地基不均勻沉降建筑的檢測和鑒定

李文嶺

（1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；2.建研院檢測中心有限公司，北京 100013）

0 引言

近些年來，隨著建筑工程的快速發(fā)展，質(zhì)量安全問題也層出不窮，其中，因地基不均勻沉降導致結(jié)構(gòu)損傷的建筑越來越多。而這其中，既有建筑地基不均勻沉降引發(fā)的安全問題尤為突出。既有建筑的使用人員較多，其損傷也因此影響著較多人員，對受影響建筑的損傷易導致糾紛。為解決糾紛以及為建筑后續(xù)處理提供技術(shù)依據(jù)，一般需要對受影響建筑進行損傷原因分析和鑒定。造成地基出現(xiàn)不均勻沉降的原因很多，包括地基處理方法不當，地基處理施工質(zhì)量差，地基局部水位異常變化，地質(zhì)勘查疏漏，受建筑地下開挖、臨近建筑地基開挖、降水、地質(zhì)災害或濕陷性黃土、局部過大堆載影響等等。地基不均勻沉降導致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部開裂、局部或整體變形，改變結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力狀態(tài)，對受影響建筑的結(jié)構(gòu)造成較大損害［1-6］，嚴重的可造成建筑倒塌。例如，2009 年 6 月 27 日，上海市閔行區(qū)某 13 層建筑受局部堆載等影響，管樁折斷而整體傾倒，造成人員傷亡。

鑒于對地基不均勻沉降受損建筑的檢測和鑒定涉及巖土、力學、測量、建筑結(jié)構(gòu)等多個專業(yè)，相對常規(guī)項目檢測鑒定的內(nèi)容更多、更復雜，探討針對受不均勻沉降影響建筑的檢測和鑒定方法十分必要。本文通過一個因地基不均勻沉降嚴重受損的鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑的檢測鑒定工程實例，總結(jié)此類建筑檢測鑒定的主要內(nèi)容和基本方法。

1 工程概況

某鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑為單層門式剛架結(jié)構(gòu)，采用獨立柱基礎(chǔ)，建筑面積約 32 000 m2。因該建筑下面含煤層采煤挖掘過程中未采取坑道防護措施等原因，造成地面開裂、沉降，該建筑地基局部突然下沉，部分上部結(jié)構(gòu)和建筑構(gòu)件斷裂、嚴重變形。使用該廠房的企業(yè)因為建筑和設(shè)備受損、工廠生產(chǎn)受到影響，與采煤企業(yè)產(chǎn)生糾紛。為妥善處理糾紛，需對受損建筑的損傷情況進行鑒定，并為后續(xù)處理提供技術(shù)依據(jù)。采煤工作面井上下和受損建筑位置的對照圖如圖 1 所示，受損建筑室內(nèi)地面局部開裂情況如圖 2 所示。

圖1 采煤工作面井上下和受損建筑位置對照圖

圖2 受損建筑室內(nèi)地面局部開裂、錯動情況

2 檢測鑒定內(nèi)容

對于因地基不均勻沉降受損建筑的檢測鑒定，首要的任務(wù)一般是通過檢測、分析確定造成地基和基礎(chǔ)沉降的原因。經(jīng)專項鑒定，本建筑的地基沉降是建筑下面采煤挖掘過程中未采取足夠防護措施造成，不再檢測。根據(jù)實際情況，確定了下列檢測和鑒定內(nèi)容。

1）對該采煤工作面開采影響范圍內(nèi)（采空區(qū)）的沉降穩(wěn)定性進行勘探、檢查和評估，分析采空區(qū)上面地表移動的狀態(tài)，上覆受損巖層基本壓實的時間，地表變形的大小。為準確計算分析，現(xiàn)場進行了數(shù)個孔位的鉆探，鉆探深度達到采煤坑道底部。

2）進行建筑基礎(chǔ)沉降、地面和結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測，包括基礎(chǔ)沉降監(jiān)測、地面裂縫寬度監(jiān)測、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件變形監(jiān)測、設(shè)備基礎(chǔ)與吊車梁軌道豎向位移監(jiān)測，通過對上述沉降、變形的監(jiān)測，分別檢查地基的沉降穩(wěn)定性、基礎(chǔ)的不均勻沉降情況，以及上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形發(fā)展情況。

