受基坑开挖影响的既有混凝土框架住宅安全性检测与鉴定

金 平，温 强，邱 斌，2，3

（1.云南省建筑结构与新材料企业重点实验室，云南 昆明 650223；2.昆明市建筑工程结构安全和新技术重点实验室，云南 昆明650223；3.云南省建筑科学研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

近年来，出现了诸如“泉州欣佳酒店”“山西省临汾市襄汾县陶寺乡陈庄村聚仙饭店宴会厅”及“武汉新洲自建私房垮塌”等建筑结构倒塌事故，造成多人死亡和受伤，造成了不好的负面社会影响。同时，也出现了诸如“龙潭空中花园基坑事故”“华瑞大厦基坑事故”及“海珠城广场 B 区事故”等基坑倒塌的事故，不仅造成基坑本身倒塌，影响工程进度，同时也对基坑周边建（构）筑物的安全和使用造成了显著影响。因此，在进行结构安全性检测鉴定时，应充分关注结构周边地质和地理状况，若有正在施工的基坑、边坡等应引起充分的关注，方能合理、完全地对结构安全性能进行鉴定。

本文介绍一个受基坑开挖影响的既有混凝土框架住宅安全性检测与鉴定的工程项目，为同类型检测鉴定项目提供参考。

1 工程概况

某住宅为地上 6 层的混凝土框架结构建筑，1998 年设计出图，房屋总高为 17.570 m，筏板基础，筏板厚 300 mm，抗震设防烈度为 8 度（0.20g），框架抗震等级为二级，设防分类为丙类，场地类别为 III 类，填充墙采用黏土空心砖。构件设计强度分别为：一层梁板柱C 30、二层梁板柱 C 25、三层及以上各层梁板柱 C 20，各层楼梯均为 C 20。

本住宅一层为车库、二层至六层为跃层式住宅，分别为二层跃三层为一户，四层跃五层、六层为一户，上人屋面、屋顶局部有不锈钢或轻钢结构出屋面房间，屋顶局部有覆土以形成屋顶花园，同时屋顶局部设有鱼池、假山等构筑物。

在住宅西南侧最近距离约为 9m 处曾进行另一项目（以下简称“ B 项目”）的基坑施工，基坑用地红线距离住宅为 1.0～4.7 m，在该住宅小区一侧，最大开挖深度为10.65 m（采用直径 1 200mm 支护桩 +1 道直径 609 mm钢管水平支撑+直径 600 mm 的止水帷幕桩支护），最小开挖深度为 9.5 m（采用高 3.3 m 宽 4.6 m 取台卸荷+直径 1 200 mm 双排支护桩+直径 600 mm 的止水帷幕桩支护），帷幕桩与支护桩套搅搭接，故坑壁桩间土不再挂网喷混凝土处理。

住宅一侧基坑开挖约在 2014 年 4 月开始，施工过程中在坑外共设置 23 个水位监测井和 24 个回灌井，进行基坑桩顶水平及垂直位移监测、相邻建筑水平及沉降监测、周边（道路）地标沉降监测、相邻建筑（桥墩）沉降及水平监测及地下水位监测。

该住宅在 B 项目基坑施工过程中曾发现室内墙体局部出现开裂现象，在主体结构施工完成后发现住宅墙体开裂有明显变化，同时，B 项目施工过程中对住宅的证据保全工作欠佳，因此，为确保基坑施工是否对住宅安全性造成影响，特进行安全性检测鉴定，现场检测时基坑支护施工、土方开挖等已完成近 2 年之久。

2 检测项目及结果

2.1 地基基础部分

通过地基基础的变形在上部结构的反应（不均匀沉降裂缝与垂直度偏差）对地基基础进行检测，结果如下。

1）经现场检测，上部承重结构（梁柱体系）未出现明显的地基不均匀沉降裂缝，但车库纵向填充墙出现斜向开裂，开裂示意图如图 1 所示，其中“39”等数字表示车库号，裂缝宽度为最大裂缝宽度，各车库单独裂缝示意图中左侧墙为左横墙、右侧墙为右横墙、中间墙为纵墙。

