李文嶺

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.建研院檢測中心有限公司，北京 100013）

0 引言

近些年來，隨著建筑工程的快速發(fā)展，質(zhì)量安全問題也層出不窮，其中，因地基不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷的建筑越來越多。而這其中，既有建筑地基不均勻沉降引發(fā)的安全問題尤為突出。既有建筑的使用人員較多，其損傷也因此影響著較多人員，對受影響建筑的損傷易導(dǎo)致糾紛。為解決糾紛以及為建筑后續(xù)處理提供技術(shù)依據(jù)，一般需要對受影響建筑進(jìn)行損傷原因分析和鑒定。造成地基出現(xiàn)不均勻沉降的原因很多，包括地基處理方法不當(dāng)，地基處理施工質(zhì)量差，地基局部水位異常變化，地質(zhì)勘查疏漏，受建筑地下開挖、臨近建筑地基開挖、降水、地質(zhì)災(zāi)害或濕陷性黃土、局部過大堆載影響等等。地基不均勻沉降導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部開裂、局部或整體變形，改變結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力狀態(tài)，對受影響建筑的結(jié)構(gòu)造成較大損害［1-6］，嚴(yán)重的可造成建筑倒塌。例如，2009 年 6 月 27 日，上海市閔行區(qū)某 13 層建筑受局部堆載等影響，管樁折斷而整體傾倒，造成人員傷亡。

鑒于對地基不均勻沉降受損建筑的檢測和鑒定涉及巖土、力學(xué)、測量、建筑結(jié)構(gòu)等多個專業(yè)，相對常規(guī)項目檢測鑒定的內(nèi)容更多、更復(fù)雜，探討針對受不均勻沉降影響建筑的檢測和鑒定方法十分必要。本文通過一個因地基不均勻沉降嚴(yán)重受損的鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑的檢測鑒定工程實(shí)例，總結(jié)此類建筑檢測鑒定的主要內(nèi)容和基本方法。

1 工程概況

某鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑為單層門式剛架結(jié)構(gòu)，采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)，建筑面積約 32 000 m2。因該建筑下面含煤層采煤挖掘過程中未采取坑道防護(hù)措施等原因，造成地面開裂、沉降，該建筑地基局部突然下沉，部分上部結(jié)構(gòu)和建筑構(gòu)件斷裂、嚴(yán)重變形。使用該廠房的企業(yè)因?yàn)榻ㄖ驮O(shè)備受損、工廠生產(chǎn)受到影響，與采煤企業(yè)產(chǎn)生糾紛。為妥善處理糾紛，需對受損建筑的損傷情況進(jìn)行鑒定，并為后續(xù)處理提供技術(shù)依據(jù)。采煤工作面井上下和受損建筑位置的對照圖如圖 1 所示，受損建筑室內(nèi)地面局部開裂情況如圖 2 所示。

圖1 采煤工作面井上下和受損建筑位置對照圖

圖2 受損建筑室內(nèi)地面局部開裂、錯動情況

2 檢測鑒定內(nèi)容

對于因地基不均勻沉降受損建筑的檢測鑒定，首要的任務(wù)一般是通過檢測、分析確定造成地基和基礎(chǔ)沉降的原因。經(jīng)專項鑒定，本建筑的地基沉降是建筑下面采煤挖掘過程中未采取足夠防護(hù)措施造成，不再檢測。根據(jù)實(shí)際情況，確定了下列檢測和鑒定內(nèi)容。

1）對該采煤工作面開采影響范圍內(nèi)（采空區(qū)）的沉降穩(wěn)定性進(jìn)行勘探、檢查和評估，分析采空區(qū)上面地表移動的狀態(tài)，上覆受損巖層基本壓實(shí)的時間，地表變形的大小。為準(zhǔn)確計算分析，現(xiàn)場進(jìn)行了數(shù)個孔位的鉆探，鉆探深度達(dá)到采煤坑道底部。

2）進(jìn)行建筑基礎(chǔ)沉降、地面和結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測，包括基礎(chǔ)沉降監(jiān)測、地面裂縫寬度監(jiān)測、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件變形監(jiān)測、設(shè)備基礎(chǔ)與吊車梁軌道豎向位移監(jiān)測，通過對上述沉降、變形的監(jiān)測，分別檢查地基的沉降穩(wěn)定性、基礎(chǔ)的不均勻沉降情況，以及上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形發(fā)展情況。

