如何對廠房地坪結構安全以及承載能力進行檢測

 公司新聞     |      2019-09-29
廠房內運輸儀器、物件時,經常會用到起重機等大型設備,而這些大型設備較重,會對地坪造成損壞。由於很多廠房是租賃,以及地下管道較多,損壞地坪的同時也會損壞管道,因此需要對廠房地坪結構安全性以及承載能力進行檢測評定。以下是某廠房地坪安全檢測鑒定案例。
一、概況
 
某廠房為三層鋼筋混凝土框架結構房屋,總建築麵積約為10000m2,現擬對廠房進行改造,由原液體製劑車間(含倉庫)改建成固體製劑生產車間,改造後房屋首層地坪使用荷載發生較大變化。為策安全,並為改造設計提供依據,對房屋地坪進行全麵檢測,對地坪結構安全性進行評定,並對可能存在的問題提出處理建議。於2016年赴現場對房屋地坪質量進行了全麵檢測,隨後將對現場鑽取的混凝土芯樣進行了室內試驗,對現場檢測結果進行了整理分析,並根據整理結果進行理論計算。主要工作內容如下:
 
(1)房屋地坪結構構造情況的檢測與複核;
(2)房屋地坪結構混凝土強度的檢測;
(3)房屋地坪變形情況的檢測;
(4)房屋地坪損傷狀況的檢測;
(5)房屋地坪回填土物理性能的檢測;
(6)房屋地坪未來使用荷載的調查;
(7)房屋地坪結構安全性的分析與評定;
(8)對可能存在的問題提出處理建議。
 
二、房屋建築結構概況
 
該廠房為三層鋼筋混凝土框架結構,建於2007年左右,其原始建築結構圖紙保存完好。
房屋建築平麵近似呈矩形,南北向外輪廓線總長約57000mm,東西向外輪廓線總長約66000mm,為地上三層結構。房屋一層層高為7500mm,二層層高為6000mm,三層層高6000~6990mm,室內外高差為300mm,簷口處總建築高度為19800mm,屋脊處總建築高度為20790mm,屋麵女兒牆高度為610~1600mm。房屋原設計為液體製劑生產車間,目前首層空置,本次改造後擬主要用固體製劑生產車間。
 
三、工程地質概況
 
3.1原工程地質概況
 
根據委托方提供的《該廠房岩土工程勘察報告》可知,本項目分別采用機械鑽探、取原狀土樣作室內土工實驗和靜力觸探多種勘探實驗手段進行勘察。房屋所在場地位於杭州下沙錢塘江北岸的衝擊平原地帶,地形平坦,場地淺部第四係(Q4)覆蓋層為錢塘江衝擊所形成的多層砂質粉土,下部少量為粘性土,勘探深度內未發現不良地質作用存在。場地勘察深度範圍內有一層地下水,但其對混凝土結構及其內部鋼筋無腐蝕性。場地第四係覆蓋層厚度大,場地穩定性較好,第2-4層為砂質粉土,為樁端持力層。本地基在30.00m深度範圍內可劃分為6個岩體工程層,並細分為13個亞層,詳見表1。
表1  地層特性表

層號

土層名稱

層頂標高(m)

層厚(m)

1

素填土

5.70~6.82

0.30~5.00

2-1

砂質粉土(稍密)

2.70~5.68

0.00~1.20

2-2

砂質粉土(稍密~中密)

1.11~6.10

4.20~10.50

2-3

砂質粉土(稍密~中密)

-1.55~-5.30

1.10~6.10

2-4

砂質粉土(中密)

-4.74~-8.35

3.10~8.70

2-5

砂質粉土(稍密)

-9.48~-11.88

0.00~3.30

2-6

砂質粉土夾粉砂(中密~密實)

-10.28~-13.28

0.00~2.50

3

淤泥質粉質粘土

-11.45~-14.95

0.00~1.60

4-1

粉質粘土

-10.55~-15.28

2.30~11.20

4-2

砂質粉土

-15.95~-20.09

0.00~2.70

5

淤泥質粉質粘土

-21.49~-21.49

0.00~1.70

6-1

粘土

-20.02~-22.19

未揭穿

6-2

粘土

-22.75~-23.19

未揭穿

 
3.2工程地質補充勘察結果
 
由於委托方提供的《該廠房岩土工程勘察報告》中缺少素填土承載能力的相關信息,加之地坪已被長期使用,素填土物理力學性質參數可能已發生變化,本次特對素填土的工程地質情況進行了補充勘察。本次勘察采用了標準貫入試驗、靜力觸探、及室內土工試驗等多種調查手段,共布置6個鑽探和4個靜探孔,孔深為3~6米。
 
根據勘察結果可知,場地表層①素填土厚度變化較大,土質不均勻,本次勘探厚度在0.5~3.5m之間。土層主要以砂質粉土為主,含碎石、石子等雜質。但經過前期處理和使用期的固結,承載力有了一定的提高;素填土下部為砂質粉土,中密,土質好,厚度大。
 
