建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降原因及控制

曹越

摘要：本文從地基自然屬性、建筑結(jié)構(gòu)以及相鄰基礎(chǔ)(荷載)，分析了對(duì)基礎(chǔ)沉降的影響，并針對(duì)不均勻沉降引起的墻體開(kāi)裂提出了兩點(diǎn)補(bǔ)救措施。

關(guān)鍵詞：建筑基礎(chǔ)；不均勻沉降；控制

結(jié)構(gòu)地基不均勻沉降是威脅建筑、土木工程的使用質(zhì)量和安全的重要原因之一，而隨著現(xiàn)代高層建筑不斷興起，這點(diǎn)表現(xiàn)得更為突出[1]。然而，影響建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定性的未知因素、不確定因素很多，要準(zhǔn)確地進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)并徹底解決沉降帶來(lái)的巨大危害。建筑基礎(chǔ)沉降觀測(cè)，地基、基礎(chǔ)進(jìn)行加固，或針對(duì)具體結(jié)構(gòu)的處理，如大底盤結(jié)構(gòu)的樁筏基礎(chǔ)中設(shè)置沉降后澆帶[2]，這些措施就成了確保建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全的重要技術(shù)保障。

1 建筑地基基礎(chǔ)不均勻沉降的危害及原因分析

無(wú)論是大大小小的建筑物，還是規(guī)模巨大的土木工程，它們都要座落在地球表面下一定深度的巖土地層上，而這一部分巖土地層在土力學(xué)及基礎(chǔ)工程領(lǐng)域里通常統(tǒng)稱為地基。因此本節(jié)從地基、建筑結(jié)構(gòu)等方面來(lái)對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.1地基的自然屬性

一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的承載層多為土層，不是單一的勻質(zhì)材料而且存在著孔隙，這也使土體具有可壓縮性。側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)表明，隨著外荷載的增加，土體孔隙比逐漸減小，其壓縮性減小。這也是為什么建筑物不均勻沉降發(fā)展最為迅速的時(shí)期是竣工后半年到一年內(nèi)的原因之一。帶裙房的大底盤高層建筑由于主樓與裙房層數(shù)差異，兩者之間柱底荷載相差越大，使得兩者地基的壓縮性產(chǎn)生差異，從而產(chǎn)生較大的沉降差，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)造成較大影響的例子比比皆是。土體的成型歷史以及地下巖層特點(diǎn)對(duì)不均勻沉降也有很大影響。如姜晨光[3]等通過(guò)對(duì)20幢建筑的基礎(chǔ)傾角及巖層傾角的原始數(shù)據(jù)，從剛性基礎(chǔ)，聯(lián)合基礎(chǔ)，片筏基礎(chǔ)進(jìn)行了分析，認(rèn)為巖層傾角與基礎(chǔ)傾角有指數(shù)線性關(guān)系關(guān)系，即，隨著巖層傾角的增加，基礎(chǔ)傾角也會(huì)增大。擬建場(chǎng)地的相鄰建筑打過(guò)樁，或一側(cè)建過(guò)房、預(yù)壓過(guò)或由于井點(diǎn)降水均會(huì)引起較大的不均勻沉降。長(zhǎng)期在施工一線的工作者不難發(fā)現(xiàn)，鉆機(jī)鉆孔過(guò)程中，有冒氣、冒水、冒砂現(xiàn)象，噴出的水污染了鄰近的填充墻墻體，這也進(jìn)一步證明在人為干擾情況下，土體壓縮性會(huì)發(fā)生變化。

另外，地基中局部漏水，如化糞池的滲水或外溢，管道漏水以及設(shè)計(jì)或施工中漏掉散水明溝，使土體產(chǎn)生液化，使土體的力學(xué)性能發(fā)生了改變，降低其承載力。

