受基坑開挖影響的既有混凝土框架住宅安全性檢測與鑒定

金 平，溫 強，邱 斌，2，3

（1.云南省建筑結構與新材料企業重點實驗室，云南 昆明 650223；2.昆明市建筑工程結構安全和新技術重點實驗室，云南 昆明650223；3.云南省建筑科學研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

近年來，出現了諸如“泉州欣佳酒店”“山西省臨汾市襄汾縣陶寺鄉陳莊村聚仙飯店宴會廳”及“武漢新洲自建私房垮塌”等建筑結構倒塌事故，造成多人死亡和受傷，造成了不好的負面社會影響。同時，也出現了諸如“龍潭空中花園基坑事故”“華瑞大廈基坑事故”及“海珠城廣場 B 區事故”等基坑倒塌的事故，不僅造成基坑本身倒塌，影響工程進度，同時也對基坑周邊建（構）筑物的安全和使用造成了顯著影響。因此，在進行結構安全性檢測鑒定時，應充分關注結構周邊地質和地理狀況，若有正在施工的基坑、邊坡等應引起充分的關注，方能合理、完全地對結構安全性能進行鑒定。

本文介紹一個受基坑開挖影響的既有混凝土框架住宅安全性檢測與鑒定的工程項目，為同類型檢測鑒定項目提供參考。

1 工程概況

某住宅為地上 6 層的混凝土框架結構建筑，1998 年設計出圖，房屋總高為 17.570 m，筏板基礎，筏板厚 300 mm，抗震設防烈度為 8 度（0.20g），框架抗震等級為二級，設防分類為丙類，場地類別為 III 類，填充墻采用黏土空心磚。構件設計強度分別為：一層梁板柱C 30、二層梁板柱 C 25、三層及以上各層梁板柱 C 20，各層樓梯均為 C 20。

本住宅一層為車庫、二層至六層為躍層式住宅，分別為二層躍三層為一戶，四層躍五層、六層為一戶，上人屋面、屋頂局部有不銹鋼或輕鋼結構出屋面房間，屋頂局部有覆土以形成屋頂花園，同時屋頂局部設有魚池、假山等構筑物。

在住宅西南側最近距離約為 9m 處曾進行另一項目（以下簡稱“ B 項目”）的基坑施工，基坑用地紅線距離住宅為 1.0～4.7 m，在該住宅小區一側，最大開挖深度為10.65 m（采用直徑 1 200mm 支護樁 +1 道直徑 609 mm鋼管水平支撐+直徑 600 mm 的止水帷幕樁支護），最小開挖深度為 9.5 m（采用高 3.3 m 寬 4.6 m 取臺卸荷+直徑 1 200 mm 雙排支護樁+直徑 600 mm 的止水帷幕樁支護），帷幕樁與支護樁套攪搭接，故坑壁樁間土不再掛網噴混凝土處理。

住宅一側基坑開挖約在 2014 年 4 月開始，施工過程中在坑外共設置 23 個水位監測井和 24 個回灌井，進行基坑樁頂水平及垂直位移監測、相鄰建筑水平及沉降監測、周邊（道路）地標沉降監測、相鄰建筑（橋墩）沉降及水平監測及地下水位監測。

該住宅在 B 項目基坑施工過程中曾發現室內墻體局部出現開裂現象，在主體結構施工完成后發現住宅墻體開裂有明顯變化，同時，B 項目施工過程中對住宅的證據保全工作欠佳，因此，為確保基坑施工是否對住宅安全性造成影響，特進行安全性檢測鑒定，現場檢測時基坑支護施工、土方開挖等已完成近 2 年之久。

2 檢測項目及結果

2.1 地基基礎部分

通過地基基礎的變形在上部結構的反應（不均勻沉降裂縫與垂直度偏差）對地基基礎進行檢測，結果如下。

1）經現場檢測，上部承重結構（梁柱體系）未出現明顯的地基不均勻沉降裂縫，但車庫縱向填充墻出現斜向開裂，開裂示意圖如圖 1 所示，其中“39”等數字表示車庫號，裂縫寬度為最大裂縫寬度，各車庫單獨裂縫示意圖中左側墻為左橫墻、右側墻為右橫墻、中間墻為縱墻。