3）測量建筑上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件傾斜、變形，設(shè)備基礎(chǔ)和吊車梁軌道高差，并對結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑部件的損傷進行檢查、測定，以便檢查已有沉降、變形對結(jié)構(gòu)承載、設(shè)備生產(chǎn)和吊車運行的安全性與使用功能影響情況。

4）檢查建筑結(jié)構(gòu)實體與設(shè)計和施工規(guī)范要求的符合性。本項為建筑結(jié)構(gòu)的常規(guī)檢測內(nèi)容，也是建筑可靠性評定的必要依據(jù)。

5）通過對各項監(jiān)測、測量和檢查、檢測數(shù)據(jù)的整理分析，綜合已有地基、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的變形、損傷狀況及后續(xù)變化趨勢，鑒定建筑結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備的安全性和適用性，并對后續(xù)的結(jié)構(gòu)處理和安全使用提出建議。

3 檢測結(jié)果分析

對各項目的檢測結(jié)果進行整理、分析、驗算，目的是確定地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀與后續(xù)發(fā)展趨勢。

3.1 采空區(qū)沉降穩(wěn)定性

采空區(qū)上覆巖層的快速斷裂和沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定。鉆孔勘查、變形測量和計算分析結(jié)果如下。

1）采空區(qū)上覆巖層受到煤層開采影響出現(xiàn)不同程度的損傷，采空區(qū)還存有空區(qū)未完全塌落。

2）經(jīng)過一年的發(fā)展，特別是經(jīng)歷雨季期間的快速變形以后，工作面開采引起的地表移動接近結(jié)束，基本處于殘余變形的相對穩(wěn)定狀態(tài)。

3）建筑地基范圍內(nèi)地表變形計算結(jié)果如表 1 所示。

表1 建筑地基范圍內(nèi)地表變形計算結(jié)果 mm

3.2 地基沉降、地面和結(jié)構(gòu)變形

對地基沉降、地面和結(jié)構(gòu)變形共進行了一個月的觀測。觀測結(jié)果如下。

1）現(xiàn)場在廠房地面、柱基或柱根部布置了 100 個沉降觀測點和 5 個水準校核點。各沉降觀測點的觀測結(jié)果顯示，大部分測點呈沉降趨勢，少量測點上升，各測點中最大沉降 2.46 mm，最大上升 2.16 mm。部分測點的沉降速率在 0.05～0.07 mm/d，根據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》規(guī)定，建筑基礎(chǔ)沉降并未穩(wěn)定。

2）根據(jù)剛架柱的傾斜變形觀測結(jié)果，傾斜值較大的鋼柱相對集中，傾斜的方向性、規(guī)律性非常明顯（見圖 3）。最大側(cè)向位移為 71 mm。根據(jù)最終測量結(jié)果，所檢測的 102 處柱傾斜值，共有 70 處達到或超過 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》［7］規(guī)定的 C 級（不符合國家現(xiàn)行標準規(guī)范的安全性要求，影響整體安全），占測量總量的 68.6 %。

圖3 鋼柱的傾斜方向示意圖

3）根據(jù)吊車梁端部相對高差檢測結(jié)果，所測區(qū)段的吊車梁相對高差在 26.6～75.0 mm，其中單跨吊車梁最大高差 28.8 mm，共有 13 跨吊車梁的單跨頂面高差已超過 GB 50278－2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定的限值，兩次觀測期間吊車梁單跨高差變化量最大 1.85 mm。

4）對抽取的 20 條有代表性的裂縫（包括 14 條室內(nèi)地面裂縫和 6 條墻面裂縫）的測點寬度進行了測量。所測地面裂縫共有 11 條寬度增加，最大增加 1.1 mm，2 條寬度減小，均減小 0.2 mm，1 條寬度未發(fā)生變化。所測墻面裂縫有 1 條寬度增加（0.2 mm），3 條寬度減小，最大減小 0.8 mm，2 條未發(fā)生變化。

