1. 引言
近年来，房屋建筑普遍运用地下室架构，而该部位施工过程中，混凝土裂缝问题常常发生 [1] [2] [3]，这将很大程度上影响整体工程质量及建筑安全稳定性 [4]。
诸多学者致力于对混凝土裂缝的成因、表现及防治措施的研究 [5] [6] [7]。余晓炯 [8] 以同悦湾住宅项目地下室工程裂缝为背景，探讨了混凝土裂缝的成因，分析了温度裂缝、收缩裂缝、受拉裂缝的机理，提出释放混凝土内部应力、减少混凝土自身收缩变形、增强构件抗裂性能等措施。辛雷 [9] 等利用PKPM V32软件建立地下室顶板模型，研究了荷载因素对顶板裂缝的影响。乔伟 [10] 对地下室构件开裂和变形原因采用现场调查和取样检测的方法开展分析，并进行了地下室抗浮承载力验算。刘方浩 [11] 从施工原材料、工程设计质量、施工过程质量、全面质量管理等多方面考虑，对地下室工程裂缝控制进行系统的剖析，并对常见的裂缝问题提出有效的解决方法。
本文结合某在建地下室工程混凝土裂缝，对结构进行现场检查及取样检测，调查了主要构件间距和尺寸，对构件钢筋保护层厚度、钢筋间距进行抽检，对梁板高程和柱垂直度进行测量，对裂缝的长度、宽度和深度进行检测，此外还采用地质雷达来推定地下室底板空鼓情况。最后总结分析裂缝发生原因，并提出处理措施与建议，为类似工程提供经验参考。
2. 工程概况
某温泉度假村工程为地下一层、地上一层结构，主楼部分为钢框架结构体系，地下室采用现浇混凝土楼板，上部结构的嵌固端为基础顶，地下室建筑面积1013.04 m2，柱网间纵向柱距约为4.85~7.05 m，横向柱距在7.80~8.00 m之间，结构平面轴网如图1所示。施工期间发现地下室整体上浮，地下室部分底板和顶板出现裂缝，部分地板沟槽已存在渗水现象(图2)。
Figure 2. Negative 1 floor basement and leakage situation
图2. 负1层地下室及渗漏情形
3. 现场调查检测及数据分析
3.1. 裂缝情况
采用混凝土裂缝缺陷综合测试仪对现场裂缝分布情况进行检测，现场检测发现地下室顶板裂缝较多，发现裂缝约90条，裂缝多分布于中部最大降板四周(图3)，部分为贯穿缝，裂缝最大长度4500 mm，最大宽度2.60 mm，中部降板裂缝较少；地下室底板裂缝较少，主要位于西侧集水沟附近(图4)，裂缝最大长度4900 mm，最大宽度0.52 mm；地下室东侧、南侧和北侧外墙(图5)有少量裂缝，裂缝多倾斜向下延伸，裂缝最大长度3140 mm，最大宽度0.24 mm；地下室中部最大降板四周的梁裂缝较多(图6)，裂缝多呈竖向分布，大部分为U型缝，裂缝最大长度为1450 mm，裂缝最大宽度2.40 mm；地下室西南部少量柱顶存在裂缝(图7)，裂缝较宽，地下室南侧楼梯柱柱脚存在多条宽裂缝(图8)，最大宽度6.50 mm。
3.2. 主要构建间距复核
现场采用激光测距仪对混凝土柱间距进行检测，结果如表1所示，抽检10处混凝土柱间距，根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)中8.3.2条规定，柱构件轴线位置允许偏差为8 mm，由表1可知，抽检柱构件轴线位置合格率为40.0%。轴线偏差范围为−202 mm至+13 mm。这将较大影响顶板、底板局部应力分布，导致混凝土裂缝。
Table 1. Column member spacing test results
表1. 柱构件间距检测结果
3.3. 构件截面尺寸
现场采用钢卷尺和楼板测厚仪对地下室顶板、底板、墙、柱和梁构件截面尺寸进行检测，其中墙体和底板厚度检测利用现有开孔和钻芯方式检测，分别抽检10根柱构件、5根梁构件、5块底板、7块顶板和3块外墙，依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)规定，混凝土构件截面尺寸允许偏差为+10 mm，−5 mm，且受检构件尺寸偏差最大值不大于允许偏差的1.5倍。
结果如表2所示：所抽检柱构件截面尺寸合格率为60.0%，部分柱构件截面宽度偏差超过允许偏差的1.5倍，不符合标准要求。所抽检梁构件截面尺寸偏差合格点率为80.0%，符合规范要求。所抽检底板构件截面尺寸偏差合格点率为80.0%，符合规范要求。所抽检顶板构件截面尺寸偏差合格点率为85.7%，符合规范要求。所抽检墙构件截面尺寸偏差合格点率为80.0%，符合规范要求。结果表明构件截面尺寸因素对裂缝影响甚微。