圖1 車庫填充墻開裂示意圖（單位：mm）

2）在小區一側的外縱墻二層及以上各層窗下角均出現較明顯的斜向開裂。

3）小區外側靠近 B 項目一側周邊地坪多處出現如圖 2 所示的破損、開裂。

圖2 住宅小區外周邊地坪開裂

4）采用全站儀與鋼尺對住宅垂直度偏差進行檢測，結果表明：10 個測點中最大垂直度偏差為 50 mm，觀測高度 H 約為 9 000 mm，其傾斜率為 0.56 %。

2.2 上部主體結構

2.2.1 結構構件及室外檢測

根據文獻［1］相關要求，針對住宅結構構件及室外損傷進行檢測，結果如下：

1）住宅梁柱均未發現結構性裂縫，填充墻及裝飾層出現不同程度的開裂，室外混凝土地坪存在明顯開裂、下沉等破損現象；

2）填充墻抹灰龜裂，滲水、抹灰脫落等；

3）填充墻與梁柱交接部位開裂；

4）裝飾裝修部件與原房屋梁柱板墻等構件交接部位開裂；

5）樓板開裂滲水；

6）衛生間、廚房等部位瓷磚開裂；

7）個別墻面出現斜向開裂；

8）除兩處梁出現非受力裂縫外，梁、柱及其節點均未發現受力裂縫，部分梁柱抹灰明顯開裂。

2.2.2 承重構件強度檢測

根據文獻［2］的相關規定，采用“回彈法”對住宅混凝土梁、柱進行混凝土抗壓強度現場檢測，結果如下：

1）各檢測批現場抽檢混凝土強度平均值介于18.6～30.3 MPa；

2）首層與二層梁柱的混凝土強度小于設計混凝土強度等級；

3）首層梁柱混凝土強度均值為 C25，其他各層梁柱混凝土強度均值為 C20。

2.2.3 結構抗震措施抽檢

根據文獻［3］第 1.0.4 及 1.0.5 條，后續使用年限不應少于 40 年，按 B 類建筑、設防烈度 8 度（0.20g）針對“建筑高度”“結構體系”“混凝土強度”“框架布置”“梁的截面尺寸”“柱的截面尺寸”“框架梁箍筋加密區箍筋最大和最小直徑”“框架柱箍筋加密區箍筋最大和最小直徑”“框架柱軸壓限值”共計 9 項抗震措施進行了抽檢，結果表明，其中“混凝土強度”“框架布置”“軸壓比限值”及“梁截面尺寸”4 項不符合規范相關要求。

2.3 圍護系統承重構件及其他檢測

根據文獻［4］的相關要求，對本住宅的圍護系統進行檢測，主要結果如下：

1）門窗基本完好，未發現明顯可見的門窗框變形等問題，說明門窗上部的過梁等圍護系統的承重構件基本完好；

2）部分頂板存在開裂且局部有滲水痕跡，部分陽臺出現積水現象；

3）部分圍護墻體開裂，表面瓷磚及抹灰潮濕、空鼓、脫落；

4）屋頂防水老化、局部破損。

3 結構承載力復核

3.1 屋頂恒活荷載

住宅屋頂有不銹鋼或鋼結構出屋面層、魚池、假山、覆土等設計之外的荷載，故屋頂恒荷載及活荷載按實際荷載分布考慮。

3.2 主要荷載及強度參數取值

1）考慮到較多住戶采用自重較大的石材進行墻面、地面進行裝飾，故偏于安全考慮，恒荷載適當取大值，不計板自重恒載取 3.5 kN/m2；

2）考慮到頂樓住戶不同程度地設置了屋頂花園，部分住戶在屋頂進行花卉養殖，屋頂不同程度地存在加建輕鋼結構屋面、活動板房等現象，故不計板自重恒載取 4.0 kN/m2；

3）樓面活荷載按文獻［4］中 5.1.2-3 及附錄 J.0.2 條規定應按 GB 50009－2012《建筑結構荷載規范》［5］規定取值，其中廚房為 2.0 kN/m2，衛生間為 2.5 kN/m2，樓梯為 2.0kN/m2，陽臺為 2.5 kN/m2，其他區域統一采用2.0 kN/m2；

4）屋面活荷載考慮到頂樓住戶不同程度地設置了屋頂花園，部分住戶在屋頂進行花卉養殖，屋頂不同程度地存在加建輕鋼結構屋面、活動板房等現象，導致屋面變成實際的上人屋面及屋頂花園，同時考慮屋頂不同程度地存在隨機擺放盆栽的情況，將隨機擺放的盆栽按活荷載考慮，故綜合 GB 50009－2012《建筑結構荷載規范》關于屋面活荷載的規定及實際情況將活荷載調整為 3.5 kN/m2；

