第八章-房屋损坏分析.doc

第八章 房屋损坏分析第七节 基坑施工引起周边房屋损坏分析随着城市高层建筑和大型市政设施的不断建设,出现了大量的深基坑施工。深基坑施工主要包括基坑开挖、基坑降水、基坑支护等，必然会扰动地下岩土体，使其丧失原有的应力平衡状态，达到新的应力平衡状态，在这个状态变化过程中，地下岩土体及地表面势必发生位移及变形。尽管基坑施工中采取了各种技术措施，但施工中的降水、支护、开挖仍不免会引起周边房屋不同程度的损坏，造成严重的经济损失，引发施工现场周边受损房屋业主的不安与不满，酿成群体上访事件，带来巨大的社会影响。一、 基坑施工的有关知识拟建建筑物、构筑物和市政设施地下部分施工前，需要进行基坑开挖，为保证基坑施工与主体地下结构的安全和周边房屋不受损害，必须进行基坑降水、基坑支护。（一） 基坑降水基坑降水方法根据基坑工程排水量大小、降水机理不同，分为坑底明沟排水和井点降水。1、坑底明沟排水：即排水沟及集水坑排水，在中小型工程排水量不大的情况下采用。在基坑的周围或在基坑中心，设置排水沟，每隔3040m设置一个集水井，使地下水汇入集水井内，再用水泵将集水井的水排出基坑外。2、井点降水：用于基坑工程地下水深度大，涌水量多的情况，当基坑开挖可能遇到地下水涌入产生的流砂，即使采用大量水泵进行明沟排水，也不能阻止流砂涌进时，就可采用井点降水。井点降水一般有轻型井点、喷射井点，电渗井点，管井井点和深井井点等，可根据土层的渗透系数、降水深度、工程特点和设备条件等选用。（1）轻型井点系统由井点管、连接管、集水总管及抽水设备组成。沿基坑周围以一定间距埋入井点管（下端为滤管），在地面上用水平铺设的集水总管将各井点管连接起来，在一定位置设置离心泵和水力喷射器，离心泵驱动工作水，当水流通过喷嘴时形成局部真空，地下水在真空吸力的作用下，经滤管进入井管，再经集水总管排出，从而达到降低水位的目的。（2）当基坑开挖深度所需降水超过8m时，宜采用喷射井点。喷射井点系统由喷射井点、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统组成。喷射井点由内管和外管组成，在内管的下端装有喷射扬水器与滤管相连，当工作时，由地面高压离心泵供应高压工作水经过内外管之间的环形空间直达底端，在此处工作水由特制内管的两侧进水孔至喷嘴喷出，在喷嘴处由于断面突然收缩变小，使工作水具有极高的流速（3060m/s），在喷口附近造成负压（形成真空），将地下水经过滤管吸入，吸入的地下水在混合室与工作水混合，然后进入扩散室，水流在强大压力的作用下把地下水同工作水一同扬升出地面，经排水管道系统排至集水池或水箱，一部分用低压泵排走，另一部分供高压水泵压入井管外管内作为工作水流。如此循环作业，将地下水不断从井点管中抽走，使地下水位逐渐下降，达到设计要求的降水深度。（3）电渗井点一般与轻型井点或喷射井点综合使用，利用轻型井点或喷射井点管本身作为阴极，以金属棒如钢管（5070mm）或钢筋（2025mm）作为阳极，埋设在井点管的内侧。通入直流电后，带有负电荷的土颗粒向阳极移动，带有正电荷的水则向阴极方向移动集中，产生电渗现象。在电渗与井点管内的真空双重作用下，强制粘土中水由井点管快速排出，井点管连续抽水，从而地下水位逐渐降低。（4）对于渗透系数大于10-4cm/s，地下水丰富的砂土、砂质粘土，可采用管井井点。管井井点是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，或在坑内降水时每一定范围设置一个管井，利用管井进行重力集水，在地面用一台离心泵或在井内用小型潜水泵不断抽取管井内的水来降低地下水位。（5）深井井点的工作原理是利用深井进行重力集水，在井内用长轴深井泵或井用潜水泵进行排水以达到降水或降低承压水的目的，适用于渗透系数较大（K10-4cm/s）、涌水量大、降水较深的砂土、砂质粘土，及用其它井点降水方法不易解决的深层降水。