Table 2. Component section size failure results
表2. 构件截面尺寸不合格结果
3.4. 混凝土构件钢筋保护层厚度检测
采用钢筋检测仪对混凝土墙、板、梁和柱钢筋保护层厚度进行抽样检测，分别抽取8块顶板、8块外墙和6根梁构件，按照《混凝土中钢筋检测技术规程》(JGJ/T152-2019)规定，所抽检墙构件96个保护层厚度测点中，合格点数为38个，墙构件钢筋保护层厚度实测偏差值合格点率为39.6%，不符合规范要求；所抽检顶板构件96个保护层厚度测点中，合格点数为52个，板构件钢筋保护层厚度实测偏差值合格点率为54.2%，不符合规范要求；所抽检梁构件25个保护层厚度测点中，合格点数为11个，墙构件钢筋保护层厚度实测偏差值合格点率为54.0%，不符合规范要求。保护层厚度不够容易造成钢筋锈蚀，降低结构受力可靠度，同时无法保证钢筋与混凝土协同工作，影响结构受力特性，易产生裂缝。
3.5. 构件混凝土抗压强度
现场对混凝土墙、柱构件进行混凝土抗压强度检测，地下室底板、剪力墙和柱构件混凝土强度设计值均为C30。采用回弹法和钻芯法进行检测(见表3和表4)，分别抽检8面墙和8根柱构件，抽检结果显示墙、柱构件现龄期混凝土抗压强度普遍大于60 MPa，初次钻芯抽检(b-4)-(b-5)/(3/b-A)轴和(b-5)-(b-6)/(3/b-A)轴剪力墙构件现龄期混凝土抗压强度推定值分别为76.9 MPa和65.5 MPa，由于回弹及钻芯初测结果远高于设计值，故在同一构件相邻区域抽取同样数量芯样进行复测，复测结果显示现龄期混凝土抗压强度推定值分别为71.2 MPa和67.4 MPa。钻芯法抽检(b-3)-(b-4)/(b-A)-(1/b-A)轴、(b-3)-(b-4)/(3/b-A)-(b-B)轴和(b-5)-(b-6)/(1/b-A)-(2/b-A)轴地下室底板现龄期混凝土抗压强度推定值分别为49.3 MPa、42.3 MPa和47.5 MPa。结果表明混凝土裂缝并非是由于构件材料强度不足造成的。
Table 3. Compressive strength testing of concrete for beam members by rebound method
表3. 回弹法检测梁构件混凝土抗压强度
Table 4. Drilling core method for testing the compressive strength of concrete of beam members
表4. 钻芯法检测梁构件混凝土抗压强度
3.6. 地下室梁板高程和柱垂直度检测
采用高精度全站仪、电子水准仪对地下室结构顶板顶面高程、地下室底板板面高程、地下室梁高程和柱垂直度进行检测。
结果表明：地下室顶板板面呈现出东北高、西南低的特点，最高处为东北角，其高程为66.0999 m，最低处为西南角，其高程为65.3977 m。与地下室顶板边缘对应板面设计标高(65.200 m)相比，地下室整体上浮，上浮量达0.1977~0.8999 m。整体上地下室向西南方向倾斜，经计算，西向局部倾斜率21.4‰~24.4‰，南向局部倾斜率2.5‰~4.5‰；地下室底板板面亦呈现出东北高、西南低的特点，最高处为东北侧，其高程为59.7918 m，最低处为西南角，其高程为59.1788 m。与地下室底板板面设计标高(59.100 m)相比，地下室整体上浮，上浮量达0.0788~0.6918 m，与按地下室顶板高程推定上浮量存在一定差异，与施工误差和地下室浮起后自身变形有关。整体上地下室向西南方向倾斜，经计算，西向局部倾斜率25.1‰~27.1‰，南向局部倾斜率2.2‰~3.9‰。
由表5可知，地下室梁西向局部倾斜率最高达27.7‰，南向局部倾斜率2.5‰~5.5‰，与地下室板倾斜相符。
由表6可知，柱东西方向倾斜率22.7‰~30.0‰，南北方向倾斜率0.5‰~4.5‰，同样与板倾斜相符。
由结果可知，地下室水浮力F大于地下室自重及其作用荷载之和，且地下室东西两侧受向下阻力不同，致使地下室整体呈现不均匀上浮，将导致构件开裂，直接危害建筑使用及结构安全。
Table 5. Basement beam elevation testing
表5. 地下室梁标高检测
备注：1) 梁左端为南侧或东侧，梁右端为北侧或西侧。2) 梁倾斜率 = 梁两端高差/梁跨。
