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  • 多层建筑墙体沉降裂缝的分析与预防措施
    发布时间: 2014/3/23 20:37:26   查看次数: 9336 

    1 概述

    随着住房商品化的发展,多层建筑的墙体裂缝已成为一种建筑质量通病。墙体裂缝的存在不仅影响观感和使用功能,甚至在地震和其他荷载作用下,会提前引起建筑物的破坏,因此应引起重视,采取措施减少和防止裂缝的产生。

    墙体裂缝的形式有多种,产生的原因也不同。导致墙体裂缝形成的因素主要有砌体材料特征、环境温度变化、地基不均匀沉降以及施工因素等。本文主要对地基不均匀沉降导致的墙体裂缝(沉降裂缝)进行分析,并介绍相应的预防措施。

    2 沉降裂缝形成原因分析

    建筑不均匀沉降会引起建筑物纵横向不规则弯曲变形,当建筑物整体刚度较差,基础不足以调整因沉降差而产生的应力时,便在砖砌体的某些部位产生拉应力和剪应力。而当砌体抗拉、抗剪强度不足以抵抗变形压力时,便产生裂缝。引起地基土不均匀沉降主要有地基土的性质和建筑物本身设计与使用方面的因素。

    2.1 地基土性质方面的因素

    1)   建筑物所处地基不均匀,特别是建筑物场地有深浅不一的软弱土层、坑、塘、暗沟,如果没有摸清位置或采取措施不当,建筑物难免发生不均匀沉降,设计或施工时如果采取的措施不当,势必会引起墙体的开裂。

    2)   有些较软弱地基如淤泥、淤泥质土、杂填土等压缩性的土层,即使土层均匀,但由于压缩模量较小,强度较低,在荷载作用下变形较大,即使在小荷载差异下也会引起不均匀沉降。

    3)   地下水变化。因建筑物周围某些条件变化,使建筑场地地下水位升高,或上下水管道渗漏,地表水渗入建筑地基,长期浸泡,使得土质软化甚至冲刷淘空,导致不均匀沉降。此外,地下水位较高的软土地基中,因邻近工程施工采用人工降低地下水位措施,造成原有房屋地基产生附加沉降而导致墙体开裂。

    4)   地基边坡破坏。场地位于陡坡边缘的建筑,由于地面高差较大,边坡稳定性不足,再加上地基附加应力的作用,使边坡失稳、滑移,沉降不均匀,造成墙体开裂。

    5)   相邻建筑物影响。当在原有建筑物附近修建新建筑时,因相邻建筑对地基土的附加应力作用,使本已沉降稳定的砌体结构出现了不均匀沉降。这种不均匀沉降在旧建筑距离较近且新建筑基础埋深低于旧建筑物时较为严重,有时甚至危及到建筑物的安全使用。

    2.2 建筑物设计与使用方面的因素

    1)   建筑物体型布置不合理。为了追求建筑造型,建筑体型设计过于复杂,如平面转折多,形状复杂;长条形房屋过长,长高比较大;建筑立面变化大,层数差异;开设大门大窗,墙体被削弱等。复杂的体型使得建筑物整体刚度较差,荷载上的差异加剧地基的不均匀沉降,导致墙体产生裂缝。

    2)   基础设计不当。设计人员设计马虎,计算不认真,有的不作计算,照抄其他建筑物的基础方案,造成基础型式不当,基础刚度和基础尺寸不足;有些工程未进行地质勘察,使设计无准确依据,只凭借经验或邻近建筑物的地质情况来判断地基土质,使得建筑物基础座落于某些不稳定土层上,造成地基和基础及其上部结构没有成为一个整体,导致墙体开裂。

    3)   建筑物使用不当。随着房屋用途的改变,荷载随之增加。在室内地面堆放超越设计要求的大面积荷载,使地基土附加应力剧增,导致建筑物不均匀沉降,墙体开裂。

    3 沉降裂缝的形式和特点

    不均匀沉降引起的裂缝一般有以下几种表现形式及特点:

