工業(yè)廠房剛性地面局部沉陷處理方法研究

白偉亮，楊龍江，邸 鑫，張瑞云

（1.中國電子工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100142；2.中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心有限公司，北京 100142）

0 引 言

剛性地面，顧名思義指的是平面內(nèi)剛度較大的地面。一般在基礎(chǔ)施工完成后，在壓實(shí)的回填土上直接做整體性地面，主要類型包括細(xì)石混凝土地面、水泥砂漿地面、水磨石地面等［1-3］。這類地面荷載直接作用在土體上傳遞至持力層，并且具有施工簡便的特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于首層地面荷載較大的工業(yè)廠房中［4-6］。然而隨著使用年限增加，很多剛性地面在使用過程中出現(xiàn)沉陷問題。本文結(jié)合實(shí)際工程案例介紹了沉陷調(diào)查、原因分析、處理方案選擇的具體操作方法，希望可以拋磚引玉為解決此類工程問題提供參考。

1 地面沉陷調(diào)查

對(duì)地面沉陷進(jìn)行調(diào)查分析，全面了解地面沉陷的范圍、沉陷深度，沉陷區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形情況。根據(jù)沉陷調(diào)查結(jié)果分析造成沉陷的原因。

1.1 地基問題

地基承載力不足，出現(xiàn)局部不均勻沉降，剛性地面隨之沉降變形，這種情況下結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)較大變形，結(jié)構(gòu)存在安全隱患。

1.2 回填土問題

回填土在施工階段未壓實(shí)，隨著時(shí)間推進(jìn)逐漸固結(jié)未完成，由于局部荷載較大等原因出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象，由于剛性地面非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，未受到主體結(jié)構(gòu)約束，故隨土體產(chǎn)生不均的沉陷，此種情況對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響較小。

2 處理原則

根據(jù)沉陷調(diào)查結(jié)果選擇處理方案，應(yīng)綜合考慮以下方面因素進(jìn)行選擇。

1）對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響。優(yōu)先選擇對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較小的處理方案。

2）施工周期。優(yōu)先選擇施工周期短的方案。

3）工程造價(jià)。優(yōu)先選擇造價(jià)低的方案。

4）地面承載力要求。備選方案應(yīng)與地面承載力設(shè)計(jì)值相適應(yīng)。

剛性地面沉陷處理流程如圖1 所示。

圖1 剛性地面沉陷處理流程圖

3 工程案例

3.1 工程概況

某框架結(jié)構(gòu)廠房建于 2003 年，地上 3 層，局部地下 1 層，于 2006 年在 3 層頂增加 1 層鋼框架，經(jīng)過 15 年的使用，現(xiàn)首層剛性地面出現(xiàn)了不同程度的沉陷?；A(chǔ)與剛性地面信息如圖2 所示。

1）基礎(chǔ)形式?；A(chǔ)為柱下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高 -4.0 m，基礎(chǔ)頂設(shè)置地梁，梁頂標(biāo)高 -1.8 m。

2）地基承載力。地基持力層為粉質(zhì)黏土，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk≥150 kPa，地基持力層以下不存在軟弱下臥層。

圖2 剛性地面與基礎(chǔ)位置關(guān)系圖

3）剛性地面?；A(chǔ)采用素土回填，厚度約為 3.8 m，回填夯實(shí)后在正負(fù)零標(biāo)高做 200 mm 厚現(xiàn)澆混凝土地面。

3.2 地面沉陷現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

地面沉陷情況調(diào)查分為 3 個(gè)部分：①地面沉陷情況普查。對(duì)廠房地面的整體沉陷情況做一個(gè)全面的檢查（見圖3～圖5），給出定性判斷；②地面沉陷深度檢測(cè)。采用全站儀檢測(cè)各個(gè)沉陷區(qū)域的沉陷深度；③沉陷區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形檢測(cè)。選取沉陷嚴(yán)重區(qū)域，檢測(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形情況。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片

圖4 地面沉陷區(qū)域積水

圖5 沉陷區(qū)域地面剔鑿?fù)庥^

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與檢測(cè)，得出以下結(jié)論。

1）首層地面均出現(xiàn)不同程度的沉陷，地面沉陷普遍存在，屬于共性問題；其中 10-11～E-G 區(qū)域（沉陷高差 178 mm）及 2-3～C-D 區(qū)域（沉陷高差 43 mm）沉陷較嚴(yán)重，其他區(qū)域沉陷高差普遍在 0～40 mm。

2）沉陷區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形符合規(guī)范要求，沉陷不影響結(jié)構(gòu)安全。

