地下結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量事故分析與處理

1?無(wú)梁樓蓋垮塌事故地下室樓板結(jié)構(gòu)布置形式通常可分為梁板式和無(wú)梁樓蓋兩種。梁板式結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)是抗震性好，布置靈活，對(duì)柱距無(wú)明顯要求，樓板開(kāi)洞易于處理。缺點(diǎn)是梁截面較大，對(duì)于層高影響較明顯，不利于機(jī)電專業(yè)管線排布。無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)是采用大板加柱帽的形式，建筑外形美觀，除柱帽處空間略為緊張，其余位置樓層凈高均較高，利于機(jī)電專業(yè)管線排布?？稍跐M足建筑使用功能的前提下，降低基礎(chǔ)埋深，減少基坑的土方開(kāi)挖量，大幅節(jié)約土建成本。缺點(diǎn)是抗震性能較差，對(duì)柱距有一定要求。由于地下結(jié)構(gòu)位于土內(nèi)，其抗震要求沒(méi)有地上嚴(yán)格，且地下室軸網(wǎng)一般相對(duì)比較規(guī)則，無(wú)梁樓蓋的優(yōu)勢(shì)可充分體現(xiàn)，越來(lái)越多地被用做地下室樓蓋結(jié)構(gòu)形式。但隨著使用的增加，近些年關(guān)于無(wú)梁樓蓋的事故也頻繁出現(xiàn)。從現(xiàn)場(chǎng)情況看，大多表現(xiàn)為樓板板柱節(jié)點(diǎn)處直接發(fā)生沖切破壞，導(dǎo)致樓板坍塌。當(dāng)某一位置出現(xiàn)問(wèn)題破壞后，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)力重分配至附近其余柱跨，引起周邊結(jié)構(gòu)超過(guò)極限承載力，進(jìn)而連續(xù)倒塌，造成現(xiàn)場(chǎng)人員生命危險(xiǎn)及財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于事故情況，可從以下設(shè)計(jì)到施工的角度進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施以作參考。1.1?荷載取值由于無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)時(shí)基本不考慮地震作用，僅考慮抗震措施中相關(guān)構(gòu)造做法，故其設(shè)計(jì)工況為永久荷載+可變荷載，荷載取值很重要，常用地庫(kù)荷載取值見(jiàn)表1。表1?地庫(kù)荷載取值注：樓板自重由程序自動(dòng)計(jì)算，假定頂板覆土取1.5?m厚，建筑面層為100?mm。（1）由上表可看出地下車庫(kù)設(shè)計(jì)中，地庫(kù)頂板荷載最大，且現(xiàn)場(chǎng)材料及設(shè)備經(jīng)常堆積于此，出事故區(qū)域經(jīng)常發(fā)生在此位置?？紤]綠化要求頂板通常都會(huì)有覆土，厚度大小不一，從1m到3m都有可能。覆土容重的取值差別很大，由GB50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》可知，干土容重為16?kN/m3，濕土容重為18?kN/m3，很濕土容重為20?kN/m3。地面綠化會(huì)經(jīng)常澆水，故覆土按照很濕土取值相對(duì)合理，后期綠化的操作不會(huì)影響結(jié)構(gòu)整體安全。若按小值計(jì)算，永久荷載取值不足，會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)隱患，直接影響結(jié)構(gòu)的安全性。（2）地庫(kù)范圍內(nèi)基本都會(huì)規(guī)劃消防車路線，在整體計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑總圖中的消防車行進(jìn)路線，修改頂板的可變荷載，避免發(fā)生遺漏。（3）建筑專業(yè)規(guī)劃地庫(kù)時(shí)，常會(huì)在地面布置各種景觀，但很多細(xì)節(jié)在土建開(kāi)工后才能確定，在初始設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留足夠的可變荷載，避免出現(xiàn)超負(fù)荷情況。1.2?計(jì)算分析無(wú)梁樓蓋目前仍沿用彈性理論計(jì)算，樓板配筋屬于抗彎計(jì)算，通過(guò)調(diào)幅后延性有一定保證，D+L工況下樓板變形如圖1所示，由于按照板帶配筋，變形可控一旦破壞會(huì)有先兆。圖1?無(wú)梁樓蓋變形示意板柱節(jié)點(diǎn)處受力分為彎曲和沖切兩種工況，計(jì)算抗彎時(shí)由于柱帽有效高度增加，柱端彎矩雖大可通過(guò)設(shè)置附加鋼筋解決，保證足夠的延性。沖切破壞屬于脆性破壞，一旦破壞直接導(dǎo)致樓板坍塌，需重點(diǎn)關(guān)注。柱帽抗沖切計(jì)算時(shí)，截面高度變化處應(yīng)分別進(jìn)行驗(yàn)算，如圖2所示。圖2?柱帽沖切示意GB50010—2010（2015版）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》沖切承載力驗(yàn)算規(guī)定：Fl≤0.7βhftbmh0

