建筑不均匀沉降成因与预防措施

　　摘要：不均匀沉降现象在建筑工程中是比较常见的。笔者结合多年的实际工作经验，分析了建筑不均匀沉降产生的原因，提出了防止不均匀沉降的技术以及处理措施，可供相关人士参考。
　　关键词：建筑、不均匀沉降、措施
　　
　　
　　当前，由于建筑物地基不均匀沉降造成建筑物开裂、过度沉降等问题时有发生。各地区的工程地质条件不同，土层分布、土的物理力学性质不同，既使同一建筑场地，往往土质也不均匀，在进行工程勘察、工程设计与施工中，如果对地基条件掌握不全，处理不当，就可能导致事故的发生。
　　1建筑物发生不均匀沉降的原因
　　1.1勘探资料不齐全
　　近年来，由于城市的不断的扩张，大多数新建建筑物均位于城乡结合部，勘探资料积累较少，特别是一些住宅小区的建设，由于项目多，范围广，开发商对勘探工作不够重视，这就导致地质勘探报告中勘探点位间距过大或没有足够的勘探点地质剖面图作依据，从而造成地质剖面图的连续性不可靠，软弱土层的埋深、厚度变化情况及分布范围反映不全面、不准确，甚至有明显差错。少数勘探单位选用的取土器不规范或取土不当，致使原状土样扰动较大，室内试验得出的土样指标不可靠。一些勘探单位布孔数量少或布孔不合理，对暗塘、流砂层等不良地基土的范围确定不准确，甚至有明显遗漏。
　　1.2设计方面的失误
　　部分设计人员对勘探资料的重要性不够重视，选用的地基处理方法不当，对局部不良地基土的处理没有引起充分的重视，忽视了处理后的局部地基同未处理地基的强度差异等，往往造成不良后果。房屋体形复杂过大，相邻建筑物太近，建筑设计与结构设计不协调也通常是设计人员忽视的地方。部分房地产开发商盲目节省投资，不尊重科学设计，往往提出诸如大幅度放大悬挑阳台、取消墙体甚至取消原设计要求的地基加固措施等不合理要求，少数设计人员违背设计原则，不加验算就草率签字或出设计变更。
　　1.3地基处理施工质量较差
　　地基处理一般采用的方法有压密注浆、粉喷桩、深层搅拌桩、旋喷桩和振冲成孔灌注桩等,这些方法有一定的缺陷，施工质量控制难度较大，施工质量无损普查技术又相对滞后，难以有效地全面检测施工质量，加固效果达不到设计要求。一些施工队伍技术力最薄弱，责任心不强，单纯追求进度，或错误地认为局部坚实土体的允许承载力超过周围土体可以不作处理，施工中发现基槽与地质勘探报告有出入时，也不通知勘察设计人员及时采取相应技术措施，因而埋下质量隐患。
　　1.4施工中及竣工后对沉降观测不重视
　　一些施工单位将水准点埋设在沉降影响范围之内的建筑物、电线杆或其它物体上，并缺乏必要的防护措施，不按规定定期进行复测，致使观测数据不可靠，观测点不按规定方法和间距设置或点位布置不当，不做层层观测，观测仪器精度不够，或在观测过程中随意更换观测仪器和观测人员，致使观测误差大。目前，由于建筑物竣工后的观测没有明确的责任单位，造成竣工后沉降观测工作有名无实，当出现较大的质量事故后才进行分析、鉴定和处理，不但增加了处理难度，而且，已经产生了不良的社会影响。
　　2防止不均匀沉降的预防措施
　　2.1基础的合理设计
　　施工图设计前，结构设计人员必须具备工程所在地的工程地质详勘报告。这是结构设计的依据性资料。
　　2.1.1地基基础承载能力
　　（1）地基土的容许承载力，是地基基础设计中的关键性数据
　　地基土在荷载作用下将产生相应变形，荷载增大，到一定程度时，土体便会因剪切破坏而丧失稳定性。地基的剪切破坏，对建筑物的危害常常是灾难性的。另一方面，不均匀的地基变形如果超过了建筑物所容许的限度，建筑物就会开裂，严重时还会倾斜。可见，容许承载力的确定，不仅要考虑地基土本身的特性，而且涉及建筑物容许变形值的问题，问题的复杂性是显而易见的。至于地基的容许承载力，在设计前就事先确定。①搜集已有的测试资料，通过统计分析，总结出各种特性的土在某种条件下适用的容许承载力数值。②参考《地基基础设计规范》中提供的承载力表值。③借鉴条件相近的已有建筑物的成功经验来确定。
　　在不良地基条件下，为了防止或减轻不均沉降的危害，在设计时通常采用的办法不外乎下面几种：①采用桩基础或其它深基础：②对地基进行处理；③在建筑结构以及施工中采取某些措施。桩基础及其深基础造价偏高，且需具备一定的施工条件才能采用。至于地基的处理，有时还不能完全解决问题，往往需同时辅以某些建筑、结构和施工措施，才能获得预期效果。
　　（2）按承载能力极限状态计算地基承载力时，采用荷载效应的基本组合
