某商城屋面空心楼盖施工事故分析与处理

熊之舟

(国贸地产集团有限公司　福建厦门　361010)



某商城屋面空心楼盖施工事故分析与处理

熊之舟

(国贸地产集团有限公司福建厦门361010)

GBF薄壁方箱现浇混凝土空心楼盖是最近几年国内发展起来的结构新技术，具有自重轻、抗震作用小等优点。但对现场施工要求较高，其施工工艺与传统做法有一定区别。某在建工程因天气等原因，造成屋面空心楼盖局部坍塌事故。现场查勘发现绝大部分薄壁方箱内普遍存在积水、积浆现象。通过对GBF薄壁方箱的构造组成及施工过程的分析，探求造成薄壁方箱密封性不足的原因以及设计、施工中存在的问题；提出合理、安全和可操作的加固恢复方案。

现浇混凝土空心楼盖；GBF薄壁方箱；坍塌事故原因；事故处理；恢复加固设计

0　引言

随着大型商业综合体的不断建设，为满足大空间、大跨度柱网的需要，近几年已有不少项目采用GBF薄壁方箱现浇混凝土空心楼盖体系。但因薄壁方箱空心楼盖在结构设计和施工等诸多环节与传统楼盖做法有一定区别，特别是在施工方面；若对其施工工艺的特殊性没有引起足够重视，就有可能出现问题。本文以某商城屋面空心楼盖为例，对其施工中出现的坍塌事故成因做剖析，并对后续加固恢复提出合理的实施方案。

1　工程概况

某商城为一个集超市、百货商场、休闲餐饮及影视娱乐等功能于一体的大型商业综合体。项目总建筑面积约为16.4万m2，其中地下2层，约7.96万m2，地上4层(局部5层)，约8.44万m2；建筑总高度为23.9m。商城第四层为包括1个巨幕厅和7个普通厅的影视厅和设有1个大型宴会厅的酒楼。

本项目主体采用现浇钢筋混凝土框架结构，柱网轴线尺寸主要为10.8m×8.4m。四层中庭北面酒楼大型宴会厅和影视厅因使用功能需要，对建筑净高、跨度、面积等要求较高，其各功能房平面轴线尺寸分别为：酒楼大型宴会厅(7～11 轴×J～M 轴)43.2m×25.2m，影院巨幕厅(17～21 轴×K～N 轴)42.2m×25.2m，影院普通厅(12～14 轴×K～N 轴)21.6m×25.2m，(12～14 轴×H～K 轴、15～17 轴×H～K 轴、15～17 轴×K～M 轴、19～21 轴×H～K轴)21.6m×16.8m，(17～19 轴×H～K轴)20.6m×16.8m。该部分四层至屋顶层为大空间跃层结构，层高为8.7m，其中影院巨幕厅L～N轴延伸至三层，局部高度为13.8m，且跨度很大。为保证建筑总高度不超过24m，并有效提高室内净空高度，其屋面板结构采用GBF薄壁方箱现浇混凝土空心楼盖[1]，详见图1、图2。

GBF薄壁方箱现浇混凝土空心楼盖是一种由暗梁或明梁、非抽芯式薄壁方箱内置模、箱间腹肋、箱顶和箱底现浇混凝土板等构件组成的结构楼盖体系。根据不同柱网、板跨、荷载等具体要求，本项目屋面空心楼盖设计高度分为750mm、600mm和500mm三种，其内置薄壁方箱主要规格分别为900×900×550mm、900×900×450mm和900×900×350mm，箱体上下砼板厚度相同，分别为100mm、75mm和75mm。方箱自重设计要求不大于0.5kN/m2[2]。

为保证屋面空心楼盖施工质量，进一步了解薄壁方箱空心楼盖施工流程，施工单位先做了施工样板，并与设计单位、薄壁方箱供应厂家等参建单位共同对薄壁方箱检验、方箱拼装、方箱安装固定、钢筋绑扎、混凝土浇筑等过程进行全面研究和分析，以便发现其中存在的问题，明确正式施工应注意的事项[3]。2014年6月下旬开始进行第一块屋面空心楼盖(7～11 轴×J～M 轴)施工。

