1、某厂房质量事故原因分析袁海军（中国建筑科学研究院建工质检中心）摘要：本文通过检测施工质量和复核原设计来分析质量事故发生的原因。关键词：质量事故 预制管桩 设计 施工Analysis of The Cause of One Workshops Quality AccidentAbstract：This article give an analysis of the cause of the quality accident by examining the constructions quality and checking the primary design.Key word：quality
2、 accident prefabricate tube pile design construction 1 工程概况某厂房为单层钢筋混凝土-钢结构厂房，建筑面积为 8304m2（结构平面图见图 1）。采用300 预制管桩，桩截面壁厚 70mm，桩身混凝土设计强度等级为 C70，平均桩长约 35m，单桩承载力为 850kN，选用静压机压桩。纵向柱轴线间距为 12m，横向柱轴线间距为 19m，基础梁、柱及地面板混凝土设计强度等级为 C25，天沟梁混凝土设计强度等级为 C35。层高 3.8m，女儿墙高 3.55m。厂房外墙及内墙用普通粘土砖砌筑，墙厚为 180mm。在施工过程中发现外墙、梁（包括基
3、础梁和天沟梁）、地面板和柱存在多处裂缝；后对桩基作加固处理，在加固桩基的施工中，发现预制桩桩头普遍存在压疏、压裂、偏移等现象，针对这一质量事故，需进一步对该工程进行检测鉴定，以分析事故的原因。图 1 结构平面示意图2 施工质量检测2.1 混凝土强度检测参照钻芯法检测混凝土强度技术规程(CECS 03：88)和基桩和地下连续墙钻芯检验技术规程（DBJ 15-28-2001）的有关规定，对预制桩的混凝土强度采用钻芯法检测。由于预制桩的壁厚为 70mm，外径为 300mm，只能钻取小芯样进行抗压试验，评定时将其强度换算成标准芯样的抗压强度。所测桩混凝土抗压强度换算值为 66.6MPa89.0MPa，
4、达到设计强度等级 C70 的 95%127%。按照钻芯法检测混凝土强度技术规程(CECS 03：88)的要求，用钻芯法检测地板的混凝土强度，所抽检的地板混凝土强度为 30.4MPa53.4MPa，满足设计强度等级 C25 要求。按照回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001）的规定对基础梁、柱和天沟梁的混凝土强度进行检验，并在部分构件上钻取芯样对回弹检测结果进行修正。基础梁混凝土强度平均值为 34.1MPa，标准差为 5.85MPa，大于 5.5MPa，混凝土强度不能按批评定，单个构件混凝土强度在 25.4MPa40.5MPa 之间，单个构件的满足混凝土设计强度等级 C25 的
5、要求。柱混凝土强度的平均值为 33.7MPa，标准差为 4.72MPa，小于 5.5MPa，混凝土强度的推定值为 25.9MPa，满足混凝土设计强度等级 C25 的要求。天沟梁混凝土强度的平均值为 41.5MPa，标准差为 2.81MPa，小于 5.5MPa，混凝土强度的推定值为36.9MPa，满足混凝土设计强度等级 C35 的要求。2.2 构件配筋检测采用磁感仪对预制桩、基础梁、柱、天沟梁及地面板的配筋进行检测，检测结果表明，预制桩、基础梁、柱、天沟梁及地面板的配筋量满足设计要求，地面板的钢筋保护层厚度大于设计要求 35mm45mm。2.3 构件截面尺寸检测对基础梁、柱、天沟梁及地面板的截面
6、尺寸进行检测，从构件的截面尺寸检测结果看，基础梁、柱、天沟梁的尺寸基本满足设计要求，地板（10 个芯样）的厚度平均比设计值大19%。2.4 天沟梁、基础梁、柱和地面板的裂缝检测对天沟梁、基础梁、柱和地面板的裂缝进行检测。梁（包括天沟梁和基础梁）、柱裂缝集中分布于 A 轴上，基础梁的最大裂缝宽度为 16.0mm，天沟梁的最大裂缝宽度为3.5mm，柱的最大裂缝宽度为 1.5mm；地面板的裂缝主要分布于 19m 跨基础主梁（JL-3）两侧，地面板的最大裂缝宽度为 1.0mm。2.5 厂房倾斜测量采用经纬仪对厂房四个角的倾斜量进行测量，所测量的测点中，最大顶点侧向位移为50mm，其倾斜率小于 1%，按
