工程案例
業務范圍
砌體結構的加固技術
發布時間：2014-07-15
1、砌體受力特點及失效形式（1）主要受力特點
砌體結構構件由塊材和砂漿砌筑而成，包括墻、柱、過梁、擋土墻、煙囪、池壁、拱等構件。砌體構件中的塊材包括磚、砌體、石材三大類，其中磚通常采用燒結普通磚、燒結多孔磚、蒸壓灰土砂磚和蒸壓粉煤灰磚等，砂漿包括水泥砂漿、混合砂漿、石灰砂漿等，老建筑物中有的還采用粘土砂漿。
砌體結構具有以下主要特點：
1）砌體構件主要用作墻、柱等受壓構件，剛度一般較大，但其強度較低，特別是抗剪、抗彎和抗拉強度。
2）砌體房屋的自重較大，地基易發生不均勻沉降現象，而房屋基礎通常采用墻下條形基礎和柱下獨立基礎，對地基不均勻沉降的調節有限，墻體常常因地基的不均勻沉降而開裂。
3）砌體結構通常采用鋼筋混凝土樓、屋蓋，由于砌體材料和混凝土材料的熱脹系數存在顯著差別，砌體結構中墻體也常常因較大的溫度作用而開裂。
4）砌體結構中磚和砂漿均為多孔材料，易受潮，在自然和使用環境中不利因數的長期作用下，易出現風化、凍融、腐蝕等耐久性損傷。
5）砌體結構需人工砌筑，工作量大，勞動強度高，施工質量的變異性較大，而砌體的受力性能對施工質量又較為敏感，因此砌體構件的性能常常因質量缺陷而降低。
（2）失效形式
砌體構件主要用于承壓，部分構件也會用于承受剪力、彎矩或拉力。對于承載能力極限狀態，砌體構件的失效形式包括：
1）軸心和偏心受壓破壞。此為墻、柱等受壓構件的主要破壞形式。
2）局部受壓破壞。主要出現于承受豎向集中的受壓構件的破壞中，如支承鋼筋混凝土梁的墻和柱。
3）軸心受拉破壞。出現于圓形水池池壁等受拉構件破壞中。
4）彎曲受拉破壞。出現于擋土墻等受彎構件的破壞中。
5）受剪破壞。主要出現于受彎構件的破壞中以及磚拱支座的破壞中。
6）傾覆破壞。主要出現于挑梁的破壞中。
除了喪失承載力，砌體構件還可能因破損、開裂、傾斜、振動等因素而影響建筑物正常使用，這些屬于結構構件正常使用極限狀態方面的失效形式。
2、砌體結構由于承載力不足而產生事故的主要原因
�。�1）計算錯誤
主要表現在采用的截面偏小，使用的磚和砂漿強度等級偏低，鋼筋混凝土大梁支座處未設置梁墊，把大梁架在門窗洞上而沒有設置托梁，以及砌體的高厚比等構造不符合規范規定等。這些問題的發生，一部分是由于設計和制圖人員工作疏忽，如對建筑物的使用目的了解不透，采用的計算荷載偏小，或計算發生差錯，或制圖、描圖時注錯了尺寸、強度等級等而未被發現。但大量的問題是由于不按基本建設程序辦事，不經設計單位設計，隨便找不懂技術的人胡亂“設計”而造成的。浙江省紹興縣某鄉于1980年蓋了一座2層的辦公樓，共517平方米，沒有請設計單位設計，由一位油工畫了一幅草圖便施工，剛施工到2層時，磚柱被壓壞，整個房屋倒塌。后經驗算，全部使用荷載加上去之后，磚柱安全系數只有0.29.磚柱、承重磚墻的設計安全系數不足，設計失誤，再加上施工質量不好，造成事故最多，也最嚴重。有的由于設計中漏算荷載，組合沒有考慮最不利情況等設計錯誤，致使截面承載力嚴重不足。
另一種情況是不經科學計算，根據領導行政命令或某些人的