（1）式中：Fl為局部荷載設(shè)計(jì)值或集中反力設(shè)計(jì)值，βh為截面高度影響系數(shù)，bm為沖切破壞錐體上下邊長(zhǎng)中心線長(zhǎng)度，h0為截面有效高度。圖2中沖切面1為柱沖托板，沖切面2為托板沖樓板，按照所示兩個(gè)沖切面復(fù)核，保持柱帽總高度不變，樓板厚度由小變大，托板厚度反之，得出沖切面1和沖切面2的抗沖切比值，如圖3所示。圖3?柱帽沖切比由圖3可知，當(dāng)柱帽總厚度不變時(shí)，增加板厚減小托板高度，使樓板自重加大。對(duì)于抗沖切工況，增加了沖切集中荷載，使得柱根沖切比加大，安全度降低，相反托板沖切比安全冗余度過(guò)大。對(duì)于抗彎工況，雖然樓板有效高度加大，但自重引起內(nèi)力增加更多，總體導(dǎo)致板配筋加大。故板柱節(jié)點(diǎn)宜在滿足樓板抗彎沖切情況下，減少板厚加大托板高度。1.3?垮塌現(xiàn)場(chǎng)分析上述節(jié)點(diǎn)計(jì)算分析屬于理論計(jì)算，當(dāng)排除荷載過(guò)大、設(shè)計(jì)失誤等因素后，實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)是否能滿足設(shè)計(jì)要求，事故發(fā)生后的調(diào)查給出了答案。北京某地庫(kù)坍塌后，其柱帽節(jié)點(diǎn)處發(fā)生的脆性破壞并非是45°棱柱體破壞，而是出現(xiàn)了沿柱邊的通縫，即“直剪”破壞。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)柱帽的托板與樓板間存在施工縫，即本該是一個(gè)整體的構(gòu)件分成了兩部分，柱端承擔(dān)負(fù)彎矩的截面計(jì)算高度并非設(shè)計(jì)的h01，而僅僅是樓板厚度h02，故很快會(huì)開(kāi)裂，下部托板此時(shí)已成為與樓板脫離的懸臂構(gòu)件，受到上部樓板傳來(lái)壓力，與柱相連處也沒(méi)有抗彎剪鋼筋，則直接在根部產(chǎn)生通縫破壞。上述分析得出，施工單位沒(méi)有偷工減料，但在施工順序上處理不當(dāng)，托板應(yīng)與樓板成為一體，但現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)把托板與柱一次澆筑完成，后期再澆筑樓板，計(jì)算假定與實(shí)際完成情況不符，受力途徑發(fā)生變化造成了事故。1.4?事故預(yù)防措施1.4.1?設(shè)計(jì)加強(qiáng)措施坍塌事故多為柱帽沖切破壞引起，此種破壞屬于變形較小的脆性破壞，很難通過(guò)計(jì)算方法進(jìn)行大幅改變，要提高柱帽節(jié)點(diǎn)受力性能，只能通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)延性，改善抗沖切性能。GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)于板柱–抗震墻結(jié)構(gòu)的板柱節(jié)點(diǎn)，沿兩個(gè)主軸方向通過(guò)柱截面的板底連續(xù)鋼筋的總截面面積，應(yīng)符合式（2）要求。As≥Ng/fy（2）式中：As為板底連續(xù)鋼筋總截面面積；Ng為在本層樓板重力荷載代表值（8度時(shí)宜計(jì)入豎向地震)作用下的柱軸壓力設(shè)計(jì)值；fy為樓板鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。板柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)抗沖切承載力要求，配置抗剪栓釘或抗沖切鋼筋。此兩條規(guī)定可保證結(jié)構(gòu)在外力作用下，樓板不會(huì)發(fā)生無(wú)征兆的脫落，板底連通鋼筋作為防塌落鋼筋，使樓板延性加大，不會(huì)引起連鎖倒塌情況?？辜羲ㄡ敾蚩箾_切鋼筋可降低柱帽發(fā)生脆性破壞風(fēng)險(xiǎn)，增加安全冗余度，同等條件下建議優(yōu)先設(shè)置抗剪栓釘。規(guī)范中要求無(wú)柱帽平板設(shè)置構(gòu)造暗梁，對(duì)有柱帽平板并未說(shuō)明，但2018年2月住建部辦公廳正式發(fā)文，要求無(wú)梁樓蓋均設(shè)置暗梁等構(gòu)造措施，以提高結(jié)構(gòu)的整體安全性。