软土地基上浅基础不均匀沉降的成因及防治

专注地信

软土地基上浅基础不均匀沉降的成因及防治

陆华东   潘吉荣

一、前言
        在沿海软土地基，一般在五层以下的民用建筑普遍采用天然地基上的浅基础。但根据作者近几年的观察、调查发现，在软土地基上采用浅基础的五层以下房屋，由于出现不均匀沉降而引起不同程度的墙体开裂或房屋倾斜事例不少。如某综合楼工程，总建筑面积为4816m2，该房屋南北宽约12.8m，东西长约122m。该建筑为三层框架结构，局部为四层框架结构，北边均悬挑1.2m，三层部分采用天然地基，而四层部分采用水泥搅拌桩复合地基，并在16轴和24轴位置处设置两条沉降缝，平面布置见“某综合楼工程轴线示意图”：

某综合楼工程轴线示意图

      该工程于2000年7月2日开工，至2001年4月28日通过竣工验收。到2001年6月上旬发现1-16轴部分开间三层挑梁上窗间墙有细裂缝出现，分间的填充墙也有细裂缝出现，底层走廊（C—D）轴地坪有不均匀沉降现象出现。根据施工单位提供的沉降观察显示：该综合楼1-16轴部分地基沉降较大，并已有不均匀沉降产生（二层楼面用水平管测试，南北高差约10cm，包括了地坪的不平整。16轴附近，三层部分女儿墙比四层墙体北移7.0cm，即向北倾斜7.0cm以上）。综合楼16-24轴部分地基沉降较小，且沉降基本均匀，而24-32轴部分地基沉降较大，比1-16轴沉降要小，但沉降基本均匀。
　　二、影响软土地基上浅基础不均匀沉降的原因
　　建筑物因地基问题所引起的破坏：一是由于地基土在建筑物荷载作用下产生压缩变形，引起地基过大的沉降或沉降差，使上部结构倾斜、开裂以致毁坏或失去使用功能；另一种是由于建筑物的荷载过大，超过了基础下持力层所能承受的能力而使地基产生滑动破坏。上面提到的综合楼工程，经分析认为，1-16轴的地基沉降量较大，且不均匀沉降的原因为：（1）该综合楼地处软弱地基，地基下卧层软土厚度较大，土的压缩性较大，造成地基的沉降量较大。（2）建筑物长度较大，由于土质的不均匀分布，及上部结构荷载的不均匀分布（1-16轴三层为一通三商住楼，有分户墙，中轴偏北有楼梯间和卫生间布置，而24-32轴三层室内无分隔墙，为大空间），造成地基的不均匀沉降。（3）相邻四层建筑物复合地基的影响，使之与相邻建筑的地基沉降较小，而引起不均匀沉降。
　　（一）影响基底附加应力分布不均匀的因素。
　　1.上部结构
　　上部结构的平面不规则和体型变化复杂地软土地基中极易引起不均匀沉降。建筑物的整体性差，各部分的刚度不对称，很容易遭受地基不均匀沉降的损坏；建筑物体型复杂，高低（或轻重）变化较大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然也容易出现过量的不均匀沉降。
　　2.基础相对刚度
　　基础的强弱取决于基础与地基的相对刚度、土的压缩性以及地基下塑性区的大小。柔性基础的基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致；均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大，边缘小。刚性基础受荷载后，基础不弯曲，沉降后仍然保持平面；总之，基础梁越长，基础的刚度越弱，基础断面越高，基础刚度较强。
　　3.偏心荷载
　　在偏心荷载的作用下，基底将产生不均匀的附加应力，使基础发生倾斜。基础的倾斜程度与偏心距e有关，通常采用偏心距e＜B/6（B为基础宽度）。
　　4.相邻基础（荷载）的影响
　　地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物沉降相互影响，造成不均匀沉降。其表现形式主要有以下几个方面：
　　①同一栋房子的基础彼此靠得很近，若荷载差异小，基础的面积接近，则不均匀沉降小，反之则不均匀沉降大。
　　②基础上及其附近有大面积堆载，如填土、生产堆料等，若荷载大，距离近，则基础的倾斜大；若荷载小，距离远，则基础的倾斜小。
　　③相邻建筑物的距离越近，且埋深差异越大，引起的相互不均匀沉降越大。后建的建筑物基础最好埋置在与原建筑大致相同的位置。如果须埋置不同深度，相邻基础的间距应大致为相邻基底高差的两部。
　　④在软土地基中打桩对于相邻建筑物的影响靠得越近产生的不均匀沉降越大。
　　（二）影响土层在压缩层厚度范围内的不均匀性因素。
　　1.地基土的压缩性
　　土的不均匀通常表现为有种种不同的组成和特性的土类，并以局部的不规则地层出现。浅基础下地基的不均匀沉降是难免的。通常采取上部结构的一些措施来调整或克服不均匀沉降。如通过埋深变化、调整基础面积或采用桩基础等。
　　土的成型历史对不均匀沉降也有很大影响。拟建场地的相邻建筑打过桩，由于振动，土的原状结构受到破坏，则建房后，沉降明显大于同类土，且靠近桩基部分的房屋沉降大。沉降和沉降差随桩的长短、打桩的时间早晚显著变化。另外，拟建场地的一侧建过房，或由于井点降水，造成地下水位下降等，均会引起较大的不均匀沉降。
　　2.基础的面积
　　基础的面积不同，将直接影响地基土质的压缩层厚度和沉降的深度。一般情况下，条形基础沉降量大，矩形最小。
　　（三）其它影响软土地基上浅基础不均匀沉降的因素。
　　1.加载速率的影响。a.当上部结构荷载有明显差异时，首先施加和适当增大随荷载大的基础加荷速率，对不均匀沉降有调整作用；b.工程实践证明，建筑物在施工期内，由于砌体强度未达到设计强度等级，有一定的塑性变形能力能适应施工期的大部分不均匀沉降，很少开裂。因此采用施工期内增加加荷速率，提高施工期内沉降量的比重，可减少建筑物在使用中由于不均匀沉降产生的开裂。
　　2.防水设施施工质量低劣，地基中局部下水管道接口不严、管道断裂而造成漏水，设计或施工中漏掉散水明沟，或长时间不做散水，对地基缺少保护作用。
　　3.环境的影响。施工时地基被水浸泡或其他扰动，长时间的下雨，使地基浸泡时间过长，造成沉降加大。
　　三、防止不均匀沉降危害的措施
　　防止不均匀沉降危害的措施有：（1）采用柱下条基础、筏基或箱基等，增加基础的整体刚度；（2）采用桩基或其它深基础，减少总沉降量；（3）采用各种地基处理方法，提高地基承载力和压缩模量；（4）从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，从勘察、设计、施工等方面综合采取措施，减少建筑物的总沉降量，相应地减少不均匀沉降量，增强上部结构对沉降和不均匀沉降的适应能力。前三类措施造价偏高，且须具备一定的施工条件下才能采用，在此只对第四种情况进行讨论。
　　（一）勘察方面：在工程设计之前，应对工程地质进行详细勘察，选取那些符合资质条件，整体素质较好的勘察单位作为地质勘察单位。
　　（二）设计方面
　　1.建筑措施
　　①建筑物的体型应尽可能简单。采用长高比小（建筑物长度或沉降单元长度与自基础底面算起的总高度之比）的等高“一”字形建筑。
　　②控制长高比及合理布置墙体。根据调查认为：两层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大于2.5；对于平面简单，内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的控制可适当放宽，但一般不大于3.0。砖混结构建筑，应尽量使内外墙都贯通，同时缩小横墙的间距有效改善房屋的整体性，增强调整不均匀沉降的能力。
　　③设置沉降缝。用沉降缝将建筑物（包括基础）分割为两个或多个独立的沉降单元，可有效地防止地基不均匀沉降。
　　④调整某些设计标高。根据可能产生的沉降量，适当提高某些设计标高，以预留沉降量。
　　⑤增大相邻建筑物基础间的净距。相邻建筑物基础间的净距的选择受预估沉降量和受影响建筑物的长高比决定，可参照下表确定基础间所需的净距。
　　