图1 车库填充墙开裂示意图（单位：mm）

2）在小区一侧的外纵墙二层及以上各层窗下角均出现较明显的斜向开裂。

3）小区外侧靠近 B 项目一侧周边地坪多处出现如图 2 所示的破损、开裂。

图2 住宅小区外周边地坪开裂

4）采用全站仪与钢尺对住宅垂直度偏差进行检测，结果表明：10 个测点中最大垂直度偏差为 50 mm，观测高度 H 约为 9 000 mm，其倾斜率为 0.56 %。

2.2 上部主体结构

2.2.1 结构构件及室外检测

根据文献［1］相关要求，针对住宅结构构件及室外损伤进行检测，结果如下：

1）住宅梁柱均未发现结构性裂缝，填充墙及装饰层出现不同程度的开裂，室外混凝土地坪存在明显开裂、下沉等破损现象；

2）填充墙抹灰龟裂，渗水、抹灰脱落等；

3）填充墙与梁柱交接部位开裂；

4）装饰装修部件与原房屋梁柱板墙等构件交接部位开裂；

5）楼板开裂渗水；

6）卫生间、厨房等部位瓷砖开裂；

7）个别墙面出现斜向开裂；

8）除两处梁出现非受力裂缝外，梁、柱及其节点均未发现受力裂缝，部分梁柱抹灰明显开裂。

2.2.2 承重构件强度检测

根据文献［2］的相关规定，采用“回弹法”对住宅混凝土梁、柱进行混凝土抗压强度现场检测，结果如下：

1）各检测批现场抽检混凝土强度平均值介于18.6～30.3 MPa；

2）首层与二层梁柱的混凝土强度小于设计混凝土强度等级；

3）首层梁柱混凝土强度均值为 C25，其他各层梁柱混凝土强度均值为 C20。

2.2.3 结构抗震措施抽检

根据文献［3］第 1.0.4 及 1.0.5 条，后续使用年限不应少于 40 年，按 B 类建筑、设防烈度 8 度（0.20g）针对“建筑高度”“结构体系”“混凝土强度”“框架布置”“梁的截面尺寸”“柱的截面尺寸”“框架梁箍筋加密区箍筋最大和最小直径”“框架柱箍筋加密区箍筋最大和最小直径”“框架柱轴压限值”共计 9 项抗震措施进行了抽检，结果表明，其中“混凝土强度”“框架布置”“轴压比限值”及“梁截面尺寸”4 项不符合规范相关要求。

2.3 围护系统承重构件及其他检测

根据文献［4］的相关要求，对本住宅的围护系统进行检测，主要结果如下：

1）门窗基本完好，未发现明显可见的门窗框变形等问题，说明门窗上部的过梁等围护系统的承重构件基本完好；

2）部分顶板存在开裂且局部有渗水痕迹，部分阳台出现积水现象；

3）部分围护墙体开裂，表面瓷砖及抹灰潮湿、空鼓、脱落；

4）屋顶防水老化、局部破损。

3 结构承载力复核

3.1 屋顶恒活荷载

住宅屋顶有不锈钢或钢结构出屋面层、鱼池、假山、覆土等设计之外的荷载，故屋顶恒荷载及活荷载按实际荷载分布考虑。

3.2 主要荷载及强度参数取值

1）考虑到较多住户采用自重较大的石材进行墙面、地面进行装饰，故偏于安全考虑，恒荷载适当取大值，不计板自重恒载取 3.5 kN/m2；

2）考虑到顶楼住户不同程度地设置了屋顶花园，部分住户在屋顶进行花卉养殖，屋顶不同程度地存在加建轻钢结构屋面、活动板房等现象，故不计板自重恒载取 4.0 kN/m2；

3）楼面活荷载按文献［4］中 5.1.2-3 及附录 J.0.2 条规定应按 GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》［5］规定取值，其中厨房为 2.0 kN/m2，卫生间为 2.5 kN/m2，楼梯为 2.0kN/m2，阳台为 2.5 kN/m2，其他区域统一采用2.0 kN/m2；

4）屋面活荷载考虑到顶楼住户不同程度地设置了屋顶花园，部分住户在屋顶进行花卉养殖，屋顶不同程度地存在加建轻钢结构屋面、活动板房等现象，导致屋面变成实际的上人屋面及屋顶花园，同时考虑屋顶不同程度地存在随机摆放盆栽的情况，将随机摆放的盆栽按活荷载考虑，故综合 GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》关于屋面活荷载的规定及实际情况将活荷载调整为 3.5 kN/m2；