Table 6. Column verticality testing
表6. 柱垂直度检测
备注：1) 柱垂直度以柱底为准，柱顶向南或向西偏为正，反之为负。2) 柱倾斜率 = 柱垂直度偏差/(柱上部标高 − 柱底部标高)，且以向南倾、西倾为正。
3.7. 地质雷达探测
采用地质雷达来推定地下室底板空鼓情况，根据地质雷达探测结果(见图9和图10)，东侧底板上浮导致的脱空较西侧底板脱空厚度大，东侧脱空厚度约为0.55~0.75 m，西侧脱空厚度约为0.10~0.40 m，平行于南北向轴线的脱空厚度基本一致。部分区域可能存在因土质流失导致的底面不平整。
Figure 9. Radar photo of the measurement line between axis b1~b2 (from east to west)
图9. 轴线b1~b2之间测线(由东向西)雷达照片
Figure 10. Radar photo between axis 1/b-A-2/b-A (from north to south)
图10. 轴线1/b-A-2/b-A之间(由北向南)雷达照片
3.8. 建筑抗浮验算
地下室抗浮验算主要依据为结构设计图、详细勘察资料及补充勘察资料。场区内地下水主要为上层滞水，验算时，抗浮水位标高取至地下室所在场地地表最高处(65.000 m)。
经验算，局部抗浮验算安全系数为0.242，整体抗浮验算安全系数为0.377，均远小于规范要求值1.05，地下室抗浮不满足规范要求。这与前文地下室梁板高程整体升高的结果是吻合的。
3.9. 现场发现的其他质量问题
采用钢筋检测仪对混凝土墙和板钢筋间距进行抽样检测，分别抽取8片墙和8块板构件，根据《混凝土中钢筋检测技术规程》(JGJ/T152-2019)，所抽检轴号(b-1)-(b-2)/(b-A)、(b-2)-(b-3)/(b-A)、(b-3)-(b-4)/(b-A)、(b-6)/(1/b-A)-(2/b-A)墙构件钢筋间距不符合规范要求，将导致地下室墙受力不均，产生裂缝。
4. 检测结果与事故原因分析
根据现场调查和检测分析，得出了该地下室裂缝的调查与检测结果如下：1) 柱构件轴线位置偏差较大，超出规范规定值。2) 柱构件截面尺寸不符合标准要求。梁、底板、顶板、墙构件截面尺寸达到规范标准。3) 墙、板、梁构件钢筋保护层厚度超出规范要求。4) 墙构件钢筋间距达不到规范标准，板构件钢筋间距符合规范要求。5) 梁底部纵向受力钢筋数量符合设计要求，柱构件受力钢筋数量符合设计要求。6) 墙、柱、底板混凝土抗压强度推定值达到设计强度等级。7) 地下室整体不均匀上浮，局部抗浮验算安全系数低至0.242，上浮量最大值0.6928 m。8) 东侧底板脱空较西侧底板脱空厚度大，东侧脱空厚度约为0.55~0.75 m。
根据以上调查与检测结果，对该地下室混凝土裂缝事故展开事故原因分析。
1) 该工程抗浮水位选取不符合现场实际情况，当取地下室所在场地地表最高处作为抗浮水位验算时，抗浮安全系数远小于规范值，根据地质雷达检测结果，地下室底板已然出现脱空情况，且脱空厚度高达0.75m，即实际抗浮水位与设计抗浮水位不符，地下室整体上浮产生的差异变形是导致事故的根本原因。
2) 部分构件轴线位置偏差、构件截面尺寸、钢筋保护层厚度、钢筋间距不满足设计要求，仓促施工，同时监管不力，施工质量存在隐患，结构安全性和稳定性未达到既定设计值，导致地下室刚度不均，在较大浮力作用下，产生不均匀变形，形成大小不一的裂缝。
因此，构件施工质量差，钢筋设置不符合要求，为事故发生的次要原因。
5. 结论与建议
根据对事故的现场调查和原因分析，提出以下主要结论和建议：
1) 该地下室结构施工时实际抗浮水位与设计抗浮水位严重不符，致使地下室整体上浮高达0.69 m，且未按规范及设计要求采取临时补救措施。为此次事故的主要原因。
2) 构件施工质量差，钢筋设置不符合规范要求，施工质量存在重大隐患，导致了结构整体刚度不足，在浮力作用下产生局部应力集中。为此次事故的次要原因。
3) 建议对地下室整体不均匀上浮进行纠偏后加固处理；针对存在收缩裂缝构件封闭处理；对东侧地下室底板脱空区域进行加固处理。
4) 在施工过程中应严格遵守相关规范和设计要求，在施工前严格制定施工方案，恪守施工准则，合理采取临时措施，考虑多方面影响因素，制定切实可行的应急方案。