1.2建筑結(jié)構(gòu)對(duì)地基沉降的影響

在建筑物設(shè)計(jì)方面，平面形狀復(fù)雜的建筑物，縱、橫單元交叉處基礎(chǔ)密集荷載顯著不同，地基中由于單元荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力相互重迭，加之上部結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則和體型變化復(fù)雜，各部分的剛度不對(duì)稱，很容易遭受地基不均勻沉降的損壞。建筑物體型復(fù)雜，高低(或輕重)變化較大，地基各部分所受的荷載輕重不同，而又未在適當(dāng)部位設(shè)置沉降縫自然容易出現(xiàn)過(guò)量的不均勻沉降。基礎(chǔ)作用的強(qiáng)弱取決于基礎(chǔ)與地基的相對(duì)剛度、基底下塑性區(qū)的大小以及土的壓縮性。一般說(shuō)來(lái)，無(wú)論是粘性土還是無(wú)粘性土地基，只要基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)面積足夠大，而荷載不太大時(shí)，基底反力均呈馬鞍形；而均布荷載下柔性基礎(chǔ)的基底沉降是中部大、連緣小，剛性基礎(chǔ)受荷后，基礎(chǔ)不彎曲。

另外，在進(jìn)行基礎(chǔ)沉降模型研究時(shí)，由于施工過(guò)程是逐層施工，學(xué)者通常近似看成是一個(gè)線性加載的過(guò)程，那么土體的變形呈現(xiàn)出S形分布規(guī)律。在加載過(guò)程中軟土中的剪應(yīng)力產(chǎn)生剪切變形，而同時(shí)飽和粘性土有條件排水固結(jié)，抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間會(huì)增加。然而，不同的加載速率對(duì)兩者剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度有較大影響。因此，有些工程施工期內(nèi)通過(guò)增加加荷速率，提高施工期內(nèi)沉降量的比重，來(lái)減少建筑物在使用中由于不均勻沉降產(chǎn)生的開(kāi)裂。

1.3 相鄰基礎(chǔ)(荷載)的影響

建筑物荷載不僅使建筑物地基土產(chǎn)生壓縮變形，而且由于地基中附加應(yīng)力的向外擴(kuò)散，在相鄰范圍內(nèi)的土層，也會(huì)產(chǎn)生壓縮變形。其表現(xiàn)形式主要有以下幾方面:

①不同建筑的基礎(chǔ)彼此靠得很近，若荷載差異大，基礎(chǔ)的面積接近或有差異，一般均會(huì)產(chǎn)生不同程度的不均勻沉降。

②相鄰建筑物的距離越近，且埋深差異越大，引起的相互不均勻沉降越大。

③基礎(chǔ)上或其附近有大面積堆載。如填土、生產(chǎn)堆料等，若荷載小，距離遠(yuǎn)，則對(duì)基礎(chǔ)的影響小。

④打樁在軟土地基中對(duì)于相鄰建筑的影響靠得越近產(chǎn)生的不均勻沉降越大。有研究表明，在粘性土中打樁可以引起建筑物不均勻沉降的土層厚度約等于打入土中樁的長(zhǎng)度。

2針對(duì)地基不均勻沉降的補(bǔ)救措施

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程事故實(shí)例及筆者實(shí)踐，控制建筑物地基不均勻沉降引起的墻體開(kāi)裂的控制和治理措施從應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

2.1建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范及原則

從鉆探報(bào)告人手，確保真實(shí)性和可靠性。確保應(yīng)查明軟弱土層的均勻性、組成、分布范圍和土質(zhì)情況。針對(duì)填土的地基需要查明堆積歷史，明確自重下穩(wěn)定性、濕陷性等基本因素。

設(shè)計(jì)階段，采取多種措施，增強(qiáng)多層住宅的基礎(chǔ)剛度和整體剛度。對(duì)建筑體型（平面結(jié)構(gòu)）、荷載情況、結(jié)構(gòu)類型和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析，正確處理好與相鄰建筑的關(guān)系，如后建的建筑物最好把埋深置在與原房大致相同的位置，如果必須埋置不同深度，相鄰基礎(chǔ)的間距應(yīng)大致為相鄰基底高差的兩倍。

