王鵬++李峰++方毅
[摘 要]廠房內大面積地面堆載下，廠房地面各區域發現有不同程度的沉降，鋼梁和屋面板局部下撓，鋼柱傾斜。為了確保結構安全，對地面進行加固處理；處理后發現柱傾斜加劇。為了確保結構的安全，結合工程實例分析廠房加固前和加固后損傷原因，并評價廠房現有狀態的可靠性。
[關鍵詞]大面積堆載 不均勻沉降 傾斜 加固 可靠性鑒定
中圖分類號：V412.41 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0395-02
引言
浙江省紹興市一廠房為單層門式鋼架結構建筑，主體地基采用Φ500mm預應力管樁，樁長約45～50米，樁尖持力層選在強風化巖層。地面地基采用Φ550mm水泥攪拌樁處理，樁長12米。投產后，廠房地面各區域均發現有不同程度的沉降，最嚴重區域最大沉降45cm左右；并發現部分鋼構件產生變形，其中屋面鋼梁和屋面板局部下撓。后期采用靜壓錨桿方樁加固和預應力管樁加固。
本文針對上述存在的問題，對產生現狀的原因進行分析并按《工業建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2008評估其是否還能安全使用。
1 工程背景
1.1 建筑結構概況
廠房采用單層五跨輕鋼結構，平面呈現矩形，跨度均為25mm，柱距8m，軸網尺寸為176m×82m，建筑面積為約23600 m2，參見圖1。鋼柱柱腳標高為±0.00，A、F軸柱頂標高9.50m，B、E軸柱頂標高9.70m，C、D軸柱頂標高10.90m。鋼柱采用H480×220×5×10、H326×260×5×12和H330×250×5×10焊接H型鋼。鋼柱、梁采用Q345鋼，其余構件采用Q235鋼。根據現場堆載物品、單位重量以及占地面積等對地坪堆載情況對地坪堆載情況進行統計，地面堆載為0.9KPa～23.4KPa，參見圖1。
1.2 工程地質概況
廠房場地土類型屬軟弱場地土，所在場地屬于Ⅲ類場地，地基土自地表往下各土層的厚度及主要物理力學性能詳見表1。
2 現場勘驗檢測情況
2.1 地面、柱頂及屋脊標高測量
現場采用水準儀對廠房地面進行標高測量，共設置沉降點85個。測量結果表明廠房加固后地面跨中標高與邊柱標高高差平均值約46mm?，F場采用全站儀對廠房各軸線柱頂及局部屋脊相對標高進行測量，相對高差、測點布置和測量結果見圖2、3。測量結果表明：軸相鄰柱沉降差基本滿足規范要求。12軸、13軸屋脊出現永久變形，變形量分別為157mm、184mm。
2.2 鋼構件變形檢測
采用全站儀對鋼立柱進行傾斜檢測，共計測點78個，5個測點滿足規范C級側向位移限值>H/700要求。各觀測點水平位移情況計算結果詳見圖1。
采用全站儀對部分屋架梁跨中撓度進行檢測， 8處屋架梁構件跨中撓度超出規范限值（≤L/400）要求；其中3/A-B跨中撓度79.2mm， 4/A-B跨中撓度82.4mm， /E-F跨中撓度69.5mm， 8/C-（1/C）跨中撓度59.4mm， 13/A-B跨中撓度77.2mm， 14/A-B跨中撓度74.9mm， 18/A-B跨中撓度71.6mm， 20/C-（1/C）跨中撓度39.6mm。
3 結構驗算
3.1 剛架結構承載力驗算
對廠房21榀剛架進行計算（以20～22軸為例），當結構水平位移過大達到C級標準的嚴重情況時，考慮水平位移引起附加內力對結構承載力的影響。采用中國建筑科學研究院結構研究所PKPM系列的STS計算軟件建模，按圖1將各柱柱頂增加結構水平位移計算。柱腳采用地腳螺栓連接，建模時假定為鉸接，其它部位為剛接。計算時，梁柱軸線尺寸、截面尺寸、材料強度均取設計值。？屋面恒載標準值：？0.20？kN/m2？，屋面活載標準值：0.50？kN/m2？。計算結果表明：21/A-B、21/E-F屋架梁最大應力比為1.01，22/A-B、22/E-F屋架梁最大應力比為1.02，不滿足現行設計規范要求；其余鋼構件最大應力比≤1，滿足現行設計規范要求。
3.2 水泥攪拌樁復合地基承載力及變形計算
