陳奎，鄧小波

（重慶市建筑科學(xué)研究院 重慶 400015）

1 前言

目前，民用建筑中，磚混結(jié)構(gòu)房屋由于造價(jià)相對(duì)較低，具有較好的隔熱、隔音性能，仍被廣泛采用。由于其砌體強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)自重大，砂漿和磚石之間的粘結(jié)力差，抗拉、抗彎和抗剪強(qiáng)度均較低，使得砌體易于開(kāi)裂。

造成磚混結(jié)構(gòu)砌體開(kāi)裂的常規(guī)原因有兩點(diǎn)：一是溫度變化；二是地基不均勻沉降。但近年來(lái)，由于建設(shè)工程的快速發(fā)展，機(jī)施振動(dòng)、爆破施工逐漸成為房屋墻體開(kāi)裂的重要原因之一，并與溫度裂縫等結(jié)合，成為房屋裂縫的主要原因。

2 房屋概況

圖1 房屋及屋前道路

房屋修建于2001年，為三層砌體結(jié)構(gòu)，縱墻厚180mm，橫墻厚120mm，房屋為自建房，無(wú)設(shè)計(jì)資料。其底層現(xiàn)用作商業(yè)門面，二、三層為住房。2008年2月，中石油公司由于挖土機(jī)、壓路機(jī)通行需要，對(duì)房屋的前原道路進(jìn)行修葺并通行，該道路寬4.5m，與房屋緊臨。路基材料主要為原狀土巖及片石。道路通行一段時(shí)間后，房層墻體發(fā)現(xiàn)有許多明顯裂縫。屋主認(rèn)為該裂縫主要是由于機(jī)械長(zhǎng)期振動(dòng)產(chǎn)生，并要求進(jìn)行鑒定。

3 外觀檢查

砌筑材料主要為灰砂磚，房屋前面墻體已貼磁磚，磁磚未發(fā)現(xiàn)有明顯裂縫；房屋左右側(cè)面及后面墻體上均為抹灰，其表面主要為細(xì)小的溫度龜裂。房屋設(shè)有構(gòu)造柱，樓板采用空心板，屋頂部分現(xiàn)澆。房屋地基為原狀土，基礎(chǔ)采用條石和地圈梁。基礎(chǔ)的暴露部分未發(fā)現(xiàn)有缺損、開(kāi)裂剝落、露筋等病害，也無(wú)傾斜或下沉脫空現(xiàn)象。房屋坐落于緩坡之上，邊坡未發(fā)現(xiàn)有滑動(dòng)、變形等情況。

4 房屋墻體裂縫檢查

房屋結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2、圖3，該房屋的二、三層墻體均發(fā)現(xiàn)裂縫，主要裂縫如下：

圖2 房屋二層結(jié)構(gòu)圖

圖3 房屋三層結(jié)構(gòu)圖

4.1 二層縱墻墻角斜裂縫

二層縱墻墻角斜裂縫是結(jié)構(gòu)的主要裂縫，典型斜裂縫見(jiàn)圖4。其特點(diǎn)表現(xiàn)為：

圖4 二樓墻角倒八字形斜裂縫

圖5 三樓墻頂八字形斜裂縫

分布于墻角位置，水位0.5m～1.5m，垂直2m范圍內(nèi)；形狀上表現(xiàn)為倒八字形；裂縫延伸長(zhǎng)度長(zhǎng)，寬度大，最大裂縫寬度約2mm，剝開(kāi)抹灰觀察，部分墻體已貫穿；裂縫主要沿磚縫間延伸，部分灰砂磚開(kāi)裂；縱墻(1)～(5)各軸線均有發(fā)現(xiàn)；剝開(kāi)墻面抹灰檢查，墻體砂漿砌筑不飽滿，其間有較大空隙。

4.2 三層縱墻墻頂斜裂縫

三層縱墻墻頂斜裂縫是又一常見(jiàn)裂縫，典型斜裂縫見(jiàn)圖5。其特點(diǎn)表現(xiàn)為：

分布于墻角位置，水位1.0m～2.0m，垂直2.0m范圍內(nèi)；形狀上表現(xiàn)為八字形；裂縫延伸長(zhǎng)度長(zhǎng)，但寬度均較小，多為抹灰裂縫，最大裂縫寬度約1mm；縱墻(1)～(5)各軸線均有發(fā)現(xiàn)。

