某女子监狱五层框架结构填充墙裂缝分析与处理

2012-04-23牛金亮耿霞李文涛

城市建设理论研究 2012年35期

牛金亮耿霞李文涛

摘要：对某女子监狱五层框架填充墙产生裂缝进行了现场调查和检测分析，结合建筑物裂缝走向及结构的整体的变形等因素进行综合分析判断，确定填充墙裂缝产生的原因和处理方案。

关键词：框架结构；填充墙；裂缝；处理方案

Abstract: To take field investigation and analysis for a women's prison in five layer frame fill wall crack, combining with the building crack tendency and the overall structure of the deformation and other factors make comprehensive analysis and judgment, determining the filling wall crack and treatment scheme.

Keywords: frame structure; filler wall; crack; treatment scheme

中图分类号：TU71

前言

目前，框架结构填充墙裂缝的成因主要有四方面，一是温度变化产生裂缝；二是填充墙自身收缩产生裂缝；三是砌体材料的干、湿不稳定性产生裂缝；四是地基不均匀沉降引起裂缝。裂缝是固体材料中其中某种不连续的现象，在墙体中由于诸多内在因素的影响，墙体内产生形式多样的内应力，这种内应力在墙体砌筑完成，便已开始形成并一直会在墙体中发生变化，当变化过程中形成较大的应力集中，在墙体的某一部位，且该处的强度不足以抗衡时，该处则会产生裂缝并将这部分的集中应力逐步释放。本案例主要为地基不均匀沉降所致，仅供类似案例参照。

1、工程案例

建筑物为五层框架结构，修建于2000年，建筑物总体呈“凹”字形布置，建筑总长为45.0m，总宽为23.4m，建筑面积为4200㎡，层高均为3.2m，室内外高差为-0.45m，建筑物总高为18.2m。填充墙采用粘土空心砖，内墙深200㎜，外墙深370㎜，基础采用人工挖孔灌注桩，井桩混凝土强度为C20。

2、场地检测情况

2.1地基土检测现状

2.1.1素填土：深0.3～16.4米，以第三系砂岩粘土岩岩块及其残积物为主，密实度不均匀，稍湿。

2.1.2黄土状粉土：深1.40～6.00米，黄褐色-褐黄色，孔隙较发育，混杂较多圆砾及卵石颗粒，其含量均占全重的5～20%，稍湿，可塑～硬塑，稍密。

2.1.3粉质粘土：深6.20～11.30米，褐红～红褐色，交错层理，含白色钙质条纹及少量圆砾，稍湿，可塑～硬塑，稍密。

图1：探井布置及桩长示意图

2.1.4粗砂：深3.80～6.50米褐红色为主，浑圆形，以石英、长石、云母为主要成分，混杂少量砾卵石，稍湿，稍密。

2.1.5圆砾：深0.3～9.10米，埋深8.60～20.30米，杂色，亚圆形，主要成分为砂岩、石英岩、一般粒径20～50毫米，约占全重的20%，10～20毫米，约占全重的40～60%，砂土，粉土混合充填，稍密～中密。

2.1.6卵石：深埋9.5～22.2米，杂色，亚圆形，以石英岩、砂岩为主要成分，分选性较好，一般粒径20～50毫米，约占全重的60～70%，50～80毫米约占10～20%，最大粒径150毫米左右，颗粒间孔隙以沙土充填，稍密～中密。

2.1.7砂岩，粘土岩：深埋0.00～17.70米，棕红色，局部夹浅灰色条带，主要成分为石英，长石，云母及粘土矿物，碎屑或泥质结构，块状构造，胶结较紧密，承载力标准值fk=600kpa，地下水埋深22.20米。

2.2岩土的物理力学性质

该地基土天然含水量13.74%～14%，天然密度1.49～1.51g/㎝之间，天然孔隙等变化在0.824～0.887，压缩系数为0.35，属中压缩性土。

2.3场地湿陷性评价

根据《某女子监狱岩土工程勘察报告》及现场探井揭示，该场地地基土综合判定为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅳ级（很严重）。

2.4地基土浸水情况

现场开挖5个探井，探井位置见探井布置图，从土工试验可以看出，土质含水量大，已达到饱和。

2.5桩基分析

通过查阅质量保证资料，建筑物桩基埋深不一，其中14/C轴为最长桩基，最大埋深为25.9m，9/E轴埋深最小桩基，埋深长度为13.1m。各桩基埋深不同，桩端土层为中风化砂岩。

2.6地基检测分析

2.6.1场地地层结构分布具有明显的规律性，根据探井揭露，上部填土层和黄土层，物理力学性质较差。下覆砂岩层，层位稳定，是较好的持力层。

2.6.2根据现有资料及现场开挖检测试验结果，该建筑物地坪下沉的主要原因是地基土回填时未能夯实，由于浸水使地基土产生湿陷变形所致。建议对下沉部位进行回填夯实处理，压实系数应满足《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002和《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004中的有关要求。

2.6.3部分桩端土层为中风化砂岩，部分桩端未达到可靠持力层，桩端承载力降低，桩基产生不均匀沉降，下沉较大部位与下沉较小部位不同，出现相对位移，框架结构承受变形，因梁板挠度较大，使位于其上的填充墙变形，填充墙不适应框架结构的变形，便应力集中于填充墙上，使得墙体产生了附加拉力和剪力作用，当这一过程附加应力和剪力超出砌体的承载能力时，填充墙便产生裂缝。