3.3 結(jié)構(gòu)損傷和非結(jié)構(gòu)損傷

經(jīng)現(xiàn)場外觀檢查，該廠房建筑和結(jié)構(gòu)的損傷主要體現(xiàn)在以下方面。

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷，包括：柱基礎(chǔ)移位，剛架柱間支撐連接破壞，剛架連接破壞，吊車梁連接螺栓松動或連接板移動，混凝土地圈梁和窗下系梁斷裂，砌體墻開裂，屋面水平支撐松動變形，剛架柱或梁別隅撐焊縫拉脫等。

2）其他非結(jié)構(gòu)損傷，包括建筑地面、屋面防水、門窗、裝修、消防等損傷，包括：設(shè)備基礎(chǔ)破壞，混凝土地面鼓起、下沉、開裂，地面裝飾破碎，散水開裂、移位，屋面防水和金屬板破壞，天窗變形、脫落，建筑門窗變形，管道和消防設(shè)施破壞等。

局部損傷的照片如圖 4、圖 5 所示。

圖4 圍護墻體斷裂錯開 圖5 構(gòu)件焊縫斷裂拉脫

4 結(jié)構(gòu)可靠性鑒定

結(jié)構(gòu)的可靠性，一般包括結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。沉降、變形、損傷等項目的檢測結(jié)果表明：①該建筑所在場地雖然已經(jīng)度過快速沉降變形階段，場地的殘余變形仍然較大，且殘余變形時間較長。②地基的沉降仍不穩(wěn)定，地基、基礎(chǔ)不僅已有較大不均勻沉降，后續(xù)沉降仍將持續(xù)較長時間。③部分柱基存在移位，結(jié)構(gòu)整體存在較大變形，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)明顯改變，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)嚴重損傷和過大變形，結(jié)構(gòu)已不適于繼續(xù)承載。④部分設(shè)備基礎(chǔ)、吊車梁受沉降影響失去使用功能。⑤建筑地面、墻體、屋面、門窗、裝飾層和室內(nèi)設(shè)施均遭到損壞，影響正常使用功能。

經(jīng)鑒定，該鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑的安全性嚴重不符合設(shè)計和國家規(guī)范要求，地基不均勻沉降、結(jié)構(gòu)過大變形和損傷已嚴重影響結(jié)構(gòu)整體承載，吊車和部分生產(chǎn)設(shè)備已不能正常使用且存在極大安全隱患，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性達到國家規(guī)范 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》規(guī)定的最差等級（四級），應停止使用并立即采取適當措施。

5 結(jié)語

對于因場地沉降而嚴重變形、遭受損傷的建筑，其可靠性鑒定較為復雜。本文通過對受嚴重場地變形影響的大型鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑的可靠性檢測鑒定，總結(jié)如下幾個關(guān)鍵因素。

1）場地沉降穩(wěn)定性的檢測和評估，地基不均勻沉降和結(jié)構(gòu)變形與損傷的監(jiān)測，是鑒定建筑已有損傷和后續(xù)變形影響的基礎(chǔ)。不僅應當監(jiān)測基礎(chǔ)的不均勻沉降情況，還應當監(jiān)測場地的變形、上部結(jié)構(gòu)的變形和裂縫等損傷，以及對變形敏感、與建筑使用安全和使用功能密切相關(guān)的設(shè)備基礎(chǔ)、吊車梁等部位的變形與損傷。

2）基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件變形大小、結(jié)構(gòu)整體和結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷程度的檢測，是結(jié)構(gòu)安全性鑒定的關(guān)鍵。

3）設(shè)備基礎(chǔ)、吊車梁及其他生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施，以及建筑圍護、防水、消防等非結(jié)構(gòu)項目的損傷檢查，是鑒定建筑適用性的重要內(nèi)容。

4）建筑結(jié)構(gòu)實體與設(shè)計和施工規(guī)范要求的符合性，是建筑可靠性評定的基本內(nèi)容。

5）對受場地變形影響建筑的鑒定，應綜合考慮場地和建筑已經(jīng)歷的變形和后續(xù)變化趨勢，結(jié)構(gòu)的特點和承載能力狀況，建筑構(gòu)件和生產(chǎn)生活設(shè)施等使用功能的狀況，以及結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量等相關(guān)因素。Q