    1)   房屋墙体上出现阶梯形斜裂缝是不均匀沉降引起裂缝的一种典型现象,裂缝一般发生在建筑物下部墙体最薄弱的部位上(如窗台和过梁等部位),以及墙角处,由下往上发展呈正八字、倒八字裂缝,通常还伴有地面的开裂沉陷。当某一端下沉过大时,则在某端形成沉降端高的斜裂缝;当长条形的建筑物中部沉降过大,墙体发生正向挠曲,则在房屋两端由下往上形成正八字缝,且首先在窗对角突破;反之,当两端沉降过大,墙体反向挠曲,则形成的两端由下往上的倒八字缝,也首先在窗对角突破。裂缝宽度由窗口向外延伸,由大变小。

    2)   竖直裂缝大多发生在纵墙或横墙中央的顶部和底层窗台下,裂缝上宽下窄。如果顶层设有钢筋混凝土圈梁时,则中央顶部裂缝较少。当纵横墙交接处沉降过大,则在窗台下角形成上宽下窄的竖缝。此外,当外纵墙凹凸设计时,由于一侧的不均匀沉降,还可导致在此处产生水平推力而组成力偶,从而导致此交接处的竖向裂缝。

    3)   水平裂缝一般发生在窗间墙的上下对角处,常成对出现,沿灰缝错开,沉降大的一边裂缝在下,沉降小的一边裂缝在上。

    4 沉降裂缝的预防措施

    由于建筑物不均匀沉降而引起的墙体裂缝属于不稳定裂缝,一般均有继续发展的趋势,从不稳定到稳定往往持续较长时间,严重者会一直发展下去使建筑物呈危险状态甚至破坏。对于不均匀沉降引起的墙体裂缝应以预防为主,即在勘察、设计和施工中采取适当的技术措施 [1],避免或减少沉降裂缝的产生。

    4.1 确保勘察报告的真实性和可靠性

    地质钻探报告的真实性如何,对多层住宅的沉降大小关系很大,工程地质报告要正确反映土层性质、地下水和土工试验情况,并结合设计要求,对地基做出评价,对设计和施工提出某些建议,例如采用何种型式的基础以及持力层的选用。必须提高地质勘测人员业务水平、政治素质和职业道德素质,加强其责任心,这样才能使钻探报告具有真实性和可靠性。

    4.2 建筑设计措施

    1)   多层住宅的平面形状应力求简单规则整齐,尽量避免形状复杂、转角太多,避免建筑物有显著的高差或荷载差异。

    2)   控制建筑物的长高比。一般经验认为,23层以上的砖承重房屋的长高比不宜大于2.5,对于体型简单、横墙间隔较小,荷载较小的房屋长高比一般不大于3.0

    3)   合理布置纵横墙。地基不均匀沉降最易产生在纵向挠曲上,因此一方面要避免纵墙开洞、转折、中断而削弱纵墙刚度,另一方面应使纵墙尽可能与横墙联结,缩小横墙间距,以增加房屋整体刚度,提高房屋调整不均匀沉降的能力。

    4)   合理设置沉降缝。凡不同荷载,长度过大,平面形状较为复杂,同一建筑物地基处理方法不同和有部分地下室的房屋,都应从基础开始分成若干部分,设置沉降缝,使其各自沉降。

    5)   合理安排相邻建筑物之间的距离。为减小相邻建筑物的影响,应使相邻建筑保持一定的间隔。在软弱地基上建造相邻的新建筑时,基础间净距应满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)的要求。

    4.3 结构措施

    1)   减低或调整基底附加压力。上部结构尽量采用轻型结构、轻质材料;下部基础采用自重轻、覆土少的基础型式,尽量减少填土或采用轻质填料,设置地下室等。

    2)   采用对不均匀沉降不敏感的结构。如采用铰接、三角拱等结构,地基发生不均匀沉降时不会引起过大的结构附加应力,避免结构产生开裂。

    3)   增强基础刚度。在软弱和不均匀的地基上采用整体刚度较大的交叉梁、筏形和箱形基础,提高基础的抗变形能力,以调整不均匀沉降。

    4)   合理设置圈梁。一般在建筑物上下各设置一道圈梁,下面的圈梁可设置在基础顶面处,上面的圈梁可设置在顶层门窗以上。层数更多的建筑,圈梁数可相应增多。圈梁在平面上应成闭合系统,贯通外墙、承重内纵墙和内横墙,以增强建筑物的整体性。