主觀想象，對已峻工或正在施工的工程隨便增層，加大了下部結構的荷載，造成下部結構承載能力不夠。四川省重慶市某商業單位修建了一棟面積為1000平方米的門市部，原為慶市某商業單位修建了一棟面積為層，未經結構計算便決定增加一層，加層后全部倒塌。在其他省市也有不少隨便增層造成房屋倒塌的教訓。
例：浙江省鎮�？h灣塘鄉文化中心樓倒塌事故
1985年4月5日5時左右，尚未完工的灣塘鄉文化中心樓突然例塌，末造成人員傷亡，但直接經濟損失達2．5萬元。
該文化中心樓為三層磚混結構，荷載梁傳至獨立的磚柱上，使得磚柱成為該結構的關鍵的構件。在設計時，設計人員錯把磚的強度等級mu7．5當成砌體的設計強度，致使柱的承載力明顯不足，計算數據表明：倒塌時柱實際荷載為344．3kn，而磚柱的承戴能力為160.9kn，兩者相差太多。
另一方面，在倒塌前磚柱己出現了縱向裂縫，至3月中旬，裂縫長達50cm，而現場施工人員用12水泥砂漿對磚柱進行了抹灰“補強”，將其余立面留給設計人員檢查。設計人員看后認為可以繼續施工，在荷重進一步增加的情況下，底層正立而磚柱爆裂，樓房間西側一塌到底。
�。�2）施工質量差。
砌體結構強度與砌筑質量的關系很密切。施工管理不嚴，質量把關不嚴是造成磚石結構出事故的主要原因。例如：施工過程中雇傭非技術工人砌磚，砌筑過程不按規程要求，造成上下通縫，磚柱采用包心砌法，砂漿強度過低，有的在墻上任意開洞，過多地削弱了斷面等。
1）砌筑砂漿質量。砂漿強度偏低。砂漿強度直接影響砌體的強度。如砂漿強度偏低，必然要降低砌體的強度。造成砂漿強度偏低的主要原因是：①使用了不合格的水泥，如水泥存放時間過長，降低了活性，或受潮、有結塊，或是地方水泥廠生產的水泥，強度不穩定等；②施工配比不準確，少放水泥，多放了砂子和摻合料；③常溫施工不潤磚，砌筑時砂漿中的水分很快被磚吸干，造成水泥脫水，不能充分水化；④使用了不合要求的摻合料，如粘土混合砂漿用的粘土細度不合格，含有有害成分等。
2）灰縫砂漿飽滿度不夠。磚砌體是用砂漿將零星的磚塊粘結在一起的，其強度不僅取決于磚和砂漿的實際強度等級，而且也和灰縫砂漿飽滿度有關。由于砌磚為手工操作，在砌體中，磚塊之間的砂漿不可能鋪得非常均勻、飽滿、密實，砂漿和磚表面不可能很均勻地接觸和粘結，存在一些空隙和孔洞，因此在砌體受壓時，砌體中的磚塊不是單純地均勻受壓，而是處于受壓、受彎、受剪等復雜的受力狀態之下。http://www.jxlqgc.com在使用同一種強度的磚和砂漿的情況下，砌體的實際強度隨砂漿飽滿度的變化而變化，灰縫砂漿飽滿度高的，砌體中空隙、孔洞就少，砌體的強度就高一些，反之，砂漿飽滿度低的，砌體強度也低一些，大約在20%范圍內變化。為了保證磚砌體的抗壓強度不低于設計規范中規定的數值，水平灰縫的砂漿飽滿度必須達到73.2%以上。國家標準從有利于保證工程質量出發，并考慮到實際施工的可能性，規定磚砌體的水平灰縫的砂漿飽滿度不得低于豎縫砂漿的設計要求，從而降低了砌體的承載能力。造成砌體灰縫砂漿飽滿度偏低的主要原因是：
�、俅u的形狀不合乎要求，如有的磚尺寸偏大，使灰縫厚度偏小，砌磚時，遇到砂漿里有較粗顆粒時，磚塊不容易把灰縫擠實。有的磚撓曲變形，使灰縫厚薄不均，也不容易擠實。
�、谏皾{和易性不好。如砂漿拌得太干，或骨料太粗，或沒有摻入塑化料等，使砂漿和易性不好。
�、凼┕r不潤磚，砌筑時磚塊很快把砂漿中的水分吸走，
使砂漿失去和易而擠不實。