 
四、地坪結構構造情況的檢測與複核
 
根據委托方提供的房屋原始建築結構設計圖紙,對房屋地坪現狀情況進行檢測與複核,為房屋地坪及地基的安全性性能評估提供基本依據。采用JG-230型混凝土鑽孔取樣機鑽取100的混凝土芯樣,鑽取深度至碎石層,對取出的芯樣實際測量交界麵以上混凝土的厚度。
 
抽樣檢測結果參見表4。檢測結果表明,房屋地坪構造(即最上層為混凝土層,第二層為碎石層)和原設計一致;但混凝土層厚度與原設計值偏差在-1mm~-53mm,在原設計值的-0.8%~-44.2%之間。房屋地坪混凝土層厚度與原設計圖紙有較大出入,實測地坪混凝土層厚度平均值為89mm,小於原設計厚度120mm。
 
表4  地坪素混凝土層厚度抽樣檢測與複核結果

序號

檢測位置

地坪素混凝土層厚度複核(mm

尺寸偏差

mm

複核結果

%

設計值

實測值

1

7~8-G~H

120

98

-22

-18.3

2

7~8-B~C

120

119

-1

-0.8

3

5~6-B~C

120

90

-30

-25.0

4

6~7-E~F

120

87

-33

-27.5

5

4~5-C~D

120

67

-53

-44.2

6

5~6-D~E

120

75

-45

-37.5

7

4~5-F~G

120

85

-35

-29.2

8

2~3-G~H

120

110

-10

-8.3

9

3~4-E~F

120

78

-42

-35.0

10

2~3-B~C

120

88

-32

-26.7

11

3~4-B~C

120

80

-40

-33.3

注:(1)表中複核結果為實測值與設計值的差值占原設計值的百分比,數據前“+”表示實測較原設計大,“-”表示實測較原設計小;(2)地坪素混凝土層厚度采用卷尺測量,測量結果含測量誤差;(3)根據複核結果,地坪素混凝土層厚度實測值與設計值有較大出入;(4)實測地坪素混凝土層厚度平均值為89mm。

五、地坪變形情況的檢測
 
采用日本SOKKIA C41型高精度水準儀,分別選取2~8-B~H軸柱網交點及各跨中點位置處測量了地坪的相對不均勻沉降趨勢(含施工誤差)。根據現場檢測條件,測量時以各測點中相對標高最大值為基準點,測點布置及測量結果詳見圖4。
圖4 地坪相對不均勻沉降實測結果(含施工誤差,單位:mm)
 
從圖4中可以看出,地坪發生相對不均勻沉降且無明顯規律,總體表現為北端、南端角部及南端中部地坪相對不均勻沉降較小,其餘位置處相對不均勻沉降較大。其中相對不均勻沉降量最小值即相對零沉降點位於最東側(即8軸)中部偏南位置處,相對不均勻沉降量最大值為59mm,該沉降點位於地坪西北角2~3-F~G軸跨中位置處。
 
六、地坪主要結構材料強度的檢測
 
房屋地坪做法為素填土夯實後上鋪碎石,表層鋪設混凝土。根據現場測試條件和房屋地坪結構特點,將地坪整體劃分為一個檢測單元,鑽取芯樣進行強度的檢測。
 
隨機選取11處地坪(3處符合標準試樣要求),采用JG-230型混凝土鑽孔取樣機鑽取100的混凝土芯樣,用作檢測混凝土強度。鑽取芯樣時,首先采用Hilti FerroscanPs200型鋼筋探測儀對構件的鋼筋進行定位,避免在鑽芯時碰到鋼筋,隨後采用鑽芯機鑽取芯樣。芯樣鑽取完畢後,帶回試驗室,對芯樣的端部進行切割並采用硫磺膠泥或高強砂漿補平,製作成高徑比為1:1的標準試樣,按照中國工程建設標準化協會標準《鑽芯法檢測混凝土強度技術規程》(CECS 03:2007)要求,待芯樣試件自然幹燥後,在萬能試驗機上直接測量其強度,芯樣實測強度詳見表6。
 
從表6中可以看出,抽查的芯樣混凝土強度在36.8~38.9.0MPa之間,均滿足原設計強度等級C20的要求。
 
表6 房屋芯樣混凝土抗壓強度實測結果

芯樣編號

取芯部位

芯樣直徑

(mm)

芯樣高度

(mm)

抗壓強度

MPa

第一檢測單元

ZX1

7~8-B~C2#點位

100

100

36.8

ZX2

4~5-F~G7#點位

100

100

38.9

ZX3

2~3-G~H8#點位

100

100

37.0

七、地坪損傷狀況的檢測
 
在委托方的支持與配合下,本站於2016年對房屋地坪的損傷狀況進行了全麵檢測。主要檢測結果如下:
 
地坪麵層存在較多開裂現象,裂縫寬度在0.1~4mm之間。多處存在平行於(垂直於)柱網或斜向裂縫,主要因為地坪麵積較大,且地坪未設置分倉縫,混凝土麵層因收縮過大而產生的一些裂縫;少數部位裂縫較大可能由於下層素填土夯填不實或經曆較大堆載使地坪產生相對不均勻沉降引起。個別門底部位存在較大裂縫。地坪多處存在積水現象。現場檢測未發現有其它結構損傷現象。
 