图1　屋面建筑平面示意图

图2　屋面结构平面示意图

2　施工事故简述

2014年8月19日，最后一块屋面空心楼盖(17～21轴×K～N轴)混凝土浇筑。在混凝土浇筑前及浇筑过程中多次突降大雨。当浇筑接近尾声时，18～20轴×L～N轴范围内的模板支撑突然失稳，发生局部坍塌。坍塌面积已浇筑混凝土区域约为200m2，未浇筑混凝土区域约为370m2。事故发生时因抢救及时，未造成人员伤亡。事故发生后，建设主管部门及建设单位立即组织专家对本事故进行全面调查。调查结果认定：坍塌区域屋面板施工为高大模板，其支撑系统专项安全施工方案及支撑系统搭设完成后，均已通过有关专家专项论证和验收；造成支撑系统坍塌的原因是由于屋面混凝土浇筑过程中多次突降大雨，致使内置薄壁方箱进水，导致模板支撑承受的荷载增加，从而造成支撑体系失稳坍塌；是一起因天气原因引起的意外事故。

3　事故原因分析

经对事故现场仔细勘察以及后续对已浇空心楼盖的结构检测，发现绝大部分空心楼盖薄壁方箱内普遍存在积水、积浆现象。个别积浆甚至充满了整个箱体。故判断薄壁方箱箱体在混凝土浇筑时已有孔隙存在，存在普遍密封性不足问题。经对GBF薄壁方箱的构造及施工过程的分析，主要原因如下：

3.1GBF薄壁方箱构造上存在不足

(1) 薄壁方箱箱体由两个开口方箱上下采用螺丝锁紧对接安装组成。方箱中间设有一个竖孔，其周边另有4个小竖孔，以增强箱体强度和浇筑混凝土时贯通及通气；箱体表面及侧面均有凹槽，以加固抗浮，如图3所示。虽箱体拼装是由厂家专人负责安装，但因箱体较大，大批量拼接精度存在偏差，且在施工搬运、现场安装过程中箱体易发生变形，致上下开口方箱错位，造成箱壁对接处和通气竖孔不密闭。

图3　GBF薄壁方箱构造示意图

(2) 薄壁方箱箱体拼接每边仅有3个对接点，平均间隔距离为220mm，转角处达440mm。当混凝土浇筑到箱体一半左右时，下部方箱会出现一定的侧压力，而上部方箱没有压力。因上下方箱对接点间距较大，其压力差易致下部方箱变形，产生缝隙。

(3) 现有空心楼盖的技术规程、行业标准及厂家产品说明书中均未对方箱壁厚作明确要求，仅对拼接后箱体抗压荷载提出检验标准。只要箱体抗压荷载满足要求且无裂纹和破损，即可判定为检验合格。其检测方式与检测结果判定不科学，也不符合现场施工工况。本项目所用的方箱壁厚现场实测约为2.8mm，但因施工期间正值气温最高时段，箱体经日照暴晒后容易变软，在混凝土浇筑过程中稍有挤压，就造成上下箱体发生变形。即使箱体没有裂纹或破损，但对接处已形成较大裂缝。

3.2薄壁方箱破损处理方法不当

有关技术规程和施工工法规定[2]，薄壁方箱箱体在安装过程中，因搬运造成箱体破损的应予以更换处理；但在钢筋绑扎和混凝土浇筑过程中因工人操作原因造成的箱体表面破裂，可用胶布进行修补。按此方式进行表面修补必然造成箱体整体刚度下降，导致混凝土浆体渗入箱体内。

3.3薄壁方箱破损处理措施不及时

为保证空心楼盖板底混凝土的密实度，本项目混凝土采用塌落度为250mm～280mm的自密实混凝土，和易性极好。在浇筑过程中，混凝土极易通过位于箱体底面和侧面不易被发现的破损或已发现未及时修补破损之处流入腔体。此过程不可逆，进入箱体混凝土无法再取出。

3.4屋面找坡设计不合理

为减轻屋面荷载，屋面设计采用双向结构找坡。混凝土浇筑是沿两边找坡方向自低处往高处对称进行。造成低处的箱体随着高处混凝土的浇筑而受到一定的侧压力，使箱体发生变形，箱体对接处的缝隙变大和竖孔错位，加剧混凝土浆渗入箱体内。

3.5现场施工预防保证措施不够

据现场施工记录及后续检测结果表明，从第一块屋面空心楼盖施工开始，就存在不同程度的混凝土超灌现象，最大超灌量达45%，远远超出正常的理论超灌值。一般情况下，当实际混凝土用量超过预算用量10%时就应预警，并预判后续实际超灌量。但现场施工并未引起重视并采取相应的防患措施。此外，对极端天气下施工作业的保护、处置措施亦不得当。高温时未对薄壁方箱箱体进行必要保护；持续暴雨时，又未及时排水，仍进行大面积混凝土浇灌。上述问题反映出现场施工管理对GBF薄壁方箱的箱体构造、性能、保护、处置等方面仍认知不深，对出现异常情况未引起足够重视，并采取预防措施。