7、危险房屋鉴定标准（JGJ125-99）有关规定，厂房倾斜量未达到有危险的程度。2.6 基础相对沉降差测量采用水准测量法对厂房基础沉降差进行测量，厂房四角基础的相对沉降量较小，基础最大相对沉降位于 13-A 轴，其最大相对沉降差为 390mm；A 轴的间的沉降量明显大于其它部位，经最终分析，这与管桩桩头的损坏有直接关系。2.7 轴线偏位及承台倾斜测量对柱的轴线间距进行抽样检测，柱轴线间距符合设计要求；对已开挖且有明显倾斜的承台进行倾斜测量，其测量结果见表 2.7。表 2.7 承台倾斜量测量结果承 台 位 置 测 量 结 果（mm） 倾 斜 率3-A 向西倾斜 16 1.6%5-A 向东倾斜 22
8、 2.2%13-A 向东倾斜 48 4.8%19-A 向西倾斜 36 3.6%21-A 向西倾斜 30 3.0%5-M 向东倾斜 26 2.6%13-M 向西倾斜 25，向南倾斜 38 2.5%，3.8%17-M 向西倾斜 15 1.5%2.8 预制管桩的破损情况对已开挖的预制管桩的破损情况进行检查，发现南侧 A 轴预制管桩的桩头长度 420mm区域内普遍存在压碎的现象，见表 2.8 和图 2.8。表 2.8 预制管桩的破损情况预制管桩位置 破 损 情 况5-A 桩头有裂缝11-A 外侧桩头压裂，内侧桩头长度 420mm 的区域已压碎13-A 2 桩桩头长度 400mm 的区域已压碎15-A
9、外侧桩头长度 300mm 的区域已压碎，内侧桩头已劈裂17-A 2 桩桩头长度 320mm 的区域已压碎19-A 2 桩桩头长度 400mm 的区域已压碎21-A 3 桩完好备 注 7-A、9-A 轴 2 处的桩和承台已做加固处理，北侧 M 轴部分管桩桩头有裂缝图 2.8 桩头混凝土已压碎3 上部结构及桩基础的承载力与变形验算3.1 厂房现有状况（无地面活荷载）下结构的承载力与变形验算结果为分析厂房基础、地面板及上部结构损伤的原因，需验算厂房现有状况（无地面活荷载）下结构的承载力与变形情况。不考虑地面活荷载的情况下，对存在裂缝的柱、基础梁、地面板进行承载力验算，验算结果见表 3.1-1。结果表
10、明，厂房现有状况（无地面活荷载）下，柱、基础梁、地面板的裂缝不是结构承载力不足引起的。不考虑地面活荷载的情况下， 对大跨度基础梁的变形进行验算，验算结果见表 3.1-2。基础次梁的最大计算挠度 26.5mm，仅为跨度的 0.22%。不考虑地面活荷载的情况下， 选取沉降变形较大的部位，即 1 轴、A 轴、M 轴中间位置的管桩，对管桩的承载力进行验算（未考虑土压力和土的负摩擦），验算结果见表 3.1-3。表 3.1-1 恒载作用下柱、基础梁、地面板的验算结果A 轴边柱（Z-2） A 轴基础梁（JL-1） 地面板（板厚 175/148mm） 构件名称配筋（mm 2） Mx My 跨中 支座 跨中 支
11、座计算所需配筋 1500 500 920 920 193/160 240/213实际配筋 1884 1884 3041 2281 252 252备 注 柱的最大轴压比为 0.17，地面板负筋保护层厚按 55mm 考虑。表 3.1-2 恒载作用下大跨度基础梁的变形验算结果12m 跨基础梁 19m 跨基础梁 构件名称挠度 主梁 变形最大的次梁 主梁 变形最大的次梁计算值（mm） 2.0 26.5 13.3 25.4相对挠度 0.02% 0.22% 0.07% 0.13%表 3.1-3 恒载作用下管桩的承载力验算结果(未考虑土压力和土的负摩擦)管桩位置 1-1/D(2 个桩) 13-A(2 个桩)
12、9-M(2 个桩)总计算轴力（kN） 1033 1496 1532总偏心弯矩（kNm） 186 550 471内侧桩计算轴力（kN） 723 13591.1850 12891.1850外侧桩计算轴力（kN） 310 137 243单桩承载力（kN）（设计给定） 850桩身竖向承载力（kN）Rp=0.3(fce- PC) 986备 注 2 个桩间的中心距为 900mm； 厂房南、北二侧由于地面板的平均厚度不同（分别为 175mm、148mm），导致 A 轴与 M 轴桩的内力不同。验算结果表明，A 轴、M 轴内侧桩的轴力大于桩的设计承载力，也大于桩身竖向承载力；A轴、M 轴内侧桩的轴力分别为设计承