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，開(kāi)發(fā)商往往控制結(jié)構(gòu)的用鋼量，地下室成為主要優(yōu)化對(duì)象，設(shè)計(jì)人員大部分沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行上述要求，應(yīng)從前面的倒塌案例中吸取教訓(xùn)，認(rèn)真執(zhí)行規(guī)范要求。1.4.2?施工現(xiàn)場(chǎng)控制地下室頂板覆土占永久荷載的很大部分，其回填順序尤為重要，由前述案例可知，操作失誤會(huì)釀成重大質(zhì)量事故。當(dāng)局部覆土過(guò)厚，而另一側(cè)無(wú)覆土或覆土較少時(shí)，極易造成柱端產(chǎn)生不平衡彎矩，導(dǎo)致柱端節(jié)點(diǎn)破壞。施工方應(yīng)制訂科學(xué)的回填作業(yè)流水線，均勻分層鋪設(shè)回填，避免在板頂產(chǎn)生不均勻荷載，且不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，避免永久荷載超載破壞。土料進(jìn)場(chǎng)后不應(yīng)采用大型車輛運(yùn)輸，應(yīng)用小型運(yùn)輸設(shè)備分批運(yùn)送。施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常會(huì)有大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，重量遠(yuǎn)超地庫(kù)頂板設(shè)計(jì)時(shí)的可變荷載，應(yīng)在地庫(kù)范圍避免設(shè)備擱置或規(guī)劃行進(jìn)路線，如確實(shí)無(wú)法避免，則需要對(duì)地下室頂板進(jìn)行臨時(shí)支撐，待荷載移除后方可拆除?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)禁把施工縫留在柱帽托板與樓板之間，整個(gè)柱帽應(yīng)一體澆筑成型。2?地下室開(kāi)裂問(wèn)題地下車庫(kù)平面尺寸通長(zhǎng)較大，大型地庫(kù)單向會(huì)超過(guò)百米，地下室外墻超長(zhǎng)后經(jīng)常出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致地下水滲透進(jìn)入墻體，造成鋼筋腐蝕，影響結(jié)構(gòu)安全，墻體內(nèi)部裝飾面被浸泡，造成內(nèi)部裝飾裝修損壞?，F(xiàn)場(chǎng)如圖4、圖5所示。圖4?南京市江寧區(qū)某地下室外墻開(kāi)裂滲水現(xiàn)場(chǎng)圖5?嘉興市南湖區(qū)某地下室外墻開(kāi)裂滲水現(xiàn)場(chǎng)2.1?裂縫成因分析地下室外墻開(kāi)裂原因較為復(fù)雜，比較明顯的有3種成因：一種是由外部土壓力引起墻體面外受彎，當(dāng)彎曲應(yīng)力過(guò)大，超出原設(shè)計(jì)范圍，導(dǎo)致裂縫超過(guò)GB50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定限值，造成墻體開(kāi)裂滲漏，此類裂縫屬于外部荷載引起的彎曲裂縫。第二種屬于混凝土外墻長(zhǎng)度較長(zhǎng)、墻體較厚，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱無(wú)法及時(shí)擴(kuò)散出去，聚集在內(nèi)部引起過(guò)大的膨脹，而外部混凝土溫度并沒(méi)有太大變化，未發(fā)生同步變形，客觀上約束了內(nèi)部混凝土的膨脹，內(nèi)外的差異變形導(dǎo)致墻體表面產(chǎn)生了拉應(yīng)力，當(dāng)面內(nèi)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，墻體就會(huì)開(kāi)裂產(chǎn)生豎向裂縫，屬于溫度引起的變形裂縫。第三種是由于混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)不同步引起，通?；炷翝仓瓿珊螅炷镣獗砻嬷苯咏佑|空氣，水分蒸發(fā)較快，而混凝土內(nèi)部受條件所限水分蒸發(fā)緩慢，內(nèi)外含水率的不均勻?qū)е聣w表面產(chǎn)生局部拉應(yīng)力，引起墻體開(kāi)裂，由此產(chǎn)生的裂縫屬于干縮裂縫。2.2?裂縫預(yù)防措施針對(duì)以上幾種常見(jiàn)裂縫，分別進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施。2.2.1?彎曲裂縫地下室外墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用帶外墻模塊的軟件計(jì)算，以理正計(jì)算軟件為例進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)為單層地下室，計(jì)算過(guò)程如圖6（a）~圖6（d）所示。（a）（b）（c）（d）圖6?