某建筑物地下室柱开裂原因分析及处理措施

廖 健 丁洪涛

广州建设工程质量安全检测中心有限公司 广东 广州 510440

随着我国经济的快速发展，城市土地资源紧张，在有限土地的情况下，合理利用地下空间已经成为一种发展趋势[1]。然而近年来，地下建筑物的抗浮开裂问题却越来越突出，地下室的抗浮问题造成结构严重受损的事故屡有发生。本文以某建筑物地下室柱开裂为例，综合分析其开裂原因，介绍相关处理措施方法，为类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

某工程项目地上建筑13栋，包含7栋高层厂房、5栋多层厂房、1栋宿舍楼，为两层地下室，地上建筑面积120944.34m2，地下建筑面积40260.08m2，结构类型为框架、框架-剪力墙结构，基础类型主要采用天然地基柱(墙)下独立基础、筏板基础和旋挖(冲)孔灌注桩基础，现场开裂区域基础类型为柱下独立基础，结构为框架结构。

据委托方介绍，该工程主体混凝土结构已于2022年1月全部完成封顶，地下室后浇带于2022年3月中旬全部封闭完成。由于2022年上半年雨水较大，在4月初开始，地下室局部出现二次结构墙体开裂现象，之后根据各主体责任单位分析及专家评审建议，通过开设泄压孔及顶板覆土等措施进行应对[2]。委托单位为了确保结构的安全性及找出结构开裂原因，评估开裂对结构的影响；委托相关单位对地下室柱开裂进行鉴定，确定产生开裂的原因，评估其危害性和影响程度。

2 现场情况调查

受相关单位委托，依据国家规范和标准，对该建筑开裂区域附近的混凝土强度、钢筋配置情况进行了检测，对现场裂缝缺陷情况进行了详细调查。

2.1 混凝土强度检测

现场采用回弹法对开裂区域的混凝土柱梁进行混凝土强度检测，检测结果表明，强度推定値均满足设计强度等级要求。

2.2 构件尺寸检测

现场采用钢卷尺对混凝土构件的截面尺寸进行了抽样检测，检测结果表明，抽检的柱、梁板截面尺寸满足设计及规范要求。

2.3 钢筋配置检测

现场采用钢筋探测仪对混凝土构件的配筋情况进行了抽检，检测结果表明，柱、梁板钢筋配置与设计图纸一致。

2.4 开裂情况详细调查

根据现场详细调查发现，开裂的柱主要集中在裙楼负一层（37～44×K～S）区域，平面布置图详见图1，共发现6根裙楼柱上部存在开裂，裂缝方向为近似水平，其中1#柱最大裂缝宽度约1.3mm。地下室裙楼负一层开裂柱构件为图1中框选构件，开裂区域的地面上的情况见图2。

图1 地下室裙楼负一层开裂位置平面布置图

图2 开裂区域的地面上情况

2.5 开裂原因初步分析

结合上述信息进行简单分析：①地下室开裂柱均在裙楼地下室内，不在塔楼地下室，开裂柱均通过梁板与塔楼柱或侧壁相连。②假设地下室上部覆土不及时，地下水的浮力会导致底板上浮，则地下室柱同时也会上浮，但塔楼和侧壁由于重力和设置抗拔锚杆的原因，基本不会上浮，甚至可能会下沉，则与塔楼或侧壁相连的裙楼柱就会陷入一个大偏心受压的受力状态，导致柱的一侧受拉，一侧受压[3]；由于混凝土抗拉强度较低，就会导致受拉侧开裂，出现柱顶或沿柱身的水平裂缝，柱的另一方向，混凝土受压，根据压力的大小不同，混凝土可能被压坏，亦可能没有破坏。

结合图3～5分析可知，裙楼地下室1#柱由于基础底板上浮的原因，也会随着上浮，而与它相邻且相连的2#柱为塔楼柱，由于自身重，不会出现上浮，则就会导致1#柱大偏心受压，具体则是1#柱西南侧（角）受拉，东北角受压，图4为受拉形成的裂缝形态，图5为受压形成的裂缝形态。由图5可知，受压区混凝土已经被压碎，柱子已经达到破坏状态，典型的大偏心受压状态。同理均可分析其余柱的裂缝形态和开裂原因。