4.3 其它裂縫

除上述所列裂縫外，尚分布有一部分其它裂縫，但數(shù)量均較少，主要為：門洞附近附近斜裂縫；梯間過(guò)梁下部墻體裂縫；空心板間灰縫；懸挑梁裂縫（圖6）。

5 裂縫分析說(shuō)明

圖6 懸挑梁裂縫

5.1 機(jī)載振動(dòng)影響分析

（1）機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)分析

機(jī)械運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的體波不斷地傳入土中并向四周發(fā)散，遇到地表界面后在地表的表面張力及質(zhì)點(diǎn)的重力作用下疊加而成面波，面波是地面振動(dòng)的傳播形式。地面振動(dòng)以振動(dòng)輪為振源中心，振動(dòng)能量的2/3由面波沿地表面在大約一個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域深度內(nèi)，向四周傳播引起地面振動(dòng)，其余1/3由體積波向縱深傳播。

振動(dòng)能量的傳播是按波動(dòng)規(guī)律衰減的。機(jī)械振動(dòng)通過(guò)地基土介質(zhì)以體波和面波的形式將其能量不斷地向外擴(kuò)散，同時(shí)振動(dòng)能量又部分被土介質(zhì)吸收，從而形成與距離有關(guān)的幾何阻尼衰減及與土介質(zhì)有關(guān)的粘滯阻尼衰減，隨著振動(dòng)距離增大，振動(dòng)將不斷衰減直至消失。按相關(guān)的研究，該衰減規(guī)律符合負(fù)冪指數(shù)函數(shù)a=αR-β，其中R為距振動(dòng)輪的距離，α、β均為系數(shù)。在衰減過(guò)程中振動(dòng)輪的基頻不會(huì)發(fā)生改變。

（2）機(jī)械振動(dòng)對(duì)房屋破壞的判定規(guī)則

機(jī)械振動(dòng)對(duì)建筑的影響主要表現(xiàn)為施于建筑物，使建筑物產(chǎn)生受迫振動(dòng)，變形不斷增大，基礎(chǔ)龜裂，墻皮脫落和地基下沉等現(xiàn)象。其判斷可參考《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-86）及《工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》中對(duì)安全振動(dòng)速度的相關(guān)規(guī)定（表1）。

表1 一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物

（3）振速測(cè)試

根據(jù)前述分析，挖機(jī)、壓路機(jī)振動(dòng)對(duì)房屋的影響與挖機(jī)、壓路機(jī)的振動(dòng)能量和挖機(jī)、壓路機(jī)距房屋的距離密切相關(guān)。本案中挖機(jī)、壓路機(jī)通行的道路與房屋相鄰，振動(dòng)能量較大，其間未設(shè)減振措施。為了正確評(píng)價(jià)挖機(jī)、壓路機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)房屋的影響，最好是通過(guò)在房屋內(nèi)布置速度測(cè)點(diǎn)來(lái)了解實(shí)際振速。實(shí)測(cè)最大振速見(jiàn)圖7、圖8。

實(shí)測(cè)二樓最大振速為2.53cm/s，三樓最大振速為3.44cm/s。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，實(shí)測(cè)振速大于安全震速（2.0cm/s），機(jī)械振動(dòng)對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)有一定影響，但不至于對(duì)房屋墻體超成大的裂縫。機(jī)械振動(dòng)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的影響可表現(xiàn)如下：

圖7 二樓最大振速圖

圖8 三樓最大振速圖

裂縫誘發(fā)因素：磚混結(jié)構(gòu)一般整體性較差，結(jié)構(gòu)薄弱部位若處于開(kāi)裂前的臨界或亞臨界狀態(tài)，受機(jī)械振動(dòng)影響產(chǎn)生裂隙；增加了房層既有裂縫的擴(kuò)展變化；長(zhǎng)期作用于建筑物，將引起結(jié)構(gòu)的動(dòng)力疲勞和應(yīng)力集中，機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)行的頻率一般在10 Hz～20Hz左右，與建筑物頻率相近，會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)，增大房屋變形。