3、地下水分类地下水按照埋藏条件不同可分为三类：（1） 上层滞水：指积聚在局部隔水层上的水。靠雨水补给，有季节性。（2） 潜水：指埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。（3） 承压水：指埋藏在两个连续分布的隔水层之间完全充满的有压地下水。通常存在于砂卵石层中。4、降水影响范围估计井点降水时，井点管周围含水层的水不断流向滤管。在无承压水等环境条件下，经过一段时间之后，在井点周围形成漏斗状的弯曲水面，即所谓“降水漏斗”曲线。经过几天或几周后，降水漏斗渐趋稳定。降水漏斗范围内的地下水位下降后，必然会造成地基固结沉降。由于降水漏斗不是平面，因而产生的沉降也不是均匀的。在实际工程中，由于井点管滤网和砂滤层结构不良，把土层中的细颗粒同地下水一同抽出，就会使地基不均沉降加剧，造成周边房屋不同程度的损坏。降水的影响范围即降水漏斗曲线的平面半径，即井点降水的影响半径，可按下式进行估算。潜水含水层：承压水含水层：R为降水影响半径（m），指水位降落漏斗曲线稳定时的影响半径，S为基坑水位降深，H为潜水含水层的厚度，K为土的渗透系数（m/d）。5、降水引起的地面沉降降水引起的地面沉降可用分层总和法进行计算：式中，S地面最终沉降量； 第i层土100200Kpa的压缩系数；第i层土的起始孔隙比；第i层土因降水产生的附加应力；第i层土的厚度。（二）基坑支护在软土地区，地下水位往往较高，基坑施工需要采用围护墙承受基坑外的水、土压力，并与支撑（或锚杆）、防渗帷幕等结构体系形成支护结构。常用的基坑支护类型有：水泥土搅拌桩围护、排桩围护、地下连续墙围护、土钉墙支护。1、水泥土搅拌桩围护水泥土深层搅拌桩是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。该方法的优点是采用重力式挡墙，适用于各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，广泛用于57m深基坑围护结构。2、排桩围护基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩围护，开挖深度在610m左右时，即可采用排桩围护。排桩围护采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩围护可分为：无支撑围护结构：基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡土墙后土体。单支撑结构：基坑开挖深度较大，不能采用无支撑围护结构，可以在围护结构顶面附近设置一单支撑。多支撑结构。基坑开挖深度较深，可设置多道支撑，以减少挡土的内力。3、地下连续墙围护地下连续墙的施工工艺是利用特制的成槽机械在泥浆护臂的情况下进行开挖，形成一定槽段长度的沟槽；再将在地面上制作好的钢筋笼放入槽段内。采用导管法进行水下混凝土浇筑，完成一个单元的墙段，各墙段之间的特定地接头方式相互联结，形成一道连续的地下钢筋混凝土墙。4、土钉墙支护土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。基坑支护结构或其后面的土体会发生水平位移，如果水平位移速率过大，就会危及周边房屋。二、基坑施工引起周边房屋损坏现象特征分析尽管基坑施工过程中采用了支护、降水技术，但仍不免引起周边房屋损坏。主要损坏现象有：周边房屋临近基坑边的地面明显下沉或隆起；周边房屋发生整体或局部倾斜；周边房屋上部结构发生不均匀沉降引起的沉降裂缝。基坑施工引起周边房屋损坏现象与受损房屋的地基基础、上部结构有很大关系，不同的地基基础 、上部结构情况会产生不同的损坏情况。（一）基坑工程施工不久，周边房屋靠近深基坑一边的地面（地坪）最易出现明显下沉或隆起现象，房屋散水坡与房屋主体脱开。这种损坏现象因发生速度快，比较容易引起人们的恐慌。（二）周边房屋发生整体或局部倾斜。当房屋上部刚度很大时，易发生整体倾斜现象。