地下室外墻計(jì)算過(guò)程（計(jì)算機(jī)截圖）（a）地下室外墻計(jì)算參數(shù)；（b）地下室外墻計(jì)算荷載；（c）地下室外墻配筋計(jì)算參數(shù)；（d）地下室外墻計(jì)算方法由于外墻水平向均比豎向長(zhǎng)很多，故在圖6（a）中墻寬L應(yīng)大大超出層高H，以便于程序區(qū)分豎向?yàn)橹魇芰Ψ较颉D6（b）輸入計(jì)算荷載時(shí)，土側(cè)壓力一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但圖中所示地面可變荷載經(jīng)常會(huì)被忽略，參看建筑總圖會(huì)發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)地內(nèi)消防車行車路線常貼近地下室邊緣，其荷載作為豎向壓力通過(guò)土的內(nèi)摩擦角φ折算成對(duì)外墻的側(cè)壓力，如取值過(guò)小，外墻在承受實(shí)際荷載時(shí)會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂的情況。圖6（c）中所示保護(hù)層厚度應(yīng)按地下迎水面取，如按正常情況取會(huì)導(dǎo)致h0偏大，墻體配筋變小，正常使用狀態(tài)下有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。鑒于外墻長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高度，圖6（d）中所示豎向彎矩計(jì)算方法應(yīng)按連續(xù)梁考慮，上下受力使內(nèi)力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符，否則會(huì)造成水平分布筋過(guò)大，豎向主受力方向分布筋不足，同樣會(huì)引起墻體開(kāi)裂。上述問(wèn)題為設(shè)計(jì)時(shí)易發(fā)生錯(cuò)誤的地方，當(dāng)采用正確取值與合適的方法后，可避免因設(shè)計(jì)不足帶來(lái)的影響。2.2.2?溫度裂縫溫度裂縫究其成因，混凝土的水化熱是引起開(kāi)裂的源頭，這是混凝土自身不可避免的特性，應(yīng)根據(jù)不同項(xiàng)目特點(diǎn)采用不同方式進(jìn)行疏導(dǎo)與控制，不可一刀切處理。對(duì)于溫度產(chǎn)生的變形，在設(shè)計(jì)階段可采用設(shè)置溫度后澆帶、溫度誘導(dǎo)縫和膨脹加強(qiáng)帶的方式處理。前兩種方式屬于“放”的措施，即通過(guò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造做法釋放溫度應(yīng)力，用時(shí)間和空間換取結(jié)構(gòu)的正常使用，如圖7（a）~圖7（b）所示。后一種方式屬于“抗”的措施，如圖7（c）所示，即通過(guò)加入添加劑后混凝土加強(qiáng)帶的微膨脹性，抵抗混凝土水化熱引起的變形，使結(jié)構(gòu)不會(huì)開(kāi)裂，同時(shí)亦可減少施工工期。兩種方法各有特點(diǎn)，可根據(jù)具體工程情況采用。（a）（b）（c）圖7?側(cè)墻誘導(dǎo)縫剖面示意（a）后澆帶節(jié)點(diǎn)做法；（b）誘導(dǎo)縫節(jié)點(diǎn)做法；（c）膨脹加強(qiáng)帶節(jié)點(diǎn)做法2.2.3?干縮裂縫干縮裂縫的產(chǎn)生與現(xiàn)場(chǎng)施工養(yǎng)護(hù)有很大關(guān)系，當(dāng)外部環(huán)境溫濕度變化較大時(shí)，可布置淋水管對(duì)墻體進(jìn)行淋水養(yǎng)護(hù)，采用人工包麻袋等方式處理，保證養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14?d。在經(jīng)歷炎熱天氣及寒冷氣候時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采取相應(yīng)措施避免暴曬，并進(jìn)行保溫處理。2.3?裂縫處理措施已產(chǎn)生的墻體裂縫，可采用以下方法進(jìn)行修補(bǔ)處理。對(duì)于裂縫寬度小于0.2?mm的部位，可采用混凝土修補(bǔ)膠的方式處理。先將混凝土出現(xiàn)裂縫區(qū)域的蜂窩、麻面處理干凈，如有砂漿層需在相關(guān)范圍內(nèi)進(jìn)行剔除，將墻體表面吹干不殘留水漬，露出混凝土外表面，按規(guī)定比例配置好膠后均勻涂抹在裂縫缺陷處，填充找平，待干燥后打磨平整。注意操作環(huán)境溫度不可過(guò)低，20°~25°最佳，固化時(shí)間不得少于3?d，具體以膠品種要求為準(zhǔn)。對(duì)于裂縫寬度不小于0.2?mm的部位，可采用高壓灌漿修補(bǔ)法，根據(jù)裂縫長(zhǎng)度確定在混凝土表面開(kāi)孔灌漿間距，采用壓力灌漿方式以45°將灌漿料灌入混凝土內(nèi)部，充填滿裂縫，灌注完成后將溢漿清理干凈，并用快干水泥迅速封堵住灌漿口，如圖8所示。（a）（