�、懿僮鞣椒ú划�。有的地區習慣瓦刀砌法，這種操作性，因而也不能做到飽滿、密實。
3）組砌方法不當。
組砌方法不當包括出現立縫和兩層皮觀象，磚柱采用包心砌法等。一般宜采用滿順滿丁和梅花丁的砌法，內外兩皮磚層最多隔五層就應有一日丁磚拉結（五順一�。匾舜ㄈ樢欢〉慕M砌筑方法，磚柱不得采用包心組砌方法。
4）接搓。
磚砌體的接搓應采用退搓砌法，當退搓確有困難時，應當留引出墻面120mm的直搓，并按規定設拉條。
5）磚的質量不合格。
磚砌體的強度是與磚和砂漿的強度成正比的。因此，如果在施工中使用了強度等級低于設計要求的磚，必定要降低砌體的強度，從而影響其承載能力。除了磚的強度等級對砌體的承載能力有影響外。磚的形狀、焙燒情況、制磚粘土成分等，對砌體強度也有影響。http://www.hnlinqing.com需要特別指出的是，我國某些產石灰石地區的粘土中含有大量石灰石小卵石，有的磚廠在生產過程中篩選不嚴，把這些石灰石小卵石裹在磚坯里，焙燒后，石灰石變成生石灰，藏在磚的內部，嚴重影響磚的質量。這種磚，如不見水，強度還是很高的，但一潤水，便“爆炸”（生石灰吸水熟化膨脹，把磚脹成酥松體）。工人把這種磚叫做“爆炸磚”。如果把它用在砌體上，必然大大地降低砌體的承載能力。
6）隨意打洞或留洞位置不適當。
為了安裝水、暖、電管線，在已經砌好的磚墻、磚柱上隨意開槽打洞。有的開橫槽，把240mm寬的墻鑿去120mm.有的在柱子上打洞，把柱子截面鑿去了一半。還有的在不允許留洞的地方，如獨立磚柱、寬度小于1m的窗間墻、磚過梁上與過梁成60度角的三角形范圍內、梁或梁墊下及其左右各500mm的范圍內，以及門窗兩側180mm和轉角處430mm的范圍內留腳手眼。這些作法，都嚴重地破壞了砌體結構，使其承載能力大大降低。
�。�3）未注意空曠房屋承載力降低因素。
一些跨度較大，層高較高的而隔墻間距又較大的空曠磚砌房屋，如會議室、禮堂、食堂、農村企業車間等，因其磚垛承載力是隨高度的增加而減少的，若下降幅度過大會使承載力不足。
例：陜西延長油礦綜合樓倒塌事故
陜西省延長油礦綜合樓主體工程完工后，于1984年8月9日下午5葉25分，該樓的飯廳、會議廳突然倒塌，壓死工人11人，重傷3人，輕傷23入，直接經濟損失10余萬元。倒塌部分包括餐廳、會議廳、備餐廳和樓梯間，倒塌建筑面積732．6平方米。
該飯廳（底層）和會議廳（二層）為磚混結構，長28．1m，跨度12m，層高48m，開問3m，內無橫墻，縱墻承重，墻厚370m，墻帶490×120m?的壁栓，窗間墻寬1．2m.屋蓋和樓蓋均為12m.“十”字形梁。校核工程舊圖紙，在原圖基礎上將砌筑砂漿標號由50號改為25號。
例塌服因：砌筑沙漿標號降低后，一層梁底墻體局部承壓的安全系數k＝1.7，一層墻體幾個主要截面的強度安全系數均在2.1左右，均小于規范的規定。
�。�4）梁墊設計、施工不當。
支承大梁的磚柱、窗間墻等，由于承受較大的集中荷載，往往需要設置梁墊，但有的工程設計未考慮設置梁墊，有的未經計算而按經驗設置的梁墊過小，有的設計雖有梁墊，但施工時未按設計要求去做，或者做法不對，這樣使磚柱、磚墻頂面處因局部承壓能力不夠而被壓碎，從而導致大梁跌落、引起重大事故。
