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      某民房結(jié)構(gòu)安全性評定及相鄰基坑開挖對其影響之分析

      2021-10-18 09:23:34牛彥俊牛昌林劉新文王海明
      工程質(zhì)量 2021年8期
      關(guān)鍵詞:民房圈梁砌體

      牛彥俊,牛昌林,劉新文,王海明,賈 琦

      (甘肅建投科技研發(fā)有限公司,甘肅 蘭州 730050)

      0 引言

      隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn),新城區(qū)的建筑密度越來越大,許多擬建建筑物周邊老舊砌體結(jié)構(gòu)房屋林立,地下管網(wǎng)縱橫交錯,地下地上環(huán)境均較為復(fù)雜,在此類環(huán)境中面臨基坑開挖的新建建筑,往往容易忽視基坑開挖前后對臨近建筑物進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)安全性評定和比較,以及論證評價基坑開挖對周邊臨近建筑的影響程度。為了對工程建設(shè)的順利進(jìn)行提供必要的論證基礎(chǔ),本文通過西北某新城區(qū)建設(shè)中的一個類似案例,因未考慮上述建設(shè)流程,在基坑開挖后,出現(xiàn)對未經(jīng)過正式勘察設(shè)計的淺埋基礎(chǔ)民房有了不同程度的影響,甚至導(dǎo)致此民房產(chǎn)生相應(yīng)的損傷,影響其結(jié)構(gòu)的安全使用,并阻礙新建項(xiàng)目的正常進(jìn)行,又引起了不必要的司法糾紛。那么妥善處理類似項(xiàng)目建設(shè)前與建設(shè)過程中與此相關(guān)的各方面問題,就顯得尤為重要。本文通過對基坑開挖后臨近淺埋基礎(chǔ)的民房進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查檢測以及結(jié)構(gòu)安全性評定,從理論計算上分析了相鄰某基坑開挖后,長時間暴露在大氣環(huán)境中,未及時進(jìn)行支護(hù)對該民房的結(jié)構(gòu)安全是否存在相應(yīng)影響,明確了責(zé)任影響范圍,供類似工程參考以引起對復(fù)雜環(huán)境中基坑開挖建設(shè)流程和支護(hù)重要性的認(rèn)識。

      1 工程概況

      某民房位于西北某市新城區(qū),為新農(nóng)村整村搬遷項(xiàng)目,由主房和附屬房屋相依而建,主房建于 2009 年,附屬房屋建于 2011 年,均為二層砌體結(jié)構(gòu),建筑平面及主附房位置(虛線內(nèi)為主房)如圖 1~2 所示,建筑總長度為 18.2 m,總寬度為 12.3 m,建筑物總高度為 6.75 m,建筑面積約 430 m2。主附房基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ),設(shè)地圈梁,主房 1~2 層層高均為 3.0 m,樓、屋蓋為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板;附屬房屋 1~2 層層高均為 3.0 m,樓、屋蓋為鋼筋混凝土預(yù)制樓板。

      圖1 民房一層平面布置圖(單位:mm)

      根據(jù) GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[1],該新城區(qū)建筑工程抗震設(shè)防烈度為 7 度,設(shè)計基本地震加速度值為 0.15g,所屬的設(shè)計地震分組為第三組。

      現(xiàn)場調(diào)查看出,該民房與待建的某單位綜合業(yè)務(wù)用房(為六層框架結(jié)構(gòu))臨近,民房與該綜合業(yè)務(wù)同房,施工開挖基坑位置關(guān)系如圖 3 所示,該綜合業(yè)務(wù)用房于 2013 年 11 月 20 日-11 月 30 日實(shí)施基坑開挖后,民房部分墻體出現(xiàn)不同程度的裂縫,且裂縫寬度還有繼續(xù)擴(kuò)展的趨勢。

      圖2 民房二層平面布置圖(單位:mm)

      圖3 民房與臨近開挖基坑位置關(guān)系剖面圖(單位:mm)