　　抗震设防时，应计入地震作用效应组合。一般天然地基的基底面积、桩基的总桩数都是由静、活荷载组合来估算的，但常常需要复核风荷载及地震作用下的天然地基的边缘层力或边桩、角桩的承载力，尤其是对高宽比值较大的房屋。对于具有软弱下卧层的地基除应进行基础持力层承载力验算外，还应进行软弱下卧层的承载力验算。施工图中应明确地基处理及桩基的检测方法、间隙时间、数量等，并明确地基处理后的承载力设计值，桩基的竖向承载力设计值。在决定桩基方案时，应力求桩的地基承载力与桩身强度的匹配。
　　2.1.2沉降计算
　　1)按正常使用极限状态进行沉降计算。计算应采用荷载的长期效应组合。
　　2)施工图中，应指明沉降观测点的位置、说明沉降观测要求，并在图中写明建筑物基础中心计算沉降量。
　　3)对于沉降控制复合桩基，要注意其适用范围。
　　2.1.3基础埋深控制
　　应参考《钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程》，对高层建筑基础埋深问题指出：基础埋深必须满足地基变形和稳定的要求，以减少建筑的整体倾斜，防止倾覆及滑移。埋置深度，采用天然地基时可不小于建筑高度的1/12，采用桩基时可不小于建筑高度的1/15。对有桩的基础，埋深不宜小于建筑物高度的1/20。上高层建筑筒体结构宜设置一层地下室，承台板底的埋置深度不宜小于建筑物地面以上高度的1/15：当有可靠锚固措施时，埋深可以适当减小，条文说明中补充指出：可放松至建筑物出地面高度的1/20。
　　2.1.4构造措施
　　1)桩基础中,桩顶嵌入承台的长度问题。一般嵌入长度不小于100mm，但当桩径小于400mm
　　时，可减为不小于50mm。
　　2)桩基加条基的工程，当桩沿轴线方向单排布置时，设计应注意桩垂直于轴线方向的偏位造成基础梁扭转的不利因素，必要时可增加基础梁截面或增设连梁。
　　3)沉降缝两侧基础的处理：一般说来，地下至或基础筏板、条基等若不是因为上部结构质量相差太大的情况，宜尽可能不设沉降缝而在上0.00m附近开始，设温度缝兼抗震缝。若设沉降缝，则应避免如下错误：将上部结构的柱、墙偏心作用在沉降缝两侧的基础上；缝两侧的基础形心与建筑物重心产生较大的偏心；缝一侧建筑物的悬挑基础梁底与缝另一侧基础面之间的间隙没有留足，造成缝两侧基础的相碰，沉降缝没有起到应有的作用；对于桩基，缝两侧的桩的间距没有满足桩的最小间距的要求。
　　2.2在建筑方面上控制要求
　　在地基条件不好时，使满足使用的前提下，应该采用简单的建筑体型，如长高比的等高“一”字形建筑物。实践表明，这样的建筑物，整体刚性好，地基受均匀，开裂较少发生，而复杂的体型常常是削弱建筑物整体刚度和加剧不均匀沉降的重要因素。平面开间复杂的建筑物，纵横交叉处基础密集，地基中由单元荷载产生的附加应力互相重叠，必然会出现较大沉降。建筑物的高低变化太大，地基各部分所受到的荷载轻重不同，自然也容易出现大量的不均匀沉降，因此当地基软弱时，建筑物的相临高差以不超过一层为宜。
　　砖（石)墙承重房屋的长高比大，整体刚度也差。纵墙很容易挠曲过度而开裂，合理布置纵、横墙是增强混合结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般房屋的纵向刚度较弱，地基不均匀沉降的危害主要表现为纵墙的挠曲破坏。地基不良，应尽量使内、外纵墙都贯通。纵横墙的联结形成了空间刚度。缩小横墙的间距。可有效地改善房屋的整体性。从而增强了调整不均匀沉降的能力。因此，许多长度比小、内外纵墙贯通、横墙间距较小的房屋，尽管沉降较大，也能保持完好无损。
　　在软弱地基上，两建筑物的距离太近时。相邻影响产生的附加不均沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。为了避免相邻影响的危害，轻弱地基上的建筑物之间要有一定的距离。其值视地基的压缩性，影响建筑（产生影响者)的规模和重量，以及被影响建筑（受影响者)的刚度等方案而定，所需的最小间隔距离按有关规定。建筑物的沉降改变了原有的楼高，严重时将影响建筑物的使用功能，预防控制措施有：
　　1）根据预估的沉降量事先提高室内地坪或地下设施的楼高。
　　2）建筑物各部分（或设备之间)有联系时，可将沉降较大者的楼高适当提高。
　　3）在建筑物与设备之间，留有足够的净空。
　　4）有管道穿过建筑物时。应预留足够尺寸的空洞或采用柔性管道接头等。
　　2.3在结构上处理
　　基底的压力中，建筑物自重所占的比例很大。据估计工业建筑物为1/2左右；民用建筑物为3/5以上,为此对软弱地基上的建筑物,常用下列一些措施来设法减轻自重,以便达到减少沉降量的目的.