砌體在梁端下部的區地處于局部承壓的受力狀態。在梁端處砌體受力的面積較小，單價面積上壓應力較高，砌體在這種受力狀態下，其局壓強度明顯大于均勻受壓時的強度。目前解釋局壓強度提高的理論有“套箍”理論和“楔劈”理論。實際上，在局部荷裁作用下未受荷部分可以對受荷部分起到
約束作用，也就是限制局部受荷部分的側向變形，另一方面，局部受荷部份的側向變形受到上部構件底面摩擦力的約束，兩者共同作用，構成材料局壓強度的提高。
工程中磚砌體因局壓強度不足而出現破壞的實例是比較多的。防止砌體出現局壓破壞的方法除了增設混凝土梁墊外，還可以在砌體局部增加金屬網片，提高砌體的抗壓強度。
（5）未注意高厚比的驗算，導致坡體失穩。
有的墻體只進行了強度計算而未進行高厚比驗算。有的雖然設計中驗算了高厚比，但在施工中墻體失穩倒塌的例子較多。這是由于在施工過程中，房屋的結構尚未形成整體，有些墻體，磚柱處于懸臂或單獨受力狀態，如在施工中又未采取防風、防傾斜的臨時措施，就會造成失穩倒塌。
例：湖南大庸黃家鋪鄉中心小學教室倒塌事故
該教室為單層磚木結構，3m開間，木屋架跨度6m，建筑面積338．68?：，包括5間教室，3問宿舍。該工程1985年8月開工，9月交付使用。1986年3月13日下午2時左右，時值天降中雨，刮三級風，該建筑東頭第一間教室突然倒塌，使正在上課的31人受傷，其中重傷3人。
該工程的框架直接擱置在24cm全斗墻上，下無暇磚也無其它構造措施，屋架下墻體承載能力不足是構成其例塌的原因之一；砌體砂漿強度低，墻的高厚比過大，墻的穩定性不夠，也是構成倒塌的重要原因。
以上所列施工錯誤是一般建筑施工單位易出現的問題，至于某些施工技術較差的施工隊伍，施工中出現的錯誤更要嚴重。如湖南省衡南縣某社辦工廠1979年修建的一座4120平方米的混合結構建筑，2層樓，木屋頂掛瓦。是由一位不懂建筑技術的人設計的。設計中錯誤百出，很不安全，而施工中更是極不嚴肅，隨意修改設計，將原設計應為m5混合砂漿改為m0.4的砂漿，對490mm×490mm磚柱采用包心砌法，用大量半磚頭填心（磚柱采用包心砌法是非常危險的，各地發生過的一些磚柱倒塌事故，都與包心砌法有關）。240mm厚磚墻采用五順一丁、七順一丁，最多達十九順一丁砌筑，形成兩堵120mm厚的墻。施工中不潤磚，灰縫砂漿不飽滿，粘結不牢，這樣一個“先天不足、后天失調”，“遍體鱗傷”的建筑，有關行政領導又主觀決定再加層，將木屋頂改為鋼筋混凝；土平屋頂，結果該工程在建成后倒塌，造成多人傷亡的嚴重事故。
3、砌體結構由于變形而產生事故的原因
�。�1）沿墻面的變形。沿墻面水平方向的變形叫傾斜。沿墻面垂直方向的變形叫彎曲。
1）由于施工不良造成的傾斜
�、倩铱p厚薄不均勻。
②砌筑砂漿的質量不符合規定。例如：砂漿的流動太大，受壓后砂漿被擠出。
③磚的砌法不符合規定，以致磚的互相咬合不好而發生傾斜，此時墻面伴有豎向裂逢。
2）由于地基不均勻沉降造成的傾斜
�、俚刭|均勻，荷載（主要是恒載與活載地質均勻，）不均勻所造成的傾斜。
�、诤奢d均勻，所示荷載均勻，地質不均勻所造成的傾斜。
3）由于橫墻側向剛度不足造成的傾斜
橫墻由于高度大于寬度或開洞太多而側向剛度不足，在水平荷載作用下的側移超過規范規定的允許值，加上磚砌體是彈塑性變形材料，其側移中有相當一部分是塑性變形，即外荷載取消后，側移并不完全消失，而留有約30%的殘余側移。