（三）周边房屋上部结构出现明显的沉降裂缝。沉降裂缝特点是底层重，上层轻，外墙重，内墙轻，开洞部位重，实体部位轻，且大多为斜裂缝，少数为竖向和水平裂缝。1、砌体结构房屋墙体（特别是底层部位）产生明显的沉降裂缝。起初，墙体的开裂为较小裂缝，不易被人察觉，随着地基不均匀沉降加剧，墙体的裂缝会加长、增宽，最后使裂缝贯穿墙体，危及房屋安全。砌体结构的墙体受损部位主要发生在窗下墙、窗间墙等墙体薄弱部位。裂缝形状呈正“八”字形裂缝、倒“八”字形裂缝、斜裂缝、水平裂缝和竖向裂缝。2、钢筋混凝土结构房屋的受损部位主要表现在混凝土柱、梁端部。钢筋混凝土框架结构房屋柱、梁端部产生明显斜向或竖向裂缝，填充墙与结构主体脱开。混凝土梁的裂缝主要发生在梁端部，混凝土柱的裂缝主要发生在柱上端。柱、梁连接部位梁两端出现竖向裂缝，与沉降较大的柱相连接处梁底裂缝会大于梁顶，而与沉降较小的柱相连接处梁顶的裂缝会大于梁底。3、基础埋置深度较浅的房屋上部结构受损情况要重于埋置深度较深的房屋。三、房屋损坏原因分析当基坑施工中进行基坑降水时，地下水位升降在基础底面以上范围内变化，一般对地基基础的影响不大，水位下降仅仅稍微增加了地基基础的自重，若地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化，情况就不同了，会直接影响整个房屋的安全。当地下水位在地基持力层（压缩层）内上升时，水会浸湿和软化地基土，从而使地基土的强度降低，压缩性增大，尤其是对结构不稳定的地基土（湿陷性土、膨胀性土等），这种现象更为严重，能导致房屋严重变形而破坏。当地下水在地基持力层（压缩层）范围内下降，则增加土的自重应力，引起房屋基础的附加沉降。如果地基土质不均匀，或地下水位在整个房屋下面下降也不均匀，地基基础就会产生不均匀沉降，引起上部结构的开裂或破坏。在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降。（一）基坑降水能使地下水位突然下降，增加土的自重应力，使靠近基坑附近的地面（地坪）发生附加沉降。在软土地区，大面积抽水可能会引起大面积地面（地坪）下沉，带来严重后果。（二）沉降裂缝是指因地基基础不均匀沉降引起的砌体结构中墙体裂缝或混凝土结构中的柱、梁裂缝。房屋地基基础发生不均匀沉降后，下沉较大部位与下沉较小部位之间出现了相对位移，地基表面出现了局部凹陷，局部凹陷处砌体或混凝土柱失去支撑，使得砌体或混凝土框架内产生附加拉力和剪力。当这种附加拉力和剪力超过砌体或混凝土柱、梁的极限强度时，砌体或混凝土柱、梁便出现裂缝，裂缝随不均匀沉降量的增大而不断扩大。一般在地基变形稳定后，裂缝不再变化。沉降裂缝以斜裂缝居多，也有水平和竖向裂缝。多数出现在房屋下部。斜裂缝走向往往是由沉降小的一边，向沉降较大的一边逐渐向上发展，裂缝呈上宽下窄形态。1、正“八”字形裂缝（图1）9当房屋两端沉降小，中间沉降大时，形成正向弯曲变形，房屋中间下部受拉，两端受剪，纵墙上出现斜裂缝，多数裂缝通过窗口的两个对角，在墙面上呈“八”字形分布。 图12、倒“八”字形裂缝（图2）当房屋两端沉降大，中间沉降小时，形成反向弯曲变形，纵墙上出现斜裂缝，多数裂缝通过窗口的两个对角，在墙面上呈倒“八”字形分布。图23、斜裂缝当房屋地基一端软弱，产生不均匀沉降，沉降大的一端上部墙体出现斜裂缝。 图34、水平裂缝当房屋产生局部不均匀沉降时，由于中间下部开裂区的墙体有自重下坠作用，造成垂直拉应力，使墙体产生水平裂缝。此外，由于沉降单元上部受到阻力作用，使窗间墙受到较大的水平剪力，导致窗间墙的上下对角线出现成对的水平裂缝，沉降大的一边裂缝在下，沉降小的一边裂缝在上。缝宽都是靠窗口处较大，向窗间墙的中部逐渐减小。5、竖向裂缝当地基沉降发生突变，一端沉降较大时，地基突变处上部墙体会出现竖向裂缝。在大窗台下，由于窗间墙下的基础沉降往往大于窗下墙下的基础沉降，形成窗下墙体的局部反向弯曲变形，窗下墙常会在窗台下口的中间或边口会出现竖向裂缝。 