淺析工業(yè)園區(qū)內(nèi)軟弱土層的固結(jié)沉降對建筑物的影響

摘要：通過對兩個工程質(zhì)量事故進行分析，探討由于新興工業(yè)園區(qū)場地內(nèi)軟弱土層固結(jié)沉降而帶來的質(zhì)量問題，為工業(yè)園區(qū)內(nèi)建設提供經(jīng)驗。

關鍵詞：軟弱土層：固結(jié)沉降：負摩阻力；建筑物的安全使用

中圖分類號：TU471.8

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422(2009)05-0193-02

1 前言

隨著工業(yè)的發(fā)展，專門的工業(yè)園區(qū)成為擴大工業(yè)規(guī)模、招商引資的重要途徑，但我市這一類新興工業(yè)園大多數(shù)屬于人工填土改造的場地，由于場地內(nèi)軟弱土層及新近人工填土的固結(jié)沉降導致建筑物周邊設施、地面不均勻下沉等問題，直接影響建筑物的安全使用。在建設過程中對這一問題應當如何處理，如何通過加強技術措施來確保工程質(zhì)量，本文擬通過以下兩個工程實例，嘗試對上述問題進行探討。

2 兩個工程實例的分析

2.1 實例1

某科技發(fā)展有限公司廠房，位于珠海市一工業(yè)園區(qū)內(nèi)，由二幢3層的標準廠房組成，總建筑面積2975.5m²，預應力管樁基礎。根據(jù)地質(zhì)報告，場地原為海陸交互沉積相地貌，上覆淤泥層厚11.0m～17.0m，經(jīng)人工填土改造后再覆蓋1.1m～3.0m厚填土層，夯實形成平整場地。在建設過程中，質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出由于人工填土層時間短，未完成自重固結(jié)，在自重應力作用下產(chǎn)生固結(jié)沉降外，還成為其下臥淤泥層的地面荷載并使之產(chǎn)生固結(jié)沉降，影響建筑物使用。對于這一意見，設計單位口頭回答告知建設單位不同意將廠房地面改為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，仍然要求按照原設計施工。但建設單位、監(jiān)理單位在后期認識到這一設計不可靠，直接對施工單位發(fā)出“工程變更”和設計補充，將原設計地坪做法改為“廠房填土至－0.5m高程，分層夯實；在填土上回填石粉15cm，灑水夯實，再鋪20cm厚水泥石粉穩(wěn)定層；最后澆筑C15混凝土15cm厚”并按此方案進行施工。工程完工后未正式辦理竣工驗收及備案手續(xù)便投入使用。隨后，建設單位在使用中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)室內(nèi)地坪不均勻下沉，門口臺階及進貨斜坡下沉斷裂，直接影響建筑物的正常使用，其中單凍車間室內(nèi)地面不均勻下沉，(后經(jīng)檢查最大下沉約150mm)，導致單凍設備下沉，相連接的制冷用氨氣管道接口處被拉裂，氨氣瀉漏造成安全事故，幸虧無人傷亡。經(jīng)檢查，室內(nèi)地面沉降量從建筑室內(nèi)柱腳所貼踢腳線面磚量起至其下地坪約有100mm～240mm，地面呈不均勻沉降，明顯影響建筑物的使用。根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的有關參數(shù)估算，本工程僅3.0m厚的夯實填土及設計所要求的活荷載20kN/m²作用下，軟弱地基最終沉降將超過600mm，由于填土層和淤泥層厚薄不一，必然出現(xiàn)不均勻沉降，樁基承臺和基礎梁對土體的支承作用也加劇了地面不均勻沉降的現(xiàn)象，生產(chǎn)設備及周邊設施如卸料平臺、臺階等由于沒有設計采用樁基礎，不均勻沉降的現(xiàn)象就更加嚴重。