4　事故后续处理

事故发生后，为防止出现二次坍塌，在确保安全的情况下立即对坍塌部位进行支撑加固，并着手制定坍塌区域的清理、拆除方案。拆除方案经专家专项论证后，有序展开坍塌现场的拆除清理工作。

同时，为使事故后续处理工作更加合理、安全和可操作性，特委托有经验的工程质量检测机构对事故影响区域结构及已施工的屋面空心楼盖进行全面的勘查和检测鉴定；并根据鉴定结果，在原设计单位核查复算的基础上，委托第三方对原屋面空心楼盖设计进行全面的复核验算，最终制定具体、可行的加固恢复方案。

4.1现场勘查与检测鉴定

对坍塌部分的薄壁方箱腔体内普遍存在积水积浆，及坍塌造成周边相邻柱、梁、板等构件和下层楼盖出现变形、开裂损伤等情况，委托检测机构对已施工完成的空心楼盖结构进行原位试验和结构检测。检测内容包括：通过板底钻孔方法检测已施工空心楼盖薄壁方箱腔体内混凝土的灌入情况；通过原位试验检测已施工较大跨度空心楼盖在自重作用下的挠度变形、裂缝开展、钢筋应变等情况；并对空心楼盖板及其周边梁、柱现龄期混凝土强度、钢筋力学性能和钢筋分布情况等进行检测，及对坍塌区域周边及下层的梁、板、柱等构件结构现状损伤情况进行检测。检测鉴定结果如下：

(1)已施工结构梁、板、柱的混凝土强度、钢筋力学性能及钢筋分布情况均满足设计要求。

(2)已施工空心楼盖薄壁方箱的腔体内混凝土充填灌入较为严重，所检测的薄壁方箱大面积地出现不同程度的积水积浆等问题。其中(7～11)轴×(J～M)轴空心楼盖腔体内超灌混凝土量达152.6m3，超灌混凝土量换算均布荷载为3.4kN/m2。

(3)部分空心楼盖构件在施工阶段变形较大，在自重荷载作用下的实测挠度值或最大裂缝宽度已超出短期静力加载试验的检验允许值。其中(7～11)轴×(J～M)轴空心楼盖的跨中实测挠度值为72.67mm，板面最大裂缝宽度为0.42mm；(12～14)×(K～N)轴跨中实测挠度值为21.40mm，板底最大裂缝宽度为0.30mm；(12～14)×(H～K) 轴跨中实测挠度值为6.36mm，板底最大裂缝宽度为0.41mm。

(4)局部空心楼盖周边的梁、柱等承重构件出现较大裂缝。对已施工空心楼盖拆除模板后的梁、柱等构件进行裂缝检查，检查结果表明(7～11)轴×(J～M)轴空心楼盖周边梁、柱等构件均存在不同程度的裂缝。柱构件背面顶部裂缝多数呈水平分布，个别梁下柱出现侧向裂缝，最大裂缝宽度为1.48mm，已超出规范限值；梁构件端部裂缝多数呈45°分布，中部沿梁高方向多处出现竖向细小裂缝，最大裂缝宽度为0.40mm，已超出规范限值。

(5)坍塌区域周边及下层的梁、板、柱出现开裂损伤。其中(17～19)×(K～N)区域三层部分梁构件侧面出现竖向裂缝，个别梁构件端部出现斜向剪切裂缝，最大裂缝宽度为0.26mm，已超出规范限值；四层17轴梁(M～N)段主次梁交接处主梁的混凝土局部压碎、脱落，主筋外露，最大裂缝宽度为1.5mm，已产生明显损坏；三层楼板板底局部开裂，最大裂缝宽度为0.14mm，尚未超出规范限值。

经采用全站仪对坍塌区域周边柱进行倾斜度观测，检测结果表明该坍塌区域周边所测柱倾斜方向不具有一致性，现阶段未见明显整体倾斜。

已施工空心楼盖具体检测统计结果详表1：

表1　已施工空心楼盖检测结果

4.2设计复核验算

在原设计单位核查复算的基础上，为安全起见，另委托第三方对原屋面空心楼盖设计进行全面的复核验算。验算方法采用现行规范、规程所推荐的基本假定、设计方法、计算方法、构造要求等进行设计复核，并采用结构三维实体有限元模型分析方法进行对比验证。复核验算结果如下：