根據廠房的堆載和地基處理情況對水泥攪拌樁復合地基下臥層承載力及變形進行計算。選取地面堆載20.6KPa，尺寸8m×24m，水泥攪拌樁樁長12m，矩形布樁，Φ550@2000。采用分層疊加法和角點法計算，計算結果表明，復合地基下臥層承載力滿足規范要求；攪拌樁復合土層矩形基礎中心點的平均壓縮變形S1= 155mm，S2=229mm，S= 384mm。
4 原因分析
4.1 地面沉降分析
該廠房地基采用12mφ550m水泥攪拌樁處理，位于淤泥層中部，攪拌樁處理范圍以下仍有約20m軟弱下臥層。在大面積地面荷載的作用下，下臥軟弱層將會發生長期而緩慢的次固結沉降和壓縮變形。廠房水泥攪拌樁復合地基變形理論計算表明該復合地基最終沉降量約為38cm，考慮施工誤差與實際最大沉降量45cm基本吻合。加固改造前的地面沉降主要原因是設計對豎向承載攪拌樁復合地基的變形未提出有效的處理措施。
4.2 柱和梁變形分析
對于樁基礎，大面積地面荷載一方面會在樁身產生負摩擦阻力，增加樁的豎向荷載并產生不均勻沉降，另一方面土體發生水平側移，使樁撓曲、水平變形，產生彎矩，從而使上部結構柱傾斜等損傷。
加固施工采用大量的擠土類型樁，由于大量樁體積的壓入，破壞了土體的相對平衡狀態，在不排水條件下樁必須向外擠開與自身體積相等的土體體積。這就造成樁周土體中產生很大的應力增量。擠土類樁在沉樁過程中，由于樁自身的體積“占用”了土體原有的空間，使樁周的土體向四周排開，加劇柱上部結構柱傾斜等損傷。
柱傾斜導致梁柱節點產生一定的附加彎矩，導致相關梁荷載增加，構件變形增加。根據剛架結構承載力驗算可知，邊跨鋼構件應力比增加明顯。
5 綜合鑒定評級
結合《工業建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2008及其他相關標準規范對該廠房主體結構進行如下分析及評定：
5.1 構件的鑒定評級
（1）構件安全性等級：2～5單元a級構件16個，b級構件1個，占比分別為0.94和0.06；6、7、10、11、16、17、20～22單元a級構件13個，b級構件1個，占比分別為0.93和0.07；8、9單元a級構件18個，占比分別為1.00；12～15單元a級構件15個，占比分別為1.00；18、19單元a級構件14個，占比分別為1.00。
（2）構件使用性等級：屋架梁共8處跨中撓度變形超過相關設計規范要求，尚不明顯影響正常使用；按變形項目評定其為b級，其余鋼屋架梁為a級。12、13軸屋脊由于地面下沉造成屋架永久性變形，尚不明顯影響正常使用；按偏差項目評定其為b級，其余鋼構件為a級。鋼構件表面防腐層完好，未發現鋼構件嚴重腐蝕致使截面削弱材料性能降低的現象；按腐蝕和防腐項目評定其為a級。
5.2 結構系統的鑒定評級
（1）地基基礎：相鄰柱沉降差基本滿足規范要求；加固后地面跨中與邊柱高差平均值約46mm，沉降速率約為0.024mm/d小于0.04mm/d的限值要求。綜合評定地基基礎安全性及使用性等級均為B級。
（2）上部承重結構
結構布置合理，形成完整的體系；考慮到部分鋼柱平面內、外水平位移超限，雖然承載力驗算滿足規范要求，但對結構整體性存在影響；評定該結構整體性為B級。b級構件16個，未出現c、d級構件，各計算單元b級構件含量不多于30%，承載功能符合規范A級要求。根據其所含構件使用性等級的百分比確定，b級構件15個，未出現c級構件，使用狀況符合A級要求。上部結構水平位移使用性等級參照結構的承載功能等級評定其使用性等級為B級。綜合評定上部承重結構安全性等級及使用性等級為B級。
（3）圍護結構系統：屋面構造及排水設施完好，外墻及面層外觀局部脫落變形，尚不影響使用功能，門窗外觀完好，地下防水基本完好。綜合評定圍護結構系統安全性及使用性等級均為B級。
6 結論
綜上所述，目前廠房工程可靠性等級評定為二級；地面沉降是由于設計對豎向承載攪拌樁復合地基的變形未提出有效的處理措施；柱和梁變形主要是地面加固改造前大面積地面堆載和加固改造過程擠土樁施工所致。
參考文獻
（1）張偉平，顧祥林，陳濤 大面積地面堆載下廠房結構安全性的評估 上海：同濟大學，2007.