3、上部结构现场检测情况

3.1建筑物沉降

为了确定填充墙产生裂缝后对结构的影响，对建筑物的沉降，倾斜及裂缝进行观测：

检测过程中采用BOIF AL322A型水准仪对某女子监狱框架结构进行相对沉降观测，同时采用石膏饼在裂缝处做了标示，观测无明显变化，通过沉降观测相对沉降值为-47㎜。建筑物相对沉降未超出现行国家规范《建筑地基基础设计规范》（50007-2002）的建筑物地基变形允许值0.003。

3.2建筑物的倾斜

在可以通视的情况下，采用BOIF TDJ2E型经纬仪，对某女子监狱框架结构进行整体倾斜变形观测。观测结果表明，某女子监狱框架结构最大倾斜变形发生在建筑物西南角，最大倾斜为7mm，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）第5.3.4条的规定，建筑倾斜为7/18200=0.0003＜0.004，满足规范要求。

3.3建筑物填充墙裂缝

对建筑物填充墙出现的裂缝进行了全面的检查，并对裂缝走向、数量及形态进行详细调查检测与分析，从这些裂缝的分布形态可归纳为以下几点：

3.3.1楼板裂缝

在一至二层/～轴位置均产生一道裂缝，在三层/～轴产生一道裂缝，在四层/～、/～轴处产生两道裂缝，裂缝最大长度6.30米，最大宽度3mm。

3.3.2外墙裂缝

主要在正立面及背立面向上一至四层，裂缝主要为斜裂缝，裂缝最大长度1.40米，最大宽度3mm；

3.3.3内墙裂缝

主要分布在～轴，裂缝主要分布在一至四层，裂缝为水平裂缝和斜裂缝，裂缝最大长度5.20米，最大宽度7mm。

综上所述，裂缝主要有以下特点：

①、上部轻，下部重； ②、裂缝主要为斜裂缝；

③、裂缝主要分布在～/～轴围成的建筑物上部区域。、

3.4构造措施检测

经过查阅图纸和现场凿开填充墙实地查勘，未发现构造柱。墙拉筋伸入墙体长度符合验收规范要求。

3.5主体框架构件

通过对建筑主体结构构件进行检测，梁、板、柱及梁柱节点处未发现明显的可见裂缝。

4、原因分析

4.1建筑物场地为沟壑地带，平整场地局部为回填，加之井桩的埋深长度不一，建筑物跨在沟壑上，场地土严重湿陷，根据对下沉井桩开挖检测井桩端部未达到可靠持力层，部分桩端土层为中风化砂岩，桩端承载力降低，桩基产生不均匀沉降，致使填充墙产生裂缝。

4.2井桩沉降错动，井桩埋深不一，导致产生相对位移，填充墙在附加拉力和剪力的共同作用下，附加应力超出填充墙的承载能力便出现有规律的裂缝。

4.3场地地层结构分布具有明显的规律性，根据探井揭露，上部填土层和黄土层，物理力学性质较差。下覆砂岩层，层位稳定，是较好的持力层。该建筑物场地填土层仍具有湿陷性，填方区湿陷等级为Ⅳ级自重性湿陷性黄土。湿陷性黄土为不稳定的黄色土，在一定压力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏，发生显著的附加下沉现象，湿陷变形时影响地基稳定的重要因素，这种特性会对结构带来不同程度的危害，使结构大幅产生不均匀沉降、倾斜，严重影响结构的安全使用。

4.4根据现有资料及现场开挖检测试验结果，该建筑物地坪下沉的主要原因是地基土回填时未能夯实，由于浸水使地基土产生湿陷变形所致。建议对下沉部位进行回填夯实处理，压实系数应满足《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002和《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004中的有关要求。

4.5由于地基土大量浸水，地基土产生湿陷变形，地基土对桩体产生负摩擦力，产生下拉荷载，桩基产生不均匀沉降，致使填充墙产生裂缝。

5、处理方案及建议

5.1鉴于目前建筑物变形及地基沉降基本趋于稳定，考虑填充墙裂缝属非结构构件，经观测主体梁、板、柱构件未发现裂缝，填充墙裂缝尚未影响主体结构构件，因此，仅对填充墙裂缝进行封闭抹灰处理即可。在使用期间不定期对建筑物整体进行变形观测。

5.2因场地的地质情况较复杂，设计方未对场地情况认真核实，构造措施考虑不周。也是填充墙裂缝产生的原因之一。

5.3施工单位应严格按照《砌体工程施工质量验收规范》（GB50203-2002）相关砌筑要求执行。

5.4监理单位在整个施工过程扮演角色十分重要。易按规范严格监督施工单位，使裂缝产生的几率降到最低。

6、结语

6.1通过对本案例的调查和检测，经过变形观测和石膏饼比对，建筑物填充墙裂缝基本稳定，未有继续发展的趋势。

6.2对井桩达到持力层的埋深要严格控制。

6.3根据场地土层情况和气候环境，相应的对建筑物提高构造措施，使填充墙裂缝极可能少的出现。

6.4在施工过程中按相应规范进行施工，不应再温度较高，不应超高超长砌筑。势必会减少裂缝的出现。