施工階段，務(wù)必保證砂漿、磚的品種、強(qiáng)度等級(jí)必須符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)應(yīng)注意對(duì)淤泥和淤泥質(zhì)土基槽底面的保護(hù)，減少擾動(dòng)。

2.2對(duì)地基不均勻沉降引起墻體開(kāi)裂的治理措施

針對(duì)已經(jīng)發(fā)生的沉降事故，但未完全失去挽救價(jià)值的建筑，多數(shù)均應(yīng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)整治，使建筑物完全或部分恢復(fù)功能而繼續(xù)使用。為了阻止不均勻沉降的繼續(xù)發(fā)展，而加劇建筑結(jié)構(gòu)墻體裂縫，必須對(duì)不均勻沉降房屋所處地基和結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行維修加固。

1.地基處理

1）鋼管樁加梁法：因?yàn)樵谑覂?nèi)分段打入后的連接作法不易，不僅難以保證質(zhì)量，而且造價(jià)偏高。。

2）混凝土灌注樁架梁法：若采用大直徑灌注樁，工程量大，造價(jià)偏高；而用常規(guī)灌注樁直徑，地基中的軟弱回填上層可能會(huì)發(fā)生頸縮。

3）樁底架梁托底法：直接在承重外墻兩側(cè)施工毛石混凝土柱墩，并且使毛石混凝土的柱墩坐落在持力層上；在柱墩上架設(shè)與承重外墻連為一體的鋼筋混凝土。

4）三重管旋噴樁定向旋噴法：在基礎(chǔ)地面形成半徑為0.6}0.8m的半圓樁，托住基礎(chǔ)使其不再繼續(xù)下沉。

2. 結(jié)構(gòu)修復(fù)加固

在經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)矯正復(fù)位和地基處理后，為恢復(fù)建筑物正常使用功能，還應(yīng)及時(shí)地對(duì)上部結(jié)構(gòu)損壞部分進(jìn)行加固、修補(bǔ)。上部結(jié)構(gòu)處理包括裂縫的處理和砌體承載力的處理。

1）裂縫的處理

對(duì)因不均勻沉降，在修補(bǔ)磚墻裂縫前，應(yīng)先搞清開(kāi)裂的原因，觀察裂縫是否穩(wěn)定。對(duì)于除荷載裂縫以外、且已經(jīng)穩(wěn)定的裂縫可以采用如下方法：

灌漿修補(bǔ)。水泥漿液的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于砌筑磚墻的砂漿強(qiáng)度，因此用壓力設(shè)備把水泥漿液壓入墻體的裂縫內(nèi)可以迷補(bǔ)體承載力的缺陷，從而可以恢復(fù)如初。

填縫修補(bǔ)。填縫修補(bǔ)的方法有兩種。配筋水泥砂漿填縫，即每隔4~5皮磚在磚縫中先嵌入細(xì)鋼筋，然后再按水泥砂漿填縫的修補(bǔ)工序進(jìn)行；水泥砂漿填縫，即先將裂縫清理干凈，用工具將1:3的水泥砂漿或比砌筑砂漿強(qiáng)度高一級(jí)的水泥砂漿或摻有107膠的聚合水泥砂漿填入磚縫內(nèi)。

3結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)筆者認(rèn)為一般因地基問(wèn)題所引起的建筑物破壞有兩種：一種是由于建筑物的荷載超過(guò)了基礎(chǔ)持力層的承受能力而使地基產(chǎn)生滑動(dòng)破壞；另一種是由于建筑物荷載作用下使地基產(chǎn)生壓縮變形，引起基礎(chǔ)過(guò)大的沉降或不均勻沉降，使上部結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、過(guò)大變形、傾斜甚至破壞倒塌或失去使用價(jià)值。因此，只要在保證建筑過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，以及在出現(xiàn)不均勻沉降后采用科學(xué)的補(bǔ)救措施，是可以保證各類建筑的使用質(zhì)量和使用安全的。

參考文獻(xiàn)

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