4）沿墻平面的彎曲
< div>由于施工不良造成的彎曲原因同前，由于基礎不均勻沉降造成的彎曲原因如下：
①如果荷載不均勻或地質不均勻，均有可能導致房屋的彎曲，包括向上或向下的彎曲。
②即使荷載與地質均為均勻，但是如果地基是高壓縮性的，也會產生使房屋向下彎
曲的沉降。這是由于基底應力的擴散，導致房屋縱向中點下地基的實際應力為最大而愈向兩端愈小�；字悬c下地基受到比附近更大的壓應力，因而中點的沉降也必然比附近為大，造成基礎呈圓弧形的向下彎曲，也帶來上層建筑相同的彎曲變形。
�。�2）出墻面的變形。垂直于墻面的變形叫“出墻面變形”，變形后，原來的豎向平面，變成曲面或斜平面。例如彎曲、傾斜等。
1）由于施工不良所造成的變形
�、俨僮骷夹g不良，墻體兩側的灰縫厚度不均勻，造成彎曲或傾斜。當砌到一定高度后再發現，強行校正，此時灰縫實際厚薄仍然不均勻在受到較大壓力時，仍然恢復到原來的彎所示。曲或傾斜狀。
②凍結法施工未遵守規定，因而在解凍時，受陽光照射的一面先解凍，在一定的豎向壓力下，向陽面的灰縫壓縮較大。承重墻表現為層間彎曲。愈向下則彎曲度愈大。非承重墻由于凍結法施工未能設置鋼筋混凝土圈梁，水平方向剛度極差，僅靠聯系墻牽制，在向陽傾斜時，為平面彎曲。當傾斜嚴重時，非承重墻與連系墻的連接破壞，以致整個墻體倒塌。
�、鄱藱M墻與縱墻連接處的砌筑咬合不好，在橫墻受到樓蓋的偏心荷載時，墻面呈外凸的趨勢。此時連接處將會發生斷裂，端橫墻就會發生向外凸的變形。
2）由于墻身剛度不足所引起的變形
高厚比過大，超過規范規定的允許值，即由于設計錯誤。
�、俜浅兄貕Γ合蛩矫嫱兑晻r可見其向外彎曲，向豎直面投視時可見其向外傾斜。
②承重墻特別是端部承重墻，水平投視可見其向外彎曲，豎直面投視也可見其向外彎曲。
�、郛斂v墻缺少與樓蓋的水平拉結時，在風力作用下會產生向外的傾斜。
3）框架填充墻與排架圍護墻的出墻面變形
①框架填充墻
此墻的穩定性依靠兩側柱的拉結筋與上下頂聯接，要求預埋在柱內的插筋位置必須在灰縫處。此外在砌到梁底時不允許與下面一樣平砌，而應斜側砌與斜立砌，并使磚角上下頂緊。
②排架圍護墻
依靠從排架柱預埋錨固筋的伸出，與圍護墻加強聯系。同時，承墻梁必須裝配成連續梁，其上下間距也不宜大于
4）由于出墻面強度不足所引起的變形
變形特征同上，多發生在外墻與偏心受壓墻，無論側視或俯視，均可見出墻面的
曲，而且大多向外彎曲，多發生在偏心受壓的情況下。5）由于地基不均勻沉降引起出墻面變形
�、儆捎趬w缺少水平向的拉結，在受到風吸力或樓蓋的擠壓后向外傾斜，造成基底
外側的應力偏大，基礎隨之轉動。
�、趬囊粋扔休^大的長期荷載，該側的地基壓縮變形比另一側大，基礎發生轉動，
造成墻體出平面的變形。
③在靠近墻基的一側挖土，或深度超過墻基使該側的地基遭到擾動。或深度相同但由于“流砂”現象使該側的地基土粒流失，造成基礎傾斜并導致墻體傾斜。
④軟土地基：架空地板下的基礎，由于地板離基礎較近，基礎直接受到偏心荷載的影響，而設計時未按偏心受壓基礎設計，因而發生基礎向內傾斜，墻體隨之發生向內的出墻面彎曲。
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