图4四、 实例：基坑降水引起周边某5层住宅房屋损坏分析（一）房屋概况：该受损房屋坐落在常州市钟楼区南大街街道东头村住宅小区内，东西朝向，为1幢5层点式住宅楼，每层为2户，主开间为2.40、3.40m，主进深为4.80+3.60m ，楼层结构局部向东外挑1.50m宽的阳台。该房屋采用钢筋混凝土筏板基础，砖墙承重，预应力混凝土多孔板（局部混凝土现浇板）楼（屋）盖，建造于1989年。2007年2月起，该房屋西侧拟建造20层高层商住楼，进行深基坑开挖施工时，采用井点降水，降低地下水位，该房屋业主发现房屋靠近基坑的侧面室外地坪下沉，室外地坪与房屋交界处出现明显裂缝，散水坡与房屋墙体脱开，房屋墙体多处出现明显裂缝，感到危险，遂将该情况反映至钟楼区人民政府及南大街街道办事处，南大街街道办事处于2007年8月委托鉴定单位进行基坑降水引起周边房屋损坏分析，对该房屋进行安全鉴定，并提供该房屋工程地质勘察资料、原设计图，施工单位提供了拟建高层商住楼的基坑支护、基坑降水施工技术资料。（二）现场调查与查勘首先，鉴定人员查阅了委托人提供的该房屋工程地质勘察资料、原设计图。工程地质勘察资料表明：该房屋建造场地的工程地质条件较差，地表下存在910m厚的杂填土、淤泥质粉质粘土，属高压缩性土。该房屋北临市河。根据原设计图得知：该房屋基础采用钢筋混凝土筏板基础，板厚为300mm，埋置深度为室内地坪下1.60m。该房屋各楼层及屋盖部位墙体内均设置混凝土圈梁。其次，鉴定人员现场测量该房屋西侧开挖基坑坡顶（基坑支护结构内边线）与该房屋西檐墙最小距离为7.30m。基坑支护采用钻孔灌注桩加一层混凝土、预应力钢管支撑作为支护结构，现场未见基坑塌方等现象，查阅施工资料得知：该房屋西侧基坑开挖深度为室外地坪下9.50m。根据管井降水要求将场地地下水位降至基坑下0.50m，据此可推断地下水位至少要降至室外地坪下10.00m。（三）损坏现象特征分析实测房屋中部外伸楼梯间西南角向西、南方向倾斜，最大倾斜率为2.32，房屋西南角向西倾斜，最大倾斜率为0.76，倾斜方向均朝向基坑降水方向。实测东、西檐墙与室外地坪交汇处北面无裂缝，南面有明显裂缝，裂缝呈现自北向南逐渐扩大趋势；室外地坪有明显下沉现象。鉴定人员进入该住宅楼内逐户检测墙体裂缝，主要裂缝位置、形状、长度、宽度描述如下：一层：轴线（A）（10）（11）（轴线编号同附图1，下同）部位窗下墙上有大致呈45的双面贯穿斜裂缝，缝长为0.50 m，最大缝宽0.76 mm；轴线（A）（11）（13）部位窗下墙有双面贯穿的水平裂缝，缝长为0.95 m，最大缝宽为2.12 mm；轴线（1）/（B）（C）墙面有数条45斜裂缝，实测最大1条斜裂缝的缝宽为0.50mm，缝长为1.10m。二层：轴线（A）/（10）（11）墙面有1条45斜裂缝；轴线（A）/（11）（13）窗下墙面有水平和斜裂缝，实测斜裂缝最大缝宽为1.34mm，缝长为0.75m。三层：轴线（A）/（10）（11）窗洞上方有1条水平裂缝，窗洞下部有1条45斜裂缝，实测斜裂缝最大缝宽为2.12mm，缝长为1.30m；轴线（A）/（7）（10）窗下墙有水平裂缝和45斜裂缝，实测1条最大斜裂缝的缝宽为0.56mm，缝长为0.30m。四层：轴线（A）/（7）（10）窗下墙面有水平裂缝和45斜裂缝，斜裂缝为双面贯穿，实测斜裂缝的最大缝宽为2.08mm，缝长为1.20m。五层：轴线（A）/（7）（10）墙体有数条45斜裂缝和1条水平裂缝，均双面贯穿，实测1条斜裂缝的最大缝宽为2.43mm，缝长为1.20m；轴线（A）/（10）（11）墙面有多条45斜裂缝，实测1条斜裂缝的最大缝宽为0.78mm，缝长为0.60m；轴线（C）/（9）（11）墙体有多条45斜裂缝，实测1条最大贯穿裂缝的宽度为1.10mm；轴线（7）/（A）（B）墙面圈梁底部有1条2.00m长的水平裂缝；轴线（A）/（3）（5）墙面有斜裂缝和1条贯穿水平裂缝，实测水平裂缝最大缝宽为2.65m