2.2 實例2

某公司的單層廠房，位于珠海臨港工業(yè)區(qū)，面積2970m²，框架結(jié)構(gòu)，采用400mm×400mm的預制方樁，地質(zhì)資料顯示屬濱海堆積地貌，其地質(zhì)概況為：人工填土層2.00～4.30m，耕植土層0.03N～0.90m，淤泥層8.30～14.5m，粘土層0.70～7.80m，淤泥質(zhì)粘土層1.30～7.10m，粘土層1.00～12.00m，中細砂層1.00～3.60m，淤泥質(zhì)粘土層0.6～6.70m，粘土層1.20～13.90m，粗砂層0.5～2.20m，殘積粉質(zhì)砂質(zhì)粘土層0.4～5.60m，全風化花崗巖2.98m～。該工程單樁豎向抗壓靜載試驗達到設計要求極限承載力、基樁反射波檢測為I、II類，樁基礎子分部工程經(jīng)建設質(zhì)量責任主體單位驗收合格。廠房地面回填土夯實后，其6個測點的壓實度抽檢結(jié)果壓實系數(shù)為0.94～0.96，符合設計要求，地面墊層采用C20混凝土，100mm厚。在工程竣工驗收時發(fā)現(xiàn)地面有不均勻下沉、開裂，墻體也有開裂的現(xiàn)象，因此要求暫緩竣工驗收工作，參與工程建設責任單位查明情況。在調(diào)查期間，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題有增加的跡象。對此，建設單位的意見很大，對樁基、回填土的質(zhì)量有懷疑。根據(jù)對資料和現(xiàn)場檢查分析：(1)由于該建筑物的場地屬于欠固結(jié)的人工填土、耕植土、淤泥及其下的兩層淤泥質(zhì)粘土都屬于軟土，這類土具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小、透水性差、抗剪強度低、承載力低的特點，根據(jù)珠海地區(qū)軟土工程的實踐經(jīng)驗判斷，該工程雖然對回填土的壓實度到達設計要求的夯實系數(shù)0.93以上，且符合現(xiàn)行國家標準的《建筑地面工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50209-2002)4.2.5條規(guī)定的夯實系數(shù)0.9以上，然而在其下的未經(jīng)處理的軟土層在自重及地面活荷載作用下仍會出現(xiàn)較大的沉降變形和不均勻沉降，該不均勻沉降產(chǎn)生的拉應力超過了地坪C20混凝土層的抗拉強度，導致地坪在施工后不久就出現(xiàn)局部斷裂、下沉。同時，由于孔隙水消散十分緩慢，固結(jié)沉降穩(wěn)定歷時較長，該地坪的沉降還將繼續(xù)發(fā)生。(2)關于地梁及梁上墻體開裂的現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場開挖部分地梁檢查，受檢地梁分別有8條和9條梁側(cè)豎向裂縫并延伸至梁底，梁側(cè)豎向裂縫多呈中間寬、上下較小。裂縫間距在梁中部分布基本較均勻，裂縫已經(jīng)沿著梁寬貫通。縫寬約為0.04～2.0mm，顯示該梁處于拉彎構(gòu)件工作狀態(tài)，梁上的墻體裂也呈一對倒八字形的斜裂縫，說明與地梁被拉伸有關，這兩根地梁截面同為250mm×500mm，底鋼筋為2_16，面鋼筋2_18，均未設腰筋，混凝土為C25，按現(xiàn)行有關設計規(guī)范驗算，當僅承受豎向荷載墻體白重時的承載能力如表1所示；

從表1驗算可知，該地梁斷裂的原因是配筋不足所引起，因為該地梁基本上只能承受其上磚墻豎向自重，卻無能力再承受其他因素引起的應力?？稍诒竟こ讨?，軟弱土層在地面荷載及自重作用下固結(jié)沉降所帶來的對樁基礎的負摩阻力不容忽視，加上樁端持力層設計為強風化花崗巖巖層面，其不均勻沉降不可能沒有，按照廣東省標準繼筑地基基礎設計規(guī)范》(DBJ15-31-2003)第10.2.9條第7點“對于負摩阻力較大，樁長變化較大，持力層土層較不均勻，建筑物對差異沉降控制要求較嚴格的結(jié)構(gòu)，宜適當加強承臺間地梁的強度、剛度及上部結(jié)構(gòu)的整體剛度”及第10.5.3條第4點“連系梁配筋計算除應考慮正常工作條件下的工況組合外，尚宜考慮承擔水平拉力?？拐鹪O防7度區(qū)設計拉力值可取相鄰柱軸力較大者的1/5……”等考慮，則配筋有所不足，加上未按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50010-2002)規(guī)范要求在梁腹板高度大于450mm的梁側(cè)面設置腰筋，造成地梁拉裂引起墻體開裂。