      2 現(xiàn)場調(diào)查、檢測

      2.1 基礎(chǔ)檢查

      為查清民房基礎(chǔ)現(xiàn)狀,在主房 1×C~D 軸線墻體處開挖探井 TJ1,開挖深度為基礎(chǔ)底面下 1.5 m。對T J1 進(jìn)行檢查:房屋基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ),剖面如圖 4 所示,設(shè)置有地圈梁,基礎(chǔ)寬度 730 mm,高度為 490 mm,地圈梁寬 370 mm,高 240 mm,基礎(chǔ)底面下設(shè)置 600 mm厚灰土層,灰土下為素土。

      圖4 民房墻下基礎(chǔ)剖面圖(單位:mm)

      2.2 相對沉降傾斜觀測

      通過對該民房進(jìn)行相對沉降觀測,該房屋地基相對沉降量在 0~15 mm,基礎(chǔ)局部傾斜率在 0.36 ‰~2.56 ‰,基礎(chǔ)局部傾斜率超出 GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[2]第 5.3.4 條中關(guān)于“中、低壓縮性地基土砌體承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的局部傾斜≤2 ‰”的要求。地基基礎(chǔ)沉降趨勢較明顯。

      2.3 上部承重結(jié)構(gòu)

      2.3.1 房屋結(jié)構(gòu)體系調(diào)查

      現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)主房為二層砌體結(jié)構(gòu),承重墻體采用水泥砂漿和普通黏土磚砌筑,平面布置呈“口”字形,設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱;樓、屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板,基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ)。附屬房屋為二層砌體結(jié)構(gòu),墻體采用水泥砂漿和普通黏土磚砌筑,采用磚柱與磚墻共同承重,樓、屋蓋修建時采用當(dāng)?shù)仡A(yù)制廠生產(chǎn)的鋼筋混凝土預(yù)制空心樓板,基礎(chǔ)形式為磚柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和承重砌體墻下的條形基礎(chǔ),未設(shè)置地梁。

      2.3.2 主要墻體側(cè)向位移觀測

      采用經(jīng)緯儀對該房屋 1×A、1×G 軸線外墻頂點(diǎn)位移進(jìn)行了觀測,其房屋頂點(diǎn)位移在 6~25 mm,整體傾斜率在 0.89 ‰~3.70 ‰,傾斜率基本滿足 GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中第 5.3.4 條關(guān)于“多層和高層建筑的整體傾斜≤4 ‰”的要求。

      2.3.3 砌體砂漿和磚強(qiáng)度檢測

      根據(jù) GB/T 50315-2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[3]的規(guī)定,在該主房與附房一、二層縱橫軸線墻體處隨機(jī)抽取 6 片承重墻,每片墻上布置 5 個測區(qū),采用回彈法對砂漿和磚強(qiáng)度進(jìn)行檢測,可以看出砂漿測區(qū)強(qiáng)度平均值為 0.7~1.5 MPa;墻體磚抗壓強(qiáng)度平均值為 10.14 MPa,在進(jìn)行砂漿強(qiáng)度檢測的測區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3 處灰縫進(jìn)行砂漿碳化深度測量,碳化深度均>3 mm。

      2.3.4 結(jié)構(gòu)整體性檢查

      該主房結(jié)構(gòu)整體性較好,房屋高度、層高、房屋層數(shù)、樓板形式、房屋實(shí)際高寬比、抗震橫墻最大間距、樓梯間位置、承重窗間墻最小寬度等基本構(gòu)造滿足規(guī)范要求,構(gòu)造柱及圈梁設(shè)置亦滿足規(guī)范要求;該附屬房屋整體性較差,為 2 層砌體結(jié)構(gòu),1~2 層層高均為 3.0 m,內(nèi)、外墻厚度均為 240 mm,樓、屋蓋采用鋼筋混凝土預(yù)制空心板,采用磚柱、磚墻及鋼筋混凝土梁共同支撐上部結(jié)構(gòu),未形成有效整體結(jié)構(gòu)。