(1)构造要求设计复核：原设计现浇钢筋混凝土薄壁方箱空心楼盖的构造设计满足规范要求。

(2)承载能力极限状态复核：按原设计荷载取值、现状实际配筋验算，原设计结果满足承载能力极限状态要求。

(3)正常使用极限状态复核：

挠度验算：取原设计荷载标准值、材料强度标准值，按工字形截面、最小刚度原则进行验算，验算结果(7～11)轴×(J～M)轴空心楼盖最大挠度值为136mm，考虑到设计要求施工时模板起拱60mm，实际挠度值为76mm，基本满足规范要求(84mm)。其它空心楼盖均能满足规范要求。

裂缝验算：因影响因素较多，而又缺乏足够试验研究依据，建议以实测数值为准。

(4)现状荷载挠度复核验算：现场检测结果表明，空心楼盖薄壁方箱施工时其腔体内混凝土灌入情况较为严重。叠加超灌混凝土荷载后进行复算，验算结果(7～11)轴×(J～M)轴空心楼盖最大挠度值为180mm，超出规范限值较多。其它空心楼盖叠加超灌混凝土荷载后的计算挠度值基本能满足规范要求。

因(7～11)轴×(J～M)轴空心楼盖荷载基本以恒载为主，过大变形会给后期使用造成很大危险性，建议拆除重做或加固处理。对于其它较小跨度空心楼盖，因不同程度存在混凝土超灌现象，且部分空心楼盖裂缝实测最大宽度已超出现行规范限值，应进行必要的加固处理。

4.3处理方案比选

现场检测鉴定结果及设计复核验算结果表明，因薄壁方箱腔体内有大量混凝土灌入及部分楼板厚度超出设计值等原因，导致结构自重增加，且荷载超出原设计值较多，造成承重构件受力状态发生改变，其结构的内力分配也必然作相应调整，对屋面空心楼盖的承载能力产生不利影响。在后续建筑吊顶装修、屋面防水、保温隔热层等附加恒荷载未施加时，仅在自重作用下，大部分空心楼盖跨中挠度和裂缝宽度均已超出短期静力加载试验的检验允许值，并导致周边承重梁、柱等构件出现裂缝。另，因施工坍塌事故，造成坍塌区域周边相邻已施工空心楼盖板及下层梁、柱、板等构件开裂，且大部分裂缝宽度已超出现行规范限值，已严重影响结构的安全性和耐久性。应立即采取必要的防护措施，并对结构进行加固补强。

针对结构鉴定及设计复核验算结果，确定需处理主要构件包括：(1)已施工完成空心楼盖及其周边承重梁、柱等构件的加固补强；(2)坍塌区域周边及下层受损梁、板、柱等构件的加固补强；(3)因内力重分配，部分相关梁、柱等构件的加固补强；(4)坍塌区域及局部未施工空心楼盖的恢复处理。

对以上结构构件的加固补强，可采取以下3种处理方案：

方案一：屋盖体系仍采用薄壁方箱空心楼盖，保留已施工完成的屋面空心楼盖，通过加固改善现阶段楼盖结构受力状态，为后期屋面荷载施加提供保证；

方案二：拆除部分已施工完成的屋面空心楼盖。以结构14、15轴间抗震伸缩缝为界，拆除右侧15～21轴因坍塌造成局部开裂受损的相邻屋面空心楼盖，保留左侧7～14轴屋面空心楼盖。

方案三：拆除全部已施工完成的屋面空心楼盖，重新进行屋盖体系设计。

保留的屋面空心楼盖可采用在空心楼盖上方布置附加钢梁方式进行加固，钢梁铰接于两侧柱上，通过在钢梁跨中设置钢拉杆件将空心楼盖向上提升。这种加固方式相当于在空心楼盖跨中增加支座，间接减少了屋盖的计算跨度，从而减少空心楼盖挠度，有效改善结构的整体受力状态。