5）风荷载在多层建筑中可不考虑，复核时仍按设计值计算，即 0.25 kN/m2；

6）各层混凝土强度取各层实测强度均值，其中首层为 C 25、其他层为 C 20。

3.3 主要计算结果

不考虑地震作用的计算结果主要如下：

1）未出现梁截面超筋现象，表明梁截面尺寸符合要求；

2）部分梁跨中截面配筋略小于计算所需配筋，其他各单元梁截面配筋均不小于计算所需钢筋，表明配筋符合承载力计算要求；

3）柱轴压比均小于 1.0，说明静力作用下柱混凝土部分已基本能承受所分配之轴压力，同时计算所需配筋面积均较小而实际配筋面积较大，故不对柱配筋进行比对。

考虑地震作用的计算结果主要如下：

1）地震作用下梁端实配钢筋基本小于计算所需钢筋，即实配钢筋不满足承载力计算要求；

2）一层至三层均出现不同数量的剪压比超限及最大配筋率超限的梁，表明在实测混凝土强度下梁截面偏小；

3）梁底配筋与不考虑地震作用时的计算结果差异不大，故不对其配筋进行比对；

4）住宅各层均出现较多数量的节点域抗剪承载力不足的现象；

5）住宅各层均不同程度地存在框架柱轴压比超出限值 0.8 的框架柱；

6）一至三层不同程度地出现柱纵筋配筋超限的现象，表明在实测混凝土强度下柱截面偏小。

4 住宅安全性鉴定

4.1 地基基础部分

住宅垂直度偏差的斜率最大值为 0.56 %，该值略大于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》中1/200=0.5 % 的限值，但未发现承重构件出现裂缝、变形或其他局部损坏迹象，根据纵横向填充墙斜向开裂规律判断，住宅出现一定程度的、未导致主体结构出现开裂损伤的不均匀沉降，且中部沉降大于其两侧沉降量，结合文献［4］中 7.3.10 与 7.2.3 判定住宅地基基础目前的安全性等级为 Bu 级。

4.2 上部承重结构部分

不考虑地震作用时，住宅个别梁纵筋不满足计算要求，考虑到现场检测中未发现梁体出现抗弯承载力不足的现象（如未出现受弯开裂等现象），故判定该幢在不考虑地震作用时仍可正常承载；而在考虑地震作用时该幢梁端纵向配筋基本不满足计算配筋要求，一层至三层同时也出现了较多抗剪承载力不足的节点，而节点抗剪承载力对整个房屋结构在地震作用下的抗震承载性能至关重要，同时一、二、三层均出现不同数量的轴压比超限的柱，因此，综合评定住宅结构安全性为 Cu 级。

4.3 围护系统承重部分

的门窗基本完好、顶板局部渗水、填充墙体局部开裂、抹灰局部潮湿、空鼓、脱落，尚不影响该房屋的结构安全性，故围护系统部分的安全性等级均评为 Bu 级。

4.4 住宅安全性

不考虑地震作用时基本可以正常工作，但考虑地震作用时出现显著不符合规范要求的配筋、轴压比及节点域抗剪等问题、同时考虑到地震发生的不可预知性并结合 GB 50068－2001《建筑结构可靠度设计统一标准》［6］中对结构在规定设计使用年限内应满足功能的要求，综合分析地基基础、上部承重结构及围护系统承重部分的安全性等级，判定住宅的结构安全性等级均为 Csu 级，即“安全性不符合标准对Asu级的要求，显著影响整体承载，应采取措施，且可能有少数构件必须立即采取措施。”

5 住宅安全性分析

5.1 房屋自身状况

房屋底层为车库及商铺，在车库与商铺分隔位置纵向设置一道砌体填充墙，因车库及商铺需求，在前后最外侧两道纵轴线上设置卷帘门而无填充墙，导致房屋结构在纵向抵抗变形的能力较弱，同时由于框架比填充墙的变形能力及承载力（强度）高于填充墙，故在地基基础不均匀沉降作用下若出现开裂，则开裂会首先出现在填充墙上，而后出现于框架。

房屋底层以上各层为住宅，纵横向砌体填充墙相对较多，填充墙会在一定程度上增加房屋刚度，房屋上部结构实际刚度较底层大，实际房屋结构的受力性能及抗震性能介于框架结构与底框—抗震墙结构或框支剪力墙结构之间，在地震作用下底部有可能成为软弱层和（或）薄弱层，对结构抗震不利。

