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岩土研究院

工程实例-第一教室楼严重开裂与成功处理

340 2022-01-06 08:59:42

3.2.1 工程概要

第一教室楼位于清华大学中心区。建筑物南北长 56.38m,东西宽12.38m.高16.50m,三层砌体结构,纵墙承重。建筑面积2600rn2²,教室楼南北两端各为一大教室.面积12×16m²,其余均为小教室,平面布置如图3-1所示。

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第一教室楼于1953年建成使用时,工程完好,1954 年开始发现在第二层和第三层楼值预制板搭接处有裂缝,不久又在西立面发现自上至下墙体断裂。此后,裂缝数量不断增多裂缝宽度不断增大,至 1962年统计∶砖墙裂缝东立面 13条,西立面 25条。最大的一条裂缒位子楼房中部,离北墙23~24m处,裂缝长度超过6.5m,宽达 20mm,室内外贯穿。全楼中部所有内外墙、砖过梁、混凝土梁和楼板等部位,多处出现断裂。因此,该楼无法使用而封闭。

3.2.2 工程地质情况

1952年第一教室楼设计时,没有进行系统勘察;缺乏必要的地质资料。在事故发生后为分析事故的原因,研究处理方案,于1963年3月重新勘察,共打钻孔 13个,一般孔深8~9m,最深的钻孔达19.4m。同时取原状土,进行土的物理、力学性试验,查明地基土分层如图3-2所示。

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第七层砂砾石,密实,厚度超过2.0m,未钻透。

3.2.3 事故原因分析

一、第一教室楼位于复杂场地上。建筑物西部与西北部地基软弱层厚达6~7m,其中第四层泥炭土土质最差,属超高压缩性土。建筑物东南部地基土较密实,建筑物位于软硬相差悬殊的地基上,必然产生过大的不均匀沉降,这是导致建筑物严重开裂的主要原因。

二、该楼南、北两端为大教室,室内空旷,整体刚度小,难以抵抗不均匀沉降引起的附加应力。

三、设计时,虽然已经了解建筑物地基软弱,但未经详细勘察即进行设计。同时错误地认为只要将地基容许承载力【R】值,由 120kPa 降低到 80kPa.用加大基础底面宽度来解决软弱地基问题。因而,第一教室楼外墙基础设计宽度分别为∶南、北外墙基础 B;=1.40m;东外墙基础 B2=1.90m;西外墙基础由南往北采用 B3=2.30m;B4=2.20m;Bs=2.70m;B6=2.45m;B2=2.65m。一幢楼房的外墙采用七种不同宽度的基础,不仅施工不方便,而且并不能真正解决软弱地基问题。

四、软弱地基未经处理,上部结构也没有采取必要的措施,如顶层和底层未设圈梁,一、二层虽设圈梁,但圈梁未形成封闭状,在西部楼梯间处间断,圈梁配筋为2φ12 和 2φ10。由于地基不均匀变形,使二层圈梁拉裂,裂缝宽达 10mm。

3.2.4 加固方法

第一教室楼于1965年进行加固,当时曾提出下列四个加固方案∶一、加固地基方案

(一)硅化加固法

考虑软弱地基为有机土与泥炭,化学浆材很难与之胶结而放弃。

(二)打钢板桩法

装 考虑该楼自1953年建成.十年后仍在继续下沉。除了软弱土受荷产生竖向压缩外,还可能发生侧向挤出。因钢板桩施工困难而放弃。

(三)现浇混凝土桩法 经计算,需在室内外打109 根混凝土桩。考虑此方案施工困难、费用太高而放弃。

二、分缝方案

该楼中部有一条竖向大裂缝,因势利导,利用该缝做永久沉降缝,将教室楼分为南北两个单独建筑物,自基础起重新设置两道横墙。考惠永久沉降缝分缝位置与软弱地基泥炭土的分布并不一致,因此,今后可能还会出现新的裂缝。同时考虑施工拆除大裂缝处外墙,技术复杂,施工困难,而且这样处理后,效果难以预计,因没有确实把握而放弃。

三、减荷方案

考虑该楼第三层裂缝最为严重,且整体刚度差。如拆除第三层可减少总荷载 7500kN,相当于减少压应力 28kPa。此方案技术上有把握,施工简单方便。但是,拆除第三层后,损失教室使用面积810m²,在当时教室紧张的情况下,此方案行不通,也不合算,只好放弃。

四、增加房屋整体刚度方案

考虑该楼建成已十多年.地基的压缩变形大部分已完成,只要建筑物具有足够的整体刚度,就能够调整地基剩余不均匀变形。

上述四个加固方案经全面的技术和经济比较后,决定采用增加房屋整体刚度的方案,具体做法是增设三道圈梁,圈梁位置分别在二楼楼板、三楼楼板和楼顶处。圈梁截面和配筋如

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