朱金聲 王蕾 呂之浩
摘要:地下室獨立基礎或樁基礎加防水板是大多數建筑的通常做法。但由于設計、施工等原因造成防水板出現裂縫,通過中國北方一工程案例,分析裂縫產生的原因主要有:基礎沉降、防水板上移等因素。就該問題提出相應的應對辦法:基礎設置暗梁或拉梁,防水板下設一定厚度的易壓縮材料。提出工程案例的補救措施。
關鍵詞:防水板;裂縫;基礎沉降;凍脹土;裂縫處理
1 引言
由于人們對空間的利用要求,大多數現代城市建筑中都設有地下室。根據地質條件采用獨立基礎或樁基礎加防水板又是通常做法。這種做法受力清晰,設計計算簡單,施工速度快,相比筏板基礎鋼筋及混凝土用量少,是建設單位非常認可的做法。
2 工程案例概述
沈陽渾南新區某工程,地上七層,地下一層框架結構辦公樓,建筑面積約80000m2,地下室面積約13000m2。柱網8.4x8.4m?;A采用人工挖孔樁加防水底板,板厚350mmC30混凝土,配雙層雙向三級鋼Φ16@200鋼筋網,樁C25混凝土。樁基持力層為⑦礫砂層,樁端阻力特征值不小于2200Mpa,要求樁端進入持力層不小于1m。防水板座在②層粉質粘土,承載力特征值110Kpa。地質報告描述:②粉質粘土具有弱凍脹性,可塑狀態,具有中壓縮性分布連續。⑦礫砂呈中密狀態,工程地質較好,分布連續,厚度及均與性較好,為較強的樁基持力層。在地表下2.3~4.1m不同深度內見有上層滯水,整個勘察地段在16.5~17.0m深度內見有潛水,須考慮上層滯水和孔隙水的滲漏對樁的影響??v觀場地,除雜填土外為均勻地基。無不良地質作用,場地地基土較穩定,可以建設。
2016年底主體施工完成,2017年春,發現大部分中柱防水板與柱根交接處出現裂縫。而邊柱處很少破壞。其中最為嚴重的兩根柱,肉眼能看出底板與柱有相對位移。施工單位沿裂縫將混凝土剔掉,發現鋼筋已經變形。與該柱相連的樓梯結構,梯梁、梯柱、平臺板均出現裂縫。經檢測,構件截面尺寸、鋼筋、混凝土強度均滿足設計要求。施工時,樁頂與防水板間留有水平施工縫。
3 裂縫產生原因
根據現場裂縫情況,是柱和防水板發生相對位移產生的。能產生相對位移無非是兩種情況,一防水板凍脹上升,二樁基沉降。再結合地勘報告,推測本工程兩種情況均有發生。
3.1 防水板凍脹上升
本工程為跨年度工程,主體施工完畢進入冬休。具施工單位介紹,進入冬季前僅按設計要求將地下室周邊的回填土回填,沒有做其他的防凍措施。這樣,就給凍脹創造了條件。防水板坐落在②粉質粘土上,該粘土具有弱凍脹性,而且在勘察過程中發現這一圖層存在上層滯水,這樣又給凍脹創造了物質條件。2016年冬沈陽地區極冷溫度大約在-25℃,極冷平均氣溫大約在-12℃,沈陽地區標準凍深在-1.20m,那么在極冷期間,僅靠防水板不能對下面的土體起到保溫的作用,所以防水板上升原因,是②粉質粘土凍脹產生。
3.2 中柱處破壞嚴重邊柱處很少破壞的原因
從直觀感覺上應該是邊柱處破壞嚴重,中柱處于室內相對溫度高些,應該破壞較小。土體當中存有上層滯水加上土體具備腫脹性,在低溫條件下,土體體積變大。那么會有豎向變形和水平變形。處于邊柱下的土體在凍脹時,豎向受防水板的約束,體積沿水平方向膨脹,凍脹應力釋放到地下室周邊的回填土中,同時邊柱與混凝土外墻相連,抗剪切破壞的能力也有所提高。
3.3 樁基沉降
防水板和樁基之間產生相對位移產生裂縫,且與框架柱相連的梯梁、樓梯平臺角部上部結構也出現裂縫,可初步判斷樁基發生沉降。具施工單位描述,樁基施工時可能有個別樁進入持力層深度不足1m,且該位置樁有擴大頭,澆筑混凝土時可能有塌孔現象,造成樁底沉渣過厚,導致樁受荷后沉降,拉裂防水板。本工程中兩處破壞嚴重,加上施工單位描述的現場情況,可以推斷樁沉降是該兩處裂縫產生的主要原因。
3.4 防水板剪切型破壞
防水板受到的凍脹應力而破壞的,但板跨中并沒有裂縫,也沒有隆起的現象。究其原因,是板剪切破壞先于受彎破壞發生的。一般的,樁頭之間應設置拉梁或暗梁,能有效的調節樁沉降及提高板的抗剪能力。而樁基加防水板是否設置暗梁,規范中沒有明確的規定,由設計人員根據實際情況自己掌握。這樣,對某些不被注意的特殊地質條件,設計者根據自己的經驗,就沒有設置暗梁,導致出現問題。該工程,板與柱交界處,只有水平鋼筋網,抗剪只靠350mm厚混凝土,抗剪承載力不足,便沿柱根發生剪切破壞。凍脹應力沿裂縫釋放后,板跨中應力較小,板是整體上升的,所以沒有出現裂縫和隆起的現象。
4 工程案例補救措施
以上就裂縫現狀進行分析。現場應進行沉降觀測及對地下室各點標高進行勘測。若樁未能達到設計要求時,應采取補樁加固的措施。由于只施工了主體,荷載只占全部的50%~60%。建議施工地上部分的下一步工程,砌筑填充墻,看裂縫是否進一步發展。當裂縫不再發展時,將裂縫剔開,清楚裂縫雜質灰塵,用混凝土粘和劑堵縫;粘和劑硬化后,采用低壓持續注射方式灌入裂縫灌注劑;粘接完畢后,做好防水工程,建議整個地下室全部做內防水。與柱相連的樓梯,各構件破壞嚴重,建議重新施工。
5 應對辦法
綜上所述,設計人員應對每個項目予以高度重視,不是所有通常做法適合任何工程,建筑產品的特點就是唯一性,我們就本項目提出以下應對方法:
認真閱讀地勘報告,不光關心持力層的相關數據,對于每個土層都要研究。特別是關于地下水、凍脹性 液化等的描述,若不清楚可請地勘部門解釋或補充勘測。
從設計計算角度,很難確定凍脹應力的具體數值。建議在防水板下設置一定厚度的易壓縮材料,如聚苯板或松散膠渣等。這時防水板僅考慮水浮力的作用,不考慮地基反力的作用。也不會受凍脹力。
參考文獻:
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[2]工程結構裂縫控制 王鐵夢 著 北京 中國建筑工業出版社 2009
[3]建筑結構施工圖設計文件審查常見問題分析 北京 中國建筑工業出版社 2010