5）風荷載在多層建筑中可不考慮，復核時仍按設計值計算，即 0.25 kN/m2；

6）各層混凝土強度取各層實測強度均值，其中首層為 C 25、其他層為 C 20。

3.3 主要計算結果

不考慮地震作用的計算結果主要如下：

1）未出現梁截面超筋現象，表明梁截面尺寸符合要求；

2）部分梁跨中截面配筋略小于計算所需配筋，其他各單元梁截面配筋均不小于計算所需鋼筋，表明配筋符合承載力計算要求；

3）柱軸壓比均小于 1.0，說明靜力作用下柱混凝土部分已基本能承受所分配之軸壓力，同時計算所需配筋面積均較小而實際配筋面積較大，故不對柱配筋進行比對。

考慮地震作用的計算結果主要如下：

1）地震作用下梁端實配鋼筋基本小于計算所需鋼筋，即實配鋼筋不滿足承載力計算要求；

2）一層至三層均出現不同數量的剪壓比超限及最大配筋率超限的梁，表明在實測混凝土強度下梁截面偏小；

3）梁底配筋與不考慮地震作用時的計算結果差異不大，故不對其配筋進行比對；

4）住宅各層均出現較多數量的節點域抗剪承載力不足的現象；

5）住宅各層均不同程度地存在框架柱軸壓比超出限值 0.8 的框架柱；

6）一至三層不同程度地出現柱縱筋配筋超限的現象，表明在實測混凝土強度下柱截面偏小。

4 住宅安全性鑒定

4.1 地基基礎部分

住宅垂直度偏差的斜率最大值為 0.56 %，該值略大于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》中1/200=0.5 % 的限值，但未發現承重構件出現裂縫、變形或其他局部損壞跡象，根據縱橫向填充墻斜向開裂規律判斷，住宅出現一定程度的、未導致主體結構出現開裂損傷的不均勻沉降，且中部沉降大于其兩側沉降量，結合文獻［4］中 7.3.10 與 7.2.3 判定住宅地基基礎目前的安全性等級為 Bu 級。

4.2 上部承重結構部分

不考慮地震作用時，住宅個別梁縱筋不滿足計算要求，考慮到現場檢測中未發現梁體出現抗彎承載力不足的現象（如未出現受彎開裂等現象），故判定該幢在不考慮地震作用時仍可正常承載；而在考慮地震作用時該幢梁端縱向配筋基本不滿足計算配筋要求，一層至三層同時也出現了較多抗剪承載力不足的節點，而節點抗剪承載力對整個房屋結構在地震作用下的抗震承載性能至關重要，同時一、二、三層均出現不同數量的軸壓比超限的柱，因此，綜合評定住宅結構安全性為 Cu 級。

4.3 圍護系統承重部分

的門窗基本完好、頂板局部滲水、填充墻體局部開裂、抹灰局部潮濕、空鼓、脫落，尚不影響該房屋的結構安全性，故圍護系統部分的安全性等級均評為 Bu 級。

4.4 住宅安全性

不考慮地震作用時基本可以正常工作，但考慮地震作用時出現顯著不符合規范要求的配筋、軸壓比及節點域抗剪等問題、同時考慮到地震發生的不可預知性并結合 GB 50068－2001《建筑結構可靠度設計統一標準》［6］中對結構在規定設計使用年限內應滿足功能的要求，綜合分析地基基礎、上部承重結構及圍護系統承重部分的安全性等級，判定住宅的結構安全性等級均為 Csu 級，即“安全性不符合標準對Asu級的要求，顯著影響整體承載，應采取措施，且可能有少數構件必須立即采取措施。”

5 住宅安全性分析

5.1 房屋自身狀況

房屋底層為車庫及商鋪，在車庫與商鋪分隔位置縱向設置一道砌體填充墻，因車庫及商鋪需求，在前后最外側兩道縱軸線上設置卷簾門而無填充墻，導致房屋結構在縱向抵抗變形的能力較弱，同時由于框架比填充墻的變形能力及承載力（強度）高于填充墻，故在地基基礎不均勻沉降作用下若出現開裂，則開裂會首先出現在填充墻上，而后出現于框架。

房屋底層以上各層為住宅，縱橫向砌體填充墻相對較多，填充墻會在一定程度上增加房屋剛度，房屋上部結構實際剛度較底層大，實際房屋結構的受力性能及抗震性能介于框架結構與底框—抗震墻結構或框支剪力墻結構之間，在地震作用下底部有可能成為軟弱層和（或）薄弱層，對結構抗震不利。