綜合以上損傷的分布形式及特征可以判斷,地坪損傷主要為混凝土麵層材料收縮引起的裂縫,少數為相對不均勻沉降引起的裂縫。
 
八、地坪未來使用荷載的調查
 
為了對地坪結構的安全性能作出正確的評價,對房屋首層的使用荷載進行了調查分析,為地基安全性的計算分析提供依據。荷載調查主要包括使用活荷載和地坪構造層相關厚度全麵調查。活荷載的取值主要由委托方提供的活荷載分布圖確定,地坪恒荷載的確定根據地坪結構做法確定。
 
根據原始建築結構圖紙,地坪做法為素填土夯實後上鋪大片石,大片石上依次鋪設碎石和素混凝土。大片石、碎石和素混凝土的設計厚度分別為200mm、80mm和120mm,恒荷載計算時大片石和碎石的厚度按照設計取值,素混凝土的厚度按照實測平均值89mm取值。地坪結構恒荷載標準值取6.7kN/m2。
 
房屋首層中間區域改造後主要用作倉儲,為了解地坪結構實際承載能力,將地麵堆積荷載即活荷載標準值分為四個荷載等級:I級10kN/m2,II級20kN/m2,III級30kN/m2,IV級40kN/m2。
 
九、地坪結構安全性的計算分析
 
為了解地坪結構安全性,根據擬定荷載等級,並根據國家標準《建築地基基礎設計規範》(GB50007-2011)的有關要求,對荷載作用影響進行計算分析,主要為地坪地基承載力驗算分析。填土層物理力學性質參考本次補充勘察結果,填充層下部土層的物理力學性質參考《杭州惠遠食品科技公司廠房岩土工程勘察報告》(浙江省地礦勘察院,二○○七年二月),並選取其中的J3、J7和J11三處具有代表性點位進行計算分析,並將各個土層平均厚度作為第四個計算分析地質情況。表7~10分別給出了J3、J7、J11及平均土層地麵地基承載力驗算結果。
 
表7 J3點地麵地基承載力驗算結果(按地下水位考慮水深1.39m)

荷載等級

土層

地基承載力特征值(kPa

地基土頂麵平均壓力值

kPa

序號

厚度(m)

修正前

修正後

I

(10kN/m2)

1

4.6

80

80

16.7

2-2

6.6

150

257

76.6

2-3

1.8

140

381

142.6

2-4

6.5

160

437

160.6

4-1

>6.85

100

405

225.6

II

(20kN/m2)

1

4.6

80

80

26.7

2-2

6.6

150

257

86.6

2-3

1.8

140

381

152.6

2-4

6.5

160

437

170.6

4-1

>6.85

100

405

235.6

III(30kN/m2)

1

4.6

80

80

36.7

2-2

6.6

150

257

96.6

2-3

1.8

140

381

162.6

2-4

6.5

160

437

180.6

4-1

>6.85

100

405

245.6

IV(40kN/m2)

1

4.6

80

80

46.7

2-2

6.6

150

257

106.6

2-3

1.8

140

381

172.6

2-4

6.5

160

437

190.6

4-1

>6.85

100

405

255.6

從表中可以看出,土層頂麵平均壓力隨著土層深度及頂部地麵荷載的增加而增加,各土層上部平均荷載均小於修正後的地基土承載力特征值。
 
十、檢測評定結論與建議
 
1. 房屋地坪構造(即最上層為混凝土層,第二層為碎石層)和原設計一致;但混凝土層厚度與原設計值偏差在-1mm~-53mm,在原設計值的-0.8%~-44.2%之間,平均值為89mm,小於原設計值120mm。
2. 地坪麵層抽查的芯樣混凝土強度在36.8~38.9.0MPa之間,滿足原設計強度等級C20的要求。
3. 地坪存在一定的變形,總體表現為北端、南端角部及南端中部地坪相對不均勻沉降較小,其餘位置處相對不均勻沉降較大。其中相對不均勻沉降量最小值即相對零沉降點位於最東側(即8軸)中部偏南位置處,相對不均勻沉降量最大值為59mm,該沉降點位於地坪西北角2~3-F~G軸跨中位置處。
4. 地坪麵層存在較多開裂現象,裂縫寬度在0.1~4mm之間。地坪開裂損傷主要為混凝土麵層材料收縮引起的裂縫,少數為相對不均勻沉降引起的裂縫。
5. 地坪填土層補充勘察結果表明,表層①素填土厚度變化較大,土質不均勻。土層主要以砂質粉土為主,含碎石、石子等雜質。經過前期處理和使用期的固結,承載力有了一定的提高,其地基土承載力特征值為80kPa。
6. 計算結果表明,地坪滿足I~IV級(10kN/m2~40kN/m2)荷載作用下的承載力計算要求。
7. 考慮到地坪混凝土麵層實測厚度較原設計值偏薄,地坪存在一定的變形及開裂,且考慮到後續使用荷載發生變化,建議采取必要措施對現有地坪進行整體加固處理。