    4.4 施工措施

    1)   加强地基验槽工作。对于较复杂的地基,在基槽开挖后应进行普遍钎探,如果地基不符合设计要求,应由设计人员变更方案,将软弱部位进行加固处理后,方可进行基础施工。

    2)   砂浆的品种、强度等级必须符合设计要求。影响砂浆强度的因素是计量不准,原材料质量变动,塑化材料的稠度不准而影响到渗入量。

    3)   砖的品种、强度必须符合设计要求,砌体组砌形式一定要根据所砌部位的受力性质和砖的规格来确定,一般采用一顺一丁、上下顺砖错缝的切筑法,以大大提高砌筑墙体的整体性,当利用半砖时,应分散砌筑于墙中。

    4)   合理安排施工工序。一般按“先重后轻”的原则进行施工。对拟建的密集建筑群内如有采用桩基础的建筑物,沉桩工程应首先进行。

    5)   加强多层住宅的沉降观测,施工期间,施工单位必须按设计要求及规范标准埋设专用水准点和沉降观测点。主体结构施工阶段,每层结构层沉降观测不少于一次。

    5 工程实例[2]

    某厂职工宿舍楼建于1975年,该楼中部为4层,长28.8m,两翼对称为3层,长分别为14.4 m,房间进深为5.40m,开间3.60m,内走廊宽2.10m,内走廊及两翼部分下有1层地下室。采用砖混结构,毛石条形基础,纵横墙承重体系。带地下室的墙体基础埋深为-3.50m,其墙体基础埋深为-1.60m。建筑场地地势平坦,地层上部3.0m左右为杂填土和软塑粉质粘土,下部为可塑~硬塑粘土。该工程投入使用后不久,横墙普遍出现裂缝,在13道墙上出现“外高内低”45°方向的斜裂缝,较严重处缝宽2 mm3 mm,凿掉粉刷层发现砖砌墙体的砂浆缝均被拉开。

    针对墙体严重开裂的情况,对整栋房屋进行了强度验算,认为墙体产生裂缝的主要原因是基础不均匀沉降。即纵向内廊部分中心沉降小、两边沉降大而拉裂了墙体。具体分析如下:

    1)   基础持力层选择不当。原设计将内走廊两侧纵墙基础持力层放在下部可塑~硬塑粘土层上,埋深为-3.50m,而将中间部分横墙及外纵墙的基础落在上部软塑粉质粘土层上,埋深为-1.60m。补充勘测结果表明:建筑场地地层比较均匀,上部软弱层为黄褐色粉质粘土,承载力标准值为100kPa,压缩模量为3MPa,厚约2m,下部为可塑粘土层,承载力标准值为200kPa,压缩模量为6MPa9.4MPa,层厚大于5.0m,同一建筑的承重墙体基础不仅埋深差异较大,而且落在不同的土层上,且未采取任何处理措施,使基础产生了不均匀沉降,这是导致墙体开裂的主要原因之一。

    2)   横墙和外纵墙基础宽度不足。通过墙体验算,发现纵横墙的基底实际压力在150kPa左右,而持力层(上部软土层)的地基承载力仅在100 kPa左右,地基强度严重不足,内走廊两侧纵墙与外纵墙计算沉降达5cm左右,因此,基础宽度不足也是引起开裂的主要原因之一。

    3)   房屋整体刚度较差。房屋纵向未设伸缩缝,除设一道240mm×180mm的基础梁外,234层均未设圈梁和构造柱。整栋建筑整体刚度差,难以抵抗不均匀沉降。

    6 结语

    由于地基土性质和建筑物本身设计和使用方面的因素造成的地基不均匀沉降,常使多层建筑墙体产生裂缝,影响建筑物使用甚至危及建筑物安全,但只要在勘察、设计和施工中采取相应的措施,就能避免或减少裂缝的产生。本文仔细分析了沉降裂缝的形成原因,详细介绍了沉降裂缝的预防措施,并给出了相关工程实例,具有一定的参考价值。

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