但因项目周边适合吊装的场地狭小，现场不具备吊装大型钢梁的条件，且空心楼盖区域均为人员集中的酒楼宴会大厅和影视厅，对跨度、净空及隔音、隔热等使用要求较高。为确保建筑长期使用安全，减少后期日常维修维护麻烦，在不影响建筑使用功能的情况下，经对以上处理方案的综合造价、施工进度、施工安全、使用安全等进行综合比较，最终采用方案三处理方法，即拆除全部已施工完成的屋面空心楼盖，重新进行屋盖体系设计，同时对其它有影响的结构构件进行必要修复及加固补强。

5　本项目具体加固处理方案

5.1处理方案简述

(1)对已施工空心楼盖因薄壁方箱腔体内进水进浆严重及施工误差增加板厚等原因，造成结构荷载增加，导致空心楼盖变形、开裂等施工问题，采用拆除现有屋面空心楼盖结构，同已坍塌区域和局部未施工空心楼盖一道，改为以预应力主梁与普通梁相结合的现浇钢筋混凝土梁板结构体系。

(2)对因屋盖自重增加及屋盖结构体系改变导致部分相关梁、柱等构件结构内力重分配等问题，采用加大截面法进行加固补偿。

(3)对空心楼盖坍塌区域周边及下层梁、板、柱等构件开裂损伤等问题，根据构件的损伤程度选择采用压力灌注灌缝胶封闭，并在外表面粘贴碳纤维布加抹普通砂浆保护层或直接在构件裂缝表面涂刷35mm厚聚合物砂浆保护层等措施进行修复补强。

5.2处理方案设计

对照原设计结构施工图、电算资料以及结构现场检测鉴定结果，采用PKPM计算软件对拟采用处理方案的结构主体进行计算分析，并对需加固构件辅以手工计算进行校核。由于计算过程较为繁琐，具体设计内容较多，本文不作过多叙述。

5.2.1屋盖体系结构布置

拆除所有空心楼盖后，沿屋面找坡方向在8、9、10、13、18、19、20轴新增7根截面尺寸为700×1 600mm的预应力梁，在16轴新增1根截面尺寸为600×1 300mm的预应力梁；并在纵向相应位置增设截面尺寸分别为400×650mm和300×650mm的普通钢筋混凝土框架梁和次梁。为确保酒楼宴会厅和影视厅的净空要求及屋面檐口高度不超过24m，新增的大跨度预应力梁采用局部上反设置。同时，为减小屋面荷载，便于屋面排水，屋面采用双向结构找坡。

5.2.2框架柱结构加固设计

因屋面结构体系改变，导致与新增预应力梁相连的框架柱结构内力重分配，为满足承载力需要，采用加大截面法对原4层(局部3层)以上相关柱进行加固补强。柱截面尺寸由原来的800×800mm增大至1 100×1 100mm。

屋面新增梁板及加固柱具体布置详见图4。

图4　屋面新增梁板及加固柱布置图

6　结语

GBF薄壁方箱现浇混凝土空心楼盖虽具有较好的综合效益，但对现场施工要求较高。施工前应制定合理的施工方案，对关键工序如内模箱体拼装、箱体保护、钢筋绑扎、混凝土浇筑和浇筑量控制、天气影响因素等应有明确的保证控制措施和预防措施。受施工过程GBF薄壁方箱腔体易漏水进浆的影响，在楼盖结构体系及模板支撑体系设计级过程中应充分考虑相应的荷载。

[1]方光秀，郑洪军，全红，等.边支承GBF复合薄壁管现浇混凝土空心板设计与施工[J].施工技术，2013,42(20)：89-92.

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[3]黄刚.GBF薄壁箱体现浇混凝土空腹楼盖施工及监控[J].山西建筑，2008,34(3)：156-157.

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[8]GB50367- 2013 混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

Analysis and Processing of GBF hollow roof slab construction accident in a mall

XIONG Zhizhou

(ITG Real Estate Group Co.Ltd，Xiamen 361010)

Casting concrete slab with thin-wall GBF box，the latest structural technology developed recently in China，has the advantages of light-weight，weak seismic performance. Distinguish from traditional process;more strictly construction technique is required. Analyzed an accident due to rainfall etc. factors，with thin-wall GBF slab at roof concrete casting in a mall，try to explore the GBF box shortage of sealing property and pursuit the problems in design and construction. Meanwhile the reasonable，safe and operational strengthening rehabilitation programme was proposed.

Casting concrete hollow floor;GBF box with thin-wall;Collapse accident;Accident treatment;Recovery strengthening design

熊之舟(1963.4- )，男，工程师。

E-mail:33409292@qq.com

2016-03-24

TU712+.4

A

1004-6135(2016)05-0055-05