房屋长高比与沉降量关系

预估沉降量		70—150	160—250	260—400	＞400
长高比	2.0≤L/Hf＜3.0	2—3	3—6	6—9	9—12
	3.0≤L/Hf＜5.0	3—6	6—9	9—12	≥12

注：（1）表中L为房屋长度或沉降缝分隔的单位长度（m），Hf为自基础底面算起的房屋高度（m）
　　（2）当受影响建筑物的长高比1.5＜L/Hf＜2.0时，其间距可适当缩小。
　　
　　
　　2.结构措施
　　①同一建筑物尽量采用同一基础类型的基础，并埋置于同一土层中。
　　②用轻型建材，减轻建筑物的自重。采用预应力钢筋混凝土结构，轻钢结构及各种轻型的空间结构，同时注意减少基础和回填土的重量。
　　③设置圈梁。圈梁的作用在于增强建筑物的整体性，提高砌体的抗剪拉强度，在一定程度上能防止和减少裂缝的出现，增强墙体的抗挠曲的能力。
　　④减小或调整基底附加应力。采取设置地下室（或地下结构），减少基底附加压力，减小沉降量。
　　（三）施工措施
　　1.当拟建的相邻建筑物之间轻（低）重（高）悬殊时，一般应按照先重后轻或先高后低的程序施工，以减少两者之间的沉降差。
　　2.采用混凝土后浇带施工工艺。当建筑物体重大，高差不悬殊时，可采用混凝土后浇带施工方法，即在主体结构基本完成，建筑物沉降到一定的程度，在预先留置的部位补浇混凝土。
　　3.活荷载较大的建筑物，如粮库、料仓等，在施工前采用控制加载速率的堆载预压措施，使地基预先沉降，减少建筑物施工后的沉降及不均匀沉
　　降。
　　4.当基坑挖到设计标高后应及时做基础，避免地基被扰动。在淤泥及淤泥质土的地基上开挖基坑时，要注意尽可能不扰动土的原状，通常可在坑底保留大约200mm厚的原状土，待敷设垫层时才临时铲除。如发现坑底软土上已被扰动，可挖去扰动部分，用砂、碎石（砖）等回填处理。
　　5.加强建筑物的沉降观察，做好详细记录。在建筑物和构筑物沉降观测的每一区域，设置足够数量和符合标准的专用水准点和沉降观测点。沉降观测的次数和时间应按设计要求，一般第一次观测应在观测点安设稳固后及时进行。民用建筑每加高一层观测一次，工业建筑应在不同荷载阶段分别进行观测，全部竣工后二年内沉降观测每3个月不少于1次。

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