5.2 基坑开挖的影响

住宅一侧基坑在施工过程中进行了基坑桩顶水平及垂直位移监测、住宅水平及沉降监测，根据监测结果可得以下规律：

1）建筑水平位移及其沉降规律基本一致，均在第44期前后开始出现水平及沉降量陡增的现象，且通过目前的水平位移及沉降数据无法判断水平位移及沉降是否已经稳定；

2）基坑水平位移量无明显陡增现象，基坑沉降量在第 42 期后出现陡增现象；

3）建筑水平位移及沉降量与基坑沉降量出现陡增现象基本同期出现；

4）位于住宅一侧的基坑最终沉降量较大值集中在房屋中部区域，位于住宅一侧的基坑最终水平位移无明显规律；

5）通过建筑最终水平位移可知，横向而言，靠基坑一侧与小区内侧水平位移量基本相同，说明建筑水平位移在横向表现为平移；纵向而言，住宅中部总体水平位移大于两侧，说明建筑水平位移在纵向表现为不均匀水平位移，即建筑阳角处水平位移较大；根据基坑监测资料表明，住宅总体向基坑一侧发生水平位移；

6）通过住宅沉降观测结果可知，横向而言，靠基坑一侧建筑沉降量总体大于小区内侧，说明建筑沉降在横向表现为不均匀沉降；纵向而言，住宅中部总体沉降大于两侧，说明建筑沉降在纵向表现为不均匀沉降。

5.3 结构自身缺陷和外力造成的损伤对房屋结构的影响

1）住宅底层设置了一道纵向砌体填充墙，同时基坑水平位移及沉降与建筑水平位移及沉降间具有一定的相关性，说明建筑不均匀沉降、倾斜及底部填充墙开裂的外因是基坑水平位移及沉降，内因是纵向填充墙较少且变形能力及承载力（强度）较框架弱，导致开裂变形现象集中于填充墙。

2）检测现场完成之时的房屋主要表现为不均匀沉降导致填充墙出现明显开裂等损伤，但框架梁柱及其节点上未发现明显开裂、变形等损伤，即不均匀沉降尚未明显影响梁柱等承重结构及其构件的承载性能。

5.4 规范变迁的影响

住宅梁柱节点域抗剪能力不足是导致结构安全性能降低的主要原因之一，结合相关文献进行分析得知，梁柱节点抗剪承载力不足主要有以下几方面原因。

1）规范提高：新版 GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》［7］及 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》［8］对节点核心区抗剪计算中的强节点系数进行了提高，在本项目中体现在旧版规范［9，10］二级框架结构的强节点系数为 1.20，而新版规范中的该系数为 1.35，规范强节点系数的提高直接导致节点域抗剪计算时的剪力设计值比旧版规范增大 1.125 倍。

2）梁截面尺寸影响：个别梁截面尺寸低于该侧柱截面尺寸的 0.5 倍，节点核心区截面有效验算宽度降低，导致节点域剪力限值降低。

3）梁柱轴线偏心影响：个别梁柱中线不重合且偏心大于柱宽的 0.25 倍，核心区截面的有效验算宽度一定程度的降低，导致节点域剪力限值降低。

4）节点核心区混凝土强度影响：梁柱节点核心区混凝土强度较低（最高 C 25），导致核心区节点域剪力限值降低。

6 结语

通过本项目的检测鉴定过程，可为类似项目提供以下经验以供参考：

1）当被鉴定建筑周边有正在施工的基坑或在使用历史上出现基坑在其周边施工的工况时，在评定该建筑的安全性时，应充分考虑基坑变形对其安全性能的影响；

2）考虑基坑变形对被鉴定建筑结构安全性影响时，应结合临近建筑一侧基坑变形与建筑沉降及水平位移，着重分析基坑变形与建筑变形间的关系，进而分析所产生变形对建筑结构安全的影响；

3）分析时应区分建筑面向基坑一侧沉降规律与背向基坑一侧沉降规律是否一致，同时也应注意建筑不均匀变形的数据，以正确分析建筑沉降及基坑变形对建筑安全性的影响；

4）为了切实确保基坑施工期间基坑周边建筑的安全，应在基坑施工前和施工完成后及时进行建筑的证据保全检测工作，以免造成施工完成后建筑出现安全隐患而无法有效确定基坑施工是否造成影响的困难。Q