13、载力（850kN）的 160%和 152%，引起内侧桩的承载力不足而破坏。当内侧桩破坏后，其能承担的轴力降低，使作用于外侧桩的轴力增加，而后引起外侧桩的承载力不足而破坏。3.2 原设计结构承载力验算为判断厂房基础及上部结构的危险程度，需对原设计的结构承载力验算。由于柱的安全储备较大，地面增加活载后不会对柱的承载力产生明显影响，因此，只需对基础梁、地面板进行承载力验算，验算结果见表 3.2-1。表 3.2-1 设计荷载作用下基础梁、地面板的验算结果基础梁（JL-3） 地面板（板厚 150/120mm）支 座构件名称配筋（mm 2） 主筋 箍筋跨中 支座计算所需配筋 110004910 28010
14、1 195/169 241/254实际配筋 4910 101 252 252备 注 基础梁（JL-3）截面过小，抗剪不满足受剪截面的限值要求。验算结果表明，19m 跨的基础主梁（JL-3）承载力严重不足。在设计荷载作用下，部分管桩的承载力验算结果见表 3.2-2。结果表明，除 1-A、1-M、21-A、21-C 轴线的 4 处桩基外，其余部位桩基的承载力不满足设计要求。即该厂房有 93.5%的桩基属于危险构件。表 3.2-2 设计荷载作用下管桩的承载力验算结果(未考虑土压力和土的负摩擦)边 柱(2 个桩) 中柱(3 个桩) 管桩位置 1-1/D 13-A 9-M 11-1/D总计算轴力（kN）
15、 1204 2360 2258 3934总偏心弯矩（kN-m） 324 1002 900 0内侧桩计算轴力（kN） 9621.185022931.185021291.1850外侧桩计算轴力（kN） 242 67 1291311850单桩承载力（kN）（设计给定） 850桩身竖向承载力（kN）Rp=0.3(fce- PC) 986备 注 表中仅列出有代表性的桩位的验算结果4 桩、柱、基础梁、地板损伤的原因分析通过对现有状况（无地面活荷载）下结构的承载力验算，发现柱、JL-1 基础梁、地面板的承载力满足相应的荷载作用要求，而 A 轴、M 轴桩的承载力不足，引起桩的损伤。另外，A-1/D 轴间地板的
16、厚度大于 1/D-M 轴间地板的厚度，致使 A 轴桩基所承担的内力较大，破坏状况较 M 轴严重。A 轴桩基桩头压碎后引起的变形直接导致基础梁、柱、天沟梁、地面板产生沉降裂缝。设计时桩的承载力严重不足，是导致该厂房出现质量问题的根本原因。恒载作用下，将管桩的承载力计算结果与基础的实测沉降作一比较（见表 4），就可发现：单桩最大轴力超过设计承载力愈多，其相应桩位处的相对沉降量也愈大；当单桩最大轴力小于设计承载力时，其相应桩位处的相对沉降量为 0；桩承载力的严重不足，导致基础产生过大的沉降差。另外，原设计还存在的问题有：大部分桩为超长桩； 2 个桩组成的桩基的承台，在其短向未设置连系梁；19m 跨基
17、础主梁（JL-3）的截面过小，梁的配筋量严重不足；厂房纵向轴线长度为 120m，超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距的要求。表 4 恒载作用下管桩的承载力与基础沉降间的比较管桩位置 1-A 11-A 21-A 1-1/D 11-1/D 1-M 11-M单桩最大轴力设计承载力 47% 160% 33% 85% 91% 31% 152%沉降量（mm） 0 335 0 154 88 0 141综上所述，设计存在缺陷是该厂房发生质量事故的主要原因，其中设计时桩的承载力严重不足是导致质量事故发生的根本原因。参考文献：1 钻芯法检测混凝土强度技术规程（CECS 03：88）2 危险房屋鉴定标准（JGJ125-99）3混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）
