礎加固： ①混凝土圍套加固：混凝土圍套加固是指在己開裂、破損或因加層而需要提高剛度的基礎外面澆筑鋼筋混凝土圍套的一種基礎加固方法。這種方法不僅可使基礎底面面積增大，降低原基底的反力，而且可使原基礎受到圍套的約束，其剛度、抗剪、抗彎和抗沖切的能力得到提高。②加厚加固：這種加固方法是將原基礎的肋加高、加寬。以減少基礎底板的懸臂長度和降低懸臂彎矩，使原基礎的剛度及承載力得到提高，尤其適合于舊房加層設計時的基礎加固。③灌漿法加固：灌漿法加固是指用壓送設備把水泥漿或環氧樹脂漿壓入原基礎的裂縫內或破損處的一種加固方法。施工時先在基礎中鉆孔，孔徑應比灌漿管直徑(一般為25mm)大2-3mm，孔距取O.5-1.Om，孔數對于獨立基礎應

3.3 結構修復加固

對鋼筋硅結構的加固方法很多，本論文只針對由于沉降而產生的問題進行的加固處理。一般是采用增大截面法進行加固處理。

鋼筋混凝土梁修復加固。沉降對鋼筋混凝土結構，不僅可能因承受過大彎曲拉應力和主拉應力而產生一段裂縫，有時還可能因突然受擠壓、剪切而酥裂，甚至掉塊。此時如僅靠“補給”。就很難使結構恢復“元氣”。必須根據結構的具體受損情況，用鋼筋混凝土對破損部位進行包套，才能達到復原、補強的目的。主要有以下方法:①梁端包套：梁裂縫和破損，一般多集中在主拉應力較大的梁端。然而，對絕大部分超靜定結構的橫梁來說，近梁端處不僅主拉應力大，而且上部彎曲拉應力亦大。因此梁近端上冀緣，加固補強時，不宜打開。欲保證梁上表面不破壞，那么只有采用梁下加腋包套的辦法來恢復正截面和斜截面的承載能力。這類構件在加固的承載力計算，只能將新舊混凝土截面視為各自獨立工作考慮，其承擔的彎矩按新舊混凝土截面剛度進行分析。②梁柱包套：根據許多沉降工程實例表明，某些劇烈的差異沉降，其破壞往往反映在梁柱交會的節點附近。此時最好把梁柱包裹在一起，進行一次性加固。包套加固時，首先把被加固的結構表面打毛。每隔5OOmm左右沿梁兩側鉆孔，以直徑大于1Omm的半開口箍穿下，并與下半開口箍搭焊在一起。③型鋼捆扎包裹法：鋼材是強度高、塑性韌性都比較好的材料，用它來加固因沉降而破壞的磚石砌體、混凝土或鋼筋混凝土構件，由于加固體和被加固體二者特性上的明顯差異，捆扎后及易松弛、繼續變形，鋼材強度也不可能充分發揮。用型鋼進行捆扎加固，操作簡單、施工速度快。因此盡管存在上述缺點，目前在處理沉降事故中仍廣泛采用。由于梁柱斷面多為方形或長方形，因此用各類型鋼加固其裂縫時，只能采用包箍的型式。不論采取什么樣的包箍的方法，都必須通過擰緊螺栓對包箍件預加壓力，以使它們和梁柱表面充分接觸、密貼結合。對于單梁，可直接在梁上比較大的斜裂縫中部位置上設一道螺栓包箍。預先在梁兩側的樓板上鉆孔，用U形螺栓自上穿下，固定在梁下表面的通常墊板上，這樣可以保持梁頂比較平整。如梁上鋪板或擱置其它構件，只須用高標號水泥砂漿抹面把鋼箍覆蓋起來即可。對于整體現澆鋼筋混凝土框架結構，梁柱裂縫大多集中在節點附近，因此，梁拴的捆扎包箍在構造上應形成互相聯系的整體。施工時，首先沿柱四角各打一穿過樓板的孔洞，四只包角角鋼同時穿下，兩端臨時用鋼夾板點焊固定。然后按預定位置，一對夾板配一對拉緊螺栓，逐次調整緊固后，再把各夾板的端部和包角角鋼焊接在一起。梁頭包箍，首先把下冀緣兩只包角角鋼，與已經固定在柱上的角鋼托點焊固定，然后依次用U形螺栓，自下而上經梁兩側鉆孔固定樓板面上。最后用細石混凝土和高強度水泥砂漿，將樓板上的全部孔洞填塞、抹平。

參考文獻

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