      2.3.5 裂縫情況調(diào)查檢測

      從宏觀情況看,民房墻體裂縫主要出現(xiàn)在主房與附屬房屋的交接處,以及 2 層局部圈梁與墻體交接處。從墻體裂縫的出現(xiàn)位置看,主房與附屬房屋 6 軸線交接處整體脫開;附屬房屋與相鄰住戶房屋 7 軸線交接處墻體整體脫開;2 層E×3~6 圈梁與墻體交接處、6×B~C 梁及墻交接處開裂;部分門窗洞口出現(xiàn)裂縫(裂縫分布見圖 5);所有裂縫形式表現(xiàn)特點(diǎn):6 軸線與 7 軸線裂縫呈豎向分布,2 層 E×3~6 圈梁與墻體交接處、6×B~C 梁及墻交接處裂縫呈水平分布;裂縫深度和寬度:6 軸線與 7 軸線裂縫寬度為 20~35 mm,E×3~6 軸線圈梁與墻體交接處裂縫寬度為 0.1~0.5 mm,裂縫最大達(dá) 3.0 mm;另附屬房屋地面開裂,1 層 A×7,B×7 軸線磚柱頂部呈斜向斷裂,裂縫寬度達(dá) 25 mm。

      圖5 墻體裂縫圖

      2.4 臨近開挖基坑調(diào)查

      2.4.1 場地地質(zhì)資料情況

      整體場地地形地貌單元屬河西岸Ⅱ級階地后緣及山前坡積疊加地帶,地基土類型為中軟場地土。場地內(nèi)地層主要由①濕陷性黃土狀粉土②非濕陷性黃土狀粉土構(gòu)成,場地地層穩(wěn)定。該場地為 Ⅳ 級自重濕陷性場地,最大濕陷深度 17.0 m,場地類別為 Ⅱ 類,地基土具有微腐蝕性,最大凍土深 98 cm。

      2.4.2 基坑調(diào)查

      民房相鄰單位的綜合業(yè)務(wù)用房于 2013 年 11 月20 日-11 月 30 日實(shí)施基坑開挖,2014 年 9 月 23 日基坑回填,基坑暴露時間達(dá) 300 d,其間未采取任何基坑支護(hù)措施。雨水、污水等對基坑均有侵蝕,基坑與西南側(cè)民房最小水平距離 3.88 m,基坑開挖深度為 2.80 m,基坑底面與民房的相對高差為 4.61~4.85 m。

      3 計算分析

      3.1 開挖基坑邊坡穩(wěn)定性計算

      本次計算軟件選用理正巖土 6.5,計算模型按現(xiàn)場實(shí)測數(shù)值建立。

      3.1.1 坡面信息

      按照計算程序要求,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,坡面線段數(shù)為 4(見表 1),坡面線段數(shù)為從坡面線起點(diǎn),往坡上數(shù)線段的個數(shù),超載 1:距離 0.010(m),寬 12.300(m),荷載(29.17~29.17 kPa),方向 270.00(度)。

      表1 坡面線段數(shù)

      3.1.2 計算參數(shù)(見表 2)

      表2 計算參數(shù)

      3.1.3 計算條件

      根據(jù)理正巖土圓弧穩(wěn)定分析方法,計算理論為瑞典條分法;土條重切向分力與滑動方向反向時當(dāng)下滑力對待;穩(wěn)定計算目標(biāo)按照自動搜索最危險滑裂面,條分法的土條寬度按照 1.000(m)輸入,搜索時的圓心步長為 1.000(m),搜索時的半徑步長按 0.500(m)考慮。

      3.1.4 計算結(jié)果(見圖 6)