3）測量建筑上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件傾斜、變形，設(shè)備基礎(chǔ)和吊車梁軌道高差，并對結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑部件的損傷進(jìn)行檢查、測定，以便檢查已有沉降、變形對結(jié)構(gòu)承載、設(shè)備生產(chǎn)和吊車運(yùn)行的安全性與使用功能影響情況。

4）檢查建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體與設(shè)計和施工規(guī)范要求的符合性。本項為建筑結(jié)構(gòu)的常規(guī)檢測內(nèi)容，也是建筑可靠性評定的必要依據(jù)。

5）通過對各項監(jiān)測、測量和檢查、檢測數(shù)據(jù)的整理分析，綜合已有地基、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的變形、損傷狀況及后續(xù)變化趨勢，鑒定建筑結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備的安全性和適用性，并對后續(xù)的結(jié)構(gòu)處理和安全使用提出建議。

3 檢測結(jié)果分析

對各項目的檢測結(jié)果進(jìn)行整理、分析、驗(yàn)算，目的是確定地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀與后續(xù)發(fā)展趨勢。

3.1 采空區(qū)沉降穩(wěn)定性

采空區(qū)上覆巖層的快速斷裂和沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定。鉆孔勘查、變形測量和計算分析結(jié)果如下。

1）采空區(qū)上覆巖層受到煤層開采影響出現(xiàn)不同程度的損傷，采空區(qū)還存有空區(qū)未完全塌落。

2）經(jīng)過一年的發(fā)展，特別是經(jīng)歷雨季期間的快速變形以后，工作面開采引起的地表移動接近結(jié)束，基本處于殘余變形的相對穩(wěn)定狀態(tài)。

3）建筑地基范圍內(nèi)地表變形計算結(jié)果如表 1 所示。

表1 建筑地基范圍內(nèi)地表變形計算結(jié)果 mm

3.2 地基沉降、地面和結(jié)構(gòu)變形

對地基沉降、地面和結(jié)構(gòu)變形共進(jìn)行了一個月的觀測。觀測結(jié)果如下。

1）現(xiàn)場在廠房地面、柱基或柱根部布置了 100 個沉降觀測點(diǎn)和 5 個水準(zhǔn)校核點(diǎn)。各沉降觀測點(diǎn)的觀測結(jié)果顯示，大部分測點(diǎn)呈沉降趨勢，少量測點(diǎn)上升，各測點(diǎn)中最大沉降 2.46 mm，最大上升 2.16 mm。部分測點(diǎn)的沉降速率在 0.05～0.07 mm/d，根據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》規(guī)定，建筑基礎(chǔ)沉降并未穩(wěn)定。

2）根據(jù)剛架柱的傾斜變形觀測結(jié)果，傾斜值較大的鋼柱相對集中，傾斜的方向性、規(guī)律性非常明顯（見圖 3）。最大側(cè)向位移為 71 mm。根據(jù)最終測量結(jié)果，所檢測的 102 處柱傾斜值，共有 70 處達(dá)到或超過 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［7］規(guī)定的 C 級（不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，影響整體安全），占測量總量的 68.6 %。

圖3 鋼柱的傾斜方向示意圖

3）根據(jù)吊車梁端部相對高差檢測結(jié)果，所測區(qū)段的吊車梁相對高差在 26.6～75.0 mm，其中單跨吊車梁最大高差 28.8 mm，共有 13 跨吊車梁的單跨頂面高差已超過 GB 50278－2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的限值，兩次觀測期間吊車梁單跨高差變化量最大 1.85 mm。

4）對抽取的 20 條有代表性的裂縫（包括 14 條室內(nèi)地面裂縫和 6 條墻面裂縫）的測點(diǎn)寬度進(jìn)行了測量。所測地面裂縫共有 11 條寬度增加，最大增加 1.1 mm，2 條寬度減小，均減小 0.2 mm，1 條寬度未發(fā)生變化。所測墻面裂縫有 1 條寬度增加（0.2 mm），3 條寬度減小，最大減小 0.8 mm，2 條未發(fā)生變化。