3）通過剔鑿沉陷區(qū)域混凝土地面發(fā)現(xiàn)混凝土板下回填土已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，較為密實(shí)。

3.3 沉陷過程分析

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明，沉陷區(qū)域范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形在正常范圍內(nèi)，基礎(chǔ)未發(fā)生不均勻沉降。因此認(rèn)為剛性地面沉陷主要由地面以下回填土（厚度約 3.8 m）發(fā)生不均勻沉降所致，由于首層地面為剛性地面，屬于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并未受到主體結(jié)構(gòu)的約束，故發(fā)生沉陷（地面沉陷發(fā)展過程見圖6）；可能引起回填土產(chǎn)生不均勻沉降原因有：施工階段未夯實(shí)、土體浸水、局部地面超載等。

圖6 地面沉陷發(fā)展過程（單位：mm）

3.4 處理方案

針對(duì)本工程剛性地面以下回填土發(fā)生的沉陷問題，有諸多方案可供選擇。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可采用勁性體加樁帽和褥墊層的地基處理方案［7］、采用水泥-水玻璃雙液漿注漿加固回填土［8］、采用高壓旋噴樁+壓力注漿［9］、注漿加固法［10］等。根據(jù)本工程項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)沉降較為嚴(yán)重的區(qū)域（10-11～E-G 區(qū)域），提出以下 4 種解決方案。

3.4.1 方案一：回填土夯實(shí)

采用土體夯實(shí)方案進(jìn)行處理（見圖7），具體工作步驟如下。

1）原有剛性地面混凝土樓板切割、拆除。

2）混凝土板下土體回填至 -0.3 m 并壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù) 0.94。

3）壓實(shí)后做 100 mm 厚混凝土墊層，后澆 200 mm厚 C30 現(xiàn)澆混凝土板，板底配雙向采用植筋與四周混凝土板連接。

圖7 回填土夯實(shí)處理（單位：mm）

3.4.2 方案二：碎石樁+褥墊層

采用碎石樁+褥墊層進(jìn)行處理（見圖8），具體工作步驟如下。

1）拆除沉陷區(qū)域混凝土樓板，采用碎石樁進(jìn)行回填土區(qū)域的地基處理。

2）碎石樁樁徑 400 mm，樁間距 1 600 mm，樁長4 m，材料為碎石，最大粒徑≤30 mm。

3）褥墊層厚度 200 mm，材料碎石，最大粒徑≤30 mm，夯填度≤0.90。

圖8 碎石樁+褥墊層處理（單位：mm）

3.4.3 方案三：地基梁上增設(shè)框架

采用在地基梁上增設(shè)框架的方案，具體工作步驟如下。

1）原有剛性地面混凝土樓板切割、拆除。

2）在區(qū)格四周基礎(chǔ)梁上做混凝土短柱至首層地面標(biāo)高。

3）短柱設(shè)置梁板體系構(gòu)成局部框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土板后做地面。

3.4.4 方案四：注漿加固

采用壓力灌漿處理方案，具體工作步驟如下。

1）在沉陷區(qū)域布置灌漿孔，放入注漿管。

2）采用高壓灌漿機(jī)將水泥漿注入板下回填土中，將沉陷區(qū)土體填實(shí)并固結(jié)。

3.5 方案比較

從對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響、施工周期、工程造價(jià)、地面承載力要求 4 個(gè)方面綜合對(duì)比（見表1），并考慮 4 個(gè)方案的不利因素選擇最佳處理方案。

考慮到本工程地面沉降是由回填土局部不均勻沉降造成的，且經(jīng)過 10 余年的時(shí)間，回填土基本已經(jīng)固結(jié)完成，達(dá)到穩(wěn)定密實(shí)的狀態(tài)。通過方案對(duì)比，分析各方案的特點(diǎn)后，最終選擇回填土夯實(shí)方案進(jìn)行處理，此種方案對(duì)原結(jié)構(gòu)基本無影響，且施工周期與工程造價(jià)具有一定優(yōu)勢(shì)，鑒于本工程地面荷載設(shè)計(jì)值并不大，回填土夯實(shí)法完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)對(duì)于其他沉陷較小的區(qū)域，采用灌漿法填充混凝土板與回填土之間的縫隙。

表1 處理方案對(duì)比表

4 結(jié) 論

剛性地面沉陷問題是很多工業(yè)廠房普遍存在的問題，如何解決好這類工程問題，需要廣大工程師按圖索驥地分析其原因，量體裁衣地選取處理方案。本文所述剛性地面采用回填土方案處理后收到了良好的效果，后期未有沉陷情況發(fā)生，對(duì)類似工程問題處理具有一定的借鑒意義。