      圖6 理正計算結(jié)果簡圖

      3.1.5 最不利滑裂面的確定

      從上述計算結(jié)果看,該基坑邊坡最不利滑動面滑動圓心為(22.420,8.150)(單位:m),邊坡最不利滑動面滑動半徑為 8.148 m,邊坡最不利滑動面滑動安全系數(shù)為 1.629,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大于 GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[4]和 JGJ 120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[5]最小穩(wěn)定安全系數(shù)對于臨時邊坡一級為 1.25、二級為 1.20、三級為 1.15 的要求,邊坡存在最危險滑裂面,最危險滑裂面進(jìn)入民房基礎(chǔ)水平距離約為 1.52 m。

      3.2 民房基礎(chǔ)底面應(yīng)力應(yīng)變分析

      3.2.1 計算原則

      根據(jù)民房與開挖基坑的位置關(guān)系,采用有限元軟件 midas GTS 對基坑開挖前后民房基礎(chǔ)底面應(yīng)力、應(yīng)變變化情況進(jìn)行數(shù)值模擬,采用摩爾—庫侖準(zhǔn)則進(jìn)行土體計算。其表達(dá)式為:

      式中:C為土的黏聚力;φ為土的內(nèi)摩擦角;σn,τn分別為滑移面上的正應(yīng)力與切應(yīng)力。

      3.2.2 計算結(jié)果

      基坑開挖前民房基礎(chǔ)地面的應(yīng)力分布云圖如圖 7 所示,在基礎(chǔ)所在豎向截面間距為 1.0 m 取 10 個點(diǎn)進(jìn)行分析,所有點(diǎn)均承受壓應(yīng)力,基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線結(jié)果如圖 8 所示;基坑開挖后民房基礎(chǔ)地面的應(yīng)力分布云圖如圖 9 所示,在基礎(chǔ)所在豎向截面間距為 1.0 m 取 10 個點(diǎn)進(jìn)行分析,在基礎(chǔ)以下 0~0.75 m 范圍內(nèi)承受拉應(yīng)力,0.75 m 以下變?yōu)槌惺軌簯?yīng)力,基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線結(jié)果如圖 10 所示。

      圖7 開挖前應(yīng)力云圖

      圖8 開挖前基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線(單位:kN/m2)

      圖9 開挖后應(yīng)力云圖

      圖10 開挖后基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線(單位:kN/m2)

      從計算應(yīng)力云圖分析,基坑開挖導(dǎo)致民房基礎(chǔ)底面應(yīng)力發(fā)生變化,破壞了應(yīng)力平衡。對基坑開挖后民房基礎(chǔ)底面的應(yīng)力分布云圖整體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在基坑邊緣豎直方向距離基坑頂部 4.23 m 處,民房基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散進(jìn)入基坑范圍。

      3.3 民房承載能力計算

      根據(jù)現(xiàn)行 GB 50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和 GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的多高層建筑結(jié)構(gòu)分析程序 PKPM 軟件(2010 版)對其主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抗震承載力、局部承壓和高厚比驗(yàn)算。民房活荷載標(biāo)準(zhǔn)按照 GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行取值。

      3.3.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的基本參數(shù)(見表 3)

      表3 承載力驗(yàn)算參數(shù)

      3.3.2 驗(yàn)算結(jié)果

      通過對民房墻體的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算可以看出,該民房一層部分承重墻體抗震承載能力(主要指承重墻體抗力與效應(yīng)之比)不滿足 GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求,二層墻體抗震承載能力(主要指承重墻體抗力與效應(yīng)之比)基本滿足規(guī)范要求;主房墻體構(gòu)件高厚比均滿足 GB 50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的限值要求;主房承重墻體構(gòu)件局部承壓均滿足GB 50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的限值要求。

      4 民房安全性鑒定評級

      4.1 地基基礎(chǔ)

      根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,結(jié)合本次檢測結(jié)果,經(jīng)綜合分析,該主房地基基礎(chǔ)不均勻沉降超出規(guī)范限值,故將其地基基礎(chǔ)安全性等級評定為 Cu級。

      4.2 上部承重結(jié)構(gòu)