图3 局部平面布置图

图4 1#柱西南角裂缝形态图

图5 1#柱东北角裂缝形态图

3 裂缝成因综合分析

根据现场实例的简单情况的汇总，进行裂缝成因综合分析：由于建筑物地下室侧壁承受周围土体侧向摩阻力，且受塔楼压重效应影响，地下室侧壁及塔楼墙柱未发生开裂变形。由上述调查分析可知，上浮损伤现象主要出现在裙楼地下室部分，而塔楼部分未发现有上浮损伤迹象，分析原因如下：①该工程地上主体结构已基本完成施工，故高层建筑、多层建筑能够抵抗增大的地下水浮力；而裙楼纯地下室区域覆土层尚未回填，无法依靠自身重量来抵抗因地下水位上涨而产生的浮力，同时原排水减压未及时达到设计要求，故导致抗浮失效。②依据现场的裂缝形态及走向判断，裙楼地下室部分抗水板承受面布的水浮力[4]，使裙楼地下室上浮，相应产生剪力及附加弯矩，同时由于框架梁变形的牵拉作用，使梁、柱发生相对倾斜，导致柱顶节点处开裂和压曲，混凝土被压酥等现象。

4 鉴定结论及建议

依据现场对地下室柱梁板的施工质量检测结果可知，该建筑物施工质量基本满足设计及规范要求；另根据裂缝的综合分析可知，1#柱及6#柱已经受力破坏，且最大裂缝宽度超出《民用建筑可靠性鉴定标准》[5]表5.2.5中不适于承载的裂缝宽度评定（0.5mm），均须委托具备相关资质的设计单位、施工单位进行设计和施工，以保证结构正常使用。另应采取妥善措施防止裙楼地下室再次上浮受到破坏。

5 处理措施方法介绍

根据鉴定结果分析结果可知，该工程地下室结构构件损伤主要是由于抗浮失效引起。目前处理上浮事故可采用“抗”与“放”两种方法处理。“抗”——增加荷载提高建筑结构的抗浮能力；“放”——减小水压力对地下室底板的影响。

结合本工程，该项目发现开裂已经通过开设泄压孔进行“泄压”处理，据委托方介绍，当时喷涌出来的水柱高达到3m多高；现场查勘照片（图6）可以看到底板涌出的黄泥砂。泄压后可在地下室四周布置降水井进行降水处理。接着在排水降水的过程中，对裙楼地下室顶板进行覆土，增加裙楼荷载重量抵抗浮力，覆土处理完成后，才停止排水降水。

图6 地下室底板“泄压”后照片

对于混凝土柱开裂的构件常用的结构补强加固方法主要有：①加大截面加固法②外包钢加固法③注浆加固法等[6]。

结合本工程，①对于柱裂缝宽度超出规范限值要求，且节点存在压碎破坏的构件，宜采用外包钢加固法进行处理，该加固方式是采用钢板或型钢包裹需加固构件的外侧，并利用混凝土和钢的共同作用提高构件承载能力及刚度。②对于轻微开裂的砼构件建议采用注浆加固法进行加固，该加固方式主要是通过压力将粘接性优良的材料加入至加固构件中的缝隙里，使构件的密实性和完整性得到增强，提高构件强度。③对于填充墙体的开裂，一般裂缝宽度会比较大，主要采取充填法进行处理，可沿裂缝方向进行开凿，用树脂砂浆材料、水泥砂浆或沥青材料进行填充抹平。

6 结语

该工程事故给勘察、设计、施工和监理人员敲响了警钟，现场施工过程一定要重视地下室抗浮措施，弄清设计图纸中的要求，做好施工的事前交底工作、强化施工过程中的控制，避免类似事故再次发生。本文通过对该工程事故的原因分析，介绍相关的处理措施，对出现类似问题时，进行原因分析和处理事故有很好的借鉴作用。