5.2 裂縫位置和形態(tài)分析

該房屋的裂縫分布很有規(guī)律，主要裂縫表現(xiàn)為二樓懸挑梁上部縱墻墻角的倒八字形裂縫以及三樓縱墻墻頂?shù)陌俗中瘟芽p。根據(jù)裂縫分布位置和主要形態(tài)，對(duì)裂縫可判斷如下：

（1）房屋二樓縱墻墻體裂縫和懸挑梁裂縫是由于墻體下面懸挑梁抗傾覆不夠，懸挑梁下?lián)蠈?dǎo)致墻體橫向不規(guī)則變形產(chǎn)生的開(kāi)裂。

經(jīng)檢查，（A）-（1/A）/3軸處懸挑梁表面抹灰已開(kāi)裂（圖6），剝開(kāi)抹灰后檢查，底部鋼筋已銹蝕，鋼筋周邊混凝土破碎，粘結(jié)差。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)懸挑梁進(jìn)行的驗(yàn)算見(jiàn)表2。根據(jù)該房屋結(jié)構(gòu)，計(jì)算的懸挑梁周邊墻體應(yīng)力分布見(jiàn)圖9。

表2 懸挑梁驗(yàn)算

由表2可知，該房屋懸挑梁的抗傾覆、承載力均不能滿足相應(yīng)規(guī)范要求。從圖9可知，懸挑梁上部和下部附近墻體應(yīng)力較大，為結(jié)構(gòu)薄弱部位。

圖9 懸挑梁周邊墻體應(yīng)力分布云圖

理論計(jì)算表明，懸挑梁抗傾覆不夠，受上部荷載下?lián)?，使其上部墻體產(chǎn)生的橫向不規(guī)則變形，當(dāng)建筑物的主體剛度較差，便會(huì)使磚砌體的薄弱部位產(chǎn)生不同程度的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，當(dāng)砌體的抗拉抗剪強(qiáng)度不足以抵抗變形應(yīng)力時(shí)，墻體便會(huì)產(chǎn)生裂逢。該裂縫一般產(chǎn)生在墻角，呈倒“八”字斜裂縫。

（2）房屋三樓墻體裂縫主要為溫度裂縫

該房屋為平屋頂，屋頂未設(shè)變形縫、隔熱層，由于屋面混凝土部分現(xiàn)澆，與墻體的線膨脹系數(shù)不一致，當(dāng)溫度變化時(shí)，屋面變形較大，會(huì)使墻體受拉，當(dāng)其剪應(yīng)力和拉應(yīng)力大于砌體的抗剪抗拉強(qiáng)度時(shí)，墻體便會(huì)被拉裂。

（3）窗間墻、門洞附近墻體、過(guò)梁下部墻體的不規(guī)則裂縫均屬于由于墻體截面較小，承截力不足產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫。

5.3 房屋裂縫結(jié)論

（1）房屋墻體裂縫位置、形態(tài)分析和理論計(jì)算表明，產(chǎn)生裂縫的主要原因是由于懸挑梁承載力不足和溫度應(yīng)力引起的裂縫。

（2）機(jī)械振動(dòng)對(duì)房屋墻體的裂縫也有影響，但不是主要因素，建議增加隔振溝等相應(yīng)減振措施。

6 結(jié)語(yǔ)

由于建設(shè)工程的快速發(fā)展，機(jī)施振動(dòng)、爆破施工等因素也逐漸成為房屋開(kāi)裂的重要原因之一，房屋產(chǎn)生裂縫的原因需結(jié)合其位置和形態(tài)分析、理論計(jì)算和多種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段共同進(jìn)行分析判斷。

[1]張志峰，等.振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)建筑物的振動(dòng)影響及控制對(duì)策[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(1)：88-91.

[2]GB 6722－2003，爆破安全規(guī)程[S].

[3]楊文淵.工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.