      4.2.1 砌體構(gòu)件安全性

      4.2.2 結(jié)構(gòu)整體性

      該民房主房為二層砌體結(jié)構(gòu),平面布置呈“口”形,總長度為 15.1 m,總寬度為 8.7 m,平、立面布置規(guī)則,圈梁、構(gòu)造柱設(shè)置完善。根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,經(jīng)綜合分析,該民房主房結(jié)構(gòu)整體性等級評定為 Au級。

      4.2.3 結(jié)構(gòu)側(cè)向位移評級

      根據(jù)該民房主房傾斜觀測結(jié)果,經(jīng)綜合分析,按不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移評定該民房主房結(jié)構(gòu)安全性等級為 Au級。

      4.3 鑒定單元安全性綜合評級

      將該民房的主房部分作為一個鑒定單元,結(jié)合地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)的鑒定結(jié)果,根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定評級如表 4 所示。

      表4 民房主房結(jié)構(gòu)安全性詳細(xì)評定列表

      4.4 該民房附屬房屋

      該民房附屬房屋采用磚柱與磚墻共同承重,結(jié)構(gòu)布置不合理,存在薄弱環(huán)節(jié),未形成完整的體系,構(gòu)件連接構(gòu)造不符合國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定,一層部分磚柱頂部斷裂,裂縫寬度最大處達(dá) 25 mm,構(gòu)件連接部分已失效,存在嚴(yán)重缺陷,局部已有松動變形??拐鹦阅茌^差,整體性差,經(jīng)綜合分析,將該民房所屬附屬房屋作為一個鑒定單元,根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,其附屬房屋安全性評級為 Dsu級。

      5 相鄰基坑開挖對民房影響原因分析

      1)該民房屋地基處理深度為 600 mm,地基處理標(biāo)準(zhǔn)偏低;基礎(chǔ)埋深約為 500 mm,小于場地最大凍深為 980 mm;主房平立面規(guī)則,圈梁、構(gòu)造柱設(shè)置完善,結(jié)構(gòu)整體性較好;附屬房屋采用磚柱與磚墻共同承重,圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置不完善,房屋整體性及抗震性較差。且局部已有損傷,部分構(gòu)件連接已失效。

      2)開挖基坑邊緣距民房水平最小距離約為3.88 m,基坑底面距民房垂直最大距離約為 4.85 m,根據(jù) GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第 9.2.6 條“基坑圍護(hù)墻后地表沉降的主要影響區(qū)域?yàn)?2 倍基坑開挖深度”,因此該民房位于主要影響區(qū)內(nèi)。

      3)民房臨近基坑開挖后,基坑暴露在大氣環(huán)境中,其間基坑未采取任何支護(hù)措施,基坑邊緣距離民房較近,根據(jù)計算結(jié)果,基坑最不利滑動面進(jìn)入民房基礎(chǔ) 1.52 m,民房所屬房屋基礎(chǔ)下部應(yīng)力發(fā)生變化,應(yīng)力擴(kuò)散范圍進(jìn)入了基坑。

      6 結(jié)語

      通過上述案例分析可知,對環(huán)境復(fù)雜的臨近建筑物的基坑工程要根據(jù)預(yù)計算結(jié)果及時進(jìn)行支護(hù),且暴露時間不宜過長,施工一定要做好過程監(jiān)測,包括支護(hù)結(jié)構(gòu)和對周邊環(huán)境的監(jiān)測,并提出各項(xiàng)監(jiān)測要求的報警值,同時應(yīng)對基坑周圍相當(dāng) 2 倍基坑開挖深度的范圍進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,特別是這種城鄉(xiāng)結(jié)合地帶或新城區(qū)未經(jīng)過正規(guī)勘察設(shè)計的民房周邊進(jìn)行基坑開挖施工時,更要嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)做好前期民房結(jié)構(gòu)調(diào)查鑒定并及時與基坑開挖后期進(jìn)行檢查鑒定比較,并做好基坑開挖過程中的監(jiān)測,避免引起不必要的意外施工糾紛,以確保工程結(jié)構(gòu)安全可靠和建設(shè)項(xiàng)目順利進(jìn)行。Q

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