5.2 基坑開挖的影響

住宅一側基坑在施工過程中進行了基坑樁頂水平及垂直位移監測、住宅水平及沉降監測，根據監測結果可得以下規律：

1）建筑水平位移及其沉降規律基本一致，均在第44期前后開始出現水平及沉降量陡增的現象，且通過目前的水平位移及沉降數據無法判斷水平位移及沉降是否已經穩定；

2）基坑水平位移量無明顯陡增現象，基坑沉降量在第 42 期后出現陡增現象；

3）建筑水平位移及沉降量與基坑沉降量出現陡增現象基本同期出現；

4）位于住宅一側的基坑最終沉降量較大值集中在房屋中部區域，位于住宅一側的基坑最終水平位移無明顯規律；

5）通過建筑最終水平位移可知，橫向而言，靠基坑一側與小區內側水平位移量基本相同，說明建筑水平位移在橫向表現為平移；縱向而言，住宅中部總體水平位移大于兩側，說明建筑水平位移在縱向表現為不均勻水平位移，即建筑陽角處水平位移較大；根據基坑監測資料表明，住宅總體向基坑一側發生水平位移；

6）通過住宅沉降觀測結果可知，橫向而言，靠基坑一側建筑沉降量總體大于小區內側，說明建筑沉降在橫向表現為不均勻沉降；縱向而言，住宅中部總體沉降大于兩側，說明建筑沉降在縱向表現為不均勻沉降。

5.3 結構自身缺陷和外力造成的損傷對房屋結構的影響

1）住宅底層設置了一道縱向砌體填充墻，同時基坑水平位移及沉降與建筑水平位移及沉降間具有一定的相關性，說明建筑不均勻沉降、傾斜及底部填充墻開裂的外因是基坑水平位移及沉降，內因是縱向填充墻較少且變形能力及承載力（強度）較框架弱，導致開裂變形現象集中于填充墻。

2）檢測現場完成之時的房屋主要表現為不均勻沉降導致填充墻出現明顯開裂等損傷，但框架梁柱及其節點上未發現明顯開裂、變形等損傷，即不均勻沉降尚未明顯影響梁柱等承重結構及其構件的承載性能。

5.4 規范變遷的影響

住宅梁柱節點域抗剪能力不足是導致結構安全性能降低的主要原因之一，結合相關文獻進行分析得知，梁柱節點抗剪承載力不足主要有以下幾方面原因。

1）規范提高：新版 GB 50011－2010《建筑抗震設計規范》［7］及 GB 50010－2010《混凝土結構設計規范》［8］對節點核心區抗剪計算中的強節點系數進行了提高，在本項目中體現在舊版規范［9，10］二級框架結構的強節點系數為 1.20，而新版規范中的該系數為 1.35，規范強節點系數的提高直接導致節點域抗剪計算時的剪力設計值比舊版規范增大 1.125 倍。

2）梁截面尺寸影響：個別梁截面尺寸低于該側柱截面尺寸的 0.5 倍，節點核心區截面有效驗算寬度降低，導致節點域剪力限值降低。

3）梁柱軸線偏心影響：個別梁柱中線不重合且偏心大于柱寬的 0.25 倍，核心區截面的有效驗算寬度一定程度的降低，導致節點域剪力限值降低。

4）節點核心區混凝土強度影響：梁柱節點核心區混凝土強度較低（最高 C 25），導致核心區節點域剪力限值降低。

6 結語

通過本項目的檢測鑒定過程，可為類似項目提供以下經驗以供參考：

1）當被鑒定建筑周邊有正在施工的基坑或在使用歷史上出現基坑在其周邊施工的工況時，在評定該建筑的安全性時，應充分考慮基坑變形對其安全性能的影響；

2）考慮基坑變形對被鑒定建筑結構安全性影響時，應結合臨近建筑一側基坑變形與建筑沉降及水平位移，著重分析基坑變形與建筑變形間的關系，進而分析所產生變形對建筑結構安全的影響；

3）分析時應區分建筑面向基坑一側沉降規律與背向基坑一側沉降規律是否一致，同時也應注意建筑不均勻變形的數據，以正確分析建筑沉降及基坑變形對建筑安全性的影響；

4）為了切實確保基坑施工期間基坑周邊建筑的安全，應在基坑施工前和施工完成后及時進行建筑的證據保全檢測工作，以免造成施工完成后建筑出現安全隱患而無法有效確定基坑施工是否造成影響的困難。Q