3.3 結(jié)構(gòu)損傷和非結(jié)構(gòu)損傷

經(jīng)現(xiàn)場外觀檢查，該廠房建筑和結(jié)構(gòu)的損傷主要體現(xiàn)在以下方面。

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷，包括：柱基礎(chǔ)移位，剛架柱間支撐連接破壞，剛架連接破壞，吊車梁連接螺栓松動或連接板移動，混凝土地圈梁和窗下系梁斷裂，砌體墻開裂，屋面水平支撐松動變形，剛架柱或梁別隅撐焊縫拉脫等。

2）其他非結(jié)構(gòu)損傷，包括建筑地面、屋面防水、門窗、裝修、消防等損傷，包括：設(shè)備基礎(chǔ)破壞，混凝土地面鼓起、下沉、開裂，地面裝飾破碎，散水開裂、移位，屋面防水和金屬板破壞，天窗變形、脫落，建筑門窗變形，管道和消防設(shè)施破壞等。

局部損傷的照片如圖 4、圖 5 所示。

圖4 圍護(hù)墻體斷裂錯開 圖5 構(gòu)件焊縫斷裂拉脫

4 結(jié)構(gòu)可靠性鑒定

結(jié)構(gòu)的可靠性，一般包括結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。沉降、變形、損傷等項目的檢測結(jié)果表明：①該建筑所在場地雖然已經(jīng)度過快速沉降變形階段，場地的殘余變形仍然較大，且殘余變形時間較長。②地基的沉降仍不穩(wěn)定，地基、基礎(chǔ)不僅已有較大不均勻沉降，后續(xù)沉降仍將持續(xù)較長時間。③部分柱基存在移位，結(jié)構(gòu)整體存在較大變形，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)明顯改變，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷和過大變形，結(jié)構(gòu)已不適于繼續(xù)承載。④部分設(shè)備基礎(chǔ)、吊車梁受沉降影響失去使用功能。⑤建筑地面、墻體、屋面、門窗、裝飾層和室內(nèi)設(shè)施均遭到損壞，影響正常使用功能。

經(jīng)鑒定，該鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑的安全性嚴(yán)重不符合設(shè)計和國家規(guī)范要求，地基不均勻沉降、結(jié)構(gòu)過大變形和損傷已嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)整體承載，吊車和部分生產(chǎn)設(shè)備已不能正常使用且存在極大安全隱患，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性達(dá)到國家規(guī)范 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的最差等級（四級），應(yīng)停止使用并立即采取適當(dāng)措施。

5 結(jié)語

對于因場地沉降而嚴(yán)重變形、遭受損傷的建筑，其可靠性鑒定較為復(fù)雜。本文通過對受嚴(yán)重場地變形影響的大型鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑的可靠性檢測鑒定，總結(jié)如下幾個關(guān)鍵因素。

1）場地沉降穩(wěn)定性的檢測和評估，地基不均勻沉降和結(jié)構(gòu)變形與損傷的監(jiān)測，是鑒定建筑已有損傷和后續(xù)變形影響的基礎(chǔ)。不僅應(yīng)當(dāng)監(jiān)測基礎(chǔ)的不均勻沉降情況，還應(yīng)當(dāng)監(jiān)測場地的變形、上部結(jié)構(gòu)的變形和裂縫等損傷，以及對變形敏感、與建筑使用安全和使用功能密切相關(guān)的設(shè)備基礎(chǔ)、吊車梁等部位的變形與損傷。

2）基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件變形大小、結(jié)構(gòu)整體和結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷程度的檢測，是結(jié)構(gòu)安全性鑒定的關(guān)鍵。

3）設(shè)備基礎(chǔ)、吊車梁及其他生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施，以及建筑圍護(hù)、防水、消防等非結(jié)構(gòu)項目的損傷檢查，是鑒定建筑適用性的重要內(nèi)容。

4）建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體與設(shè)計和施工規(guī)范要求的符合性，是建筑可靠性評定的基本內(nèi)容。

5）對受場地變形影響建筑的鑒定，應(yīng)綜合考慮場地和建筑已經(jīng)歷的變形和后續(xù)變化趨勢，結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和承載能力狀況，建筑構(gòu)件和生產(chǎn)生活設(shè)施等使用功能的狀況，以及結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量等相關(guān)因素。Q