　　2.3.1选用轻型结构，减少墙体的重量
　　对于承重墙，采用混凝土墙板、空心砌块，多孔砖以及其它轻质墙。此外，对非承重墙，可用轻质隔墙代替。
　　2.3.2减少基础和覆土的重量
　　如墙下的壳体基础。对于砖(石)承重墙房屋，不均匀沉降的危害突出地表现为墙体的开裂。因此，在墙内设置圈梁以增强其承受挠曲应力的能力。这是防止出现裂缝及防止裂缝开展的一项有效措施。另外，圈梁必须与砌体结合成整体否则不能发挥应有的作用。一般控制措施为：二、三层的房屋，在基础面附近设圈梁一道；多层房屋除设圈梁外，中间各层也设置；对单层单层的厂房及仓库，可结合基础梁，联系梁设置。设置地下室或半地下室，其效用之一是以控制的土重去抵消一部分甚至全部的建筑物重量，达到减少沉降的目的。如果建筑物的某一部分特别重(高)时，在该部分之下设置地下室，便减少与较轻（低)部分之间的沉降差。因采用增大框架基础的尺寸来减小与廊柱基础之间的沉降差，不太经济合理。故通常的解决方法是：将门廊和主体分离；飘檐代替廊柱；减小柱基础或加大墙基础都是可行的。
　　在软弱地基上，采用整体刚度大的交梁片筏以至箱基等基础型式，从而扩大支承面积和调整不均匀沉降。单层的工业厂房、仓库和某些公共建筑中，采用排架，三铰拱结构，支座发生相对变位时不会引起很大的附加应力。故可以避免不均匀沉降的危害。
　　2.4在施工方面上的处理
　　在软弱地基上进行工程建设，合理安排施工程序，注意某些施工方法，也能收到减小或调整部分不均匀沉降的效果。当拟建的相邻建筑物之间轻(低)重(高)悬殊时，应按照先重后轻的程序进行施工，需要在重建筑物竣工之后间歇一段时间后，再建造轻的邻近建筑物。在已建成的轻型建筑物周围，不宜堆放大量的建筑材料或土方等重物,以免地面堆载引起建筑物产生附加沉降。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结构。通常可在坑底保留20cm左右厚的原土层，待施工垫层时才临时铲除。如发现坑底软土已被扰动，可挖去扰动部分，用砂、碎石等回填处理。
　　只要根据具体问题认真分析，通过做好建筑、结构和施工等方面的以上各种技术和生产准备。详细去探明需要的场地的地质及水文情况，及时反馈信息，细心编制出减少因地基不均匀危害的基础处理与设计方案。抓住主要矛盾，采用以上的某个或多个措施控制地基沉降，就能够满足一般的工业与民用建筑和大面积堆切的技术要求。既保证了工程的质量，又能取得较好的经济效益和社会效益。
　　3处理措施
　　在调查、检测的基础上，可以针对地基、基础结构和上部结构等采取相应措施，达到修补和补强的目的。一般有如下措施：
　　(1)地基加固措施主要有地基土压密、脱水、固结和置换等。具体应根据建筑物规模、损害程度以及地基土性质的差异而决定。对于采用的技术细节还有相应要求，应通过技术、工艺、经济三者的比较再确定。
　　(2)基础结构加固措施多采用另设支承结构，选择较坚硬的持力层。通过桩、支墩或其他新增基础结构，将上部结构的荷载传到地基上。施工中应特别注意土体的支护、稳定和安全设防措施。
　　(3)上部结构的加固措施，除采用裂缝修补的方法以外，还可以采用整体结构加固，但这种方法是比较困难的。最经济、效果最好的方法还是应在设计阶段采取相应的对策措施。
　　
　　参考文献:
　　[1]华南理工大学等，地基与基础[C]，北京：中国建筑工业出版社1991
　　[2]中华人民共和国建设部，GB5000-2002建筑地基基础设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社2002