3 從以上兩實例反思軟弱土層不均勻沉降對建筑物的影響及處理

3.1 軟弱土層的固結(jié)沉降穩(wěn)定歷時較長，總沉降量較大

以上兩個實例具有相當?shù)钠毡樾?，在我國的新興工業(yè)園區(qū)，大多數(shù)經(jīng)人工填土平整后立即供開發(fā)使用，由于場地內(nèi)的軟弱土層如淤泥層或新近填土層等都未完成自身固結(jié)，而且園區(qū)內(nèi)的填土標高大多不滿足建筑物的設計要求，因此在建筑施工時一般會增加素土夯實層，這一新近填土層在自重應力作用下除自身產(chǎn)生固結(jié)沉降外，還與室內(nèi)地面的荷載成為下臥軟弱土層的荷載，從而使軟弱土層受力產(chǎn)生固結(jié)沉降，由于淤泥、人工填土等軟弱土層的天然含水量高、滲透系數(shù)小、透水性差等特性，孔隙水的消散十分緩慢，固結(jié)沉降穩(wěn)定歷時較長，總沉降量較大。而一般來說，新興工業(yè)園區(qū)內(nèi)的工程建設是非常講究時效性、成本控制等，建設單位往往又缺乏工程建設的經(jīng)驗，容易忽視這一問題，從前面兩例的分析可見，如果不考慮軟弱土層的不均勻沉降對建筑物的影響，必然會帶來嚴重的后果，直接影響正常的生產(chǎn)活動；

3.2 不均勻沉降對建筑物影響及處理

軟弱土層的固結(jié)沉降首先對樁基產(chǎn)生向下的負摩阻力，直接影響到樁基礎的承載力。因此，對于這一類場地的樁基承載力應當考慮樁基礎負摩阻力的影響；當進行樁基承載力檢測時，對于試驗時的樁頂標高與設計要求標高的差異等因素也應當加以考慮，樁基極限承載力的確定宜根據(jù)具體的工程情次適當調(diào)整；

軟弱土層的固結(jié)沉降導致基礎梁與土體脫離，以及樁基礎的不均勻沉降等情況改變了基礎梁的受力情況，對基礎連系梁地配筋計算除應考慮正常工作條件下的工況組合外，尚宜考慮承擔水平拉力，根據(jù)實際情況進行設計處理，避免造成地梁拉裂甚至引起墻體開裂；

軟弱土層的固結(jié)沉降首先是對地面的影響，同時對于周邊的附屬設施、設備的影響也是非常直接的，對于臺階、卸料平臺、設備等地基基礎應當納入建筑樁基設計中，保證此類附屬設施的安全使用；對于建筑地面一般建議宜根據(jù)工程使用的要求，對室內(nèi)地坪采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)或其他的預防沉降措施，保證室內(nèi)地面不受土體沉降的影響。同時，對于水電管線、消防設施、設備的連通管道等也應考慮土體沉降的影響，采用吊掛的安裝方法、連接處采用伸縮接頭等有效措施進行處理。

4 結(jié)語

軟弱土層的不均勻沉降導致的質(zhì)量問題在新興工業(yè)園區(qū)內(nèi)是比較常見的，這一問題的處理需要我們給予足夠的重視，結(jié)合工程實際，采取恰當、有效的處理措施來保證工程質(zhì)量，保證園區(qū)的正常生產(chǎn)和安全生產(chǎn)。

參考文獻：

[1] 建筑基樁檢測技術規(guī)范JGJ 106－2003。

[2]建筑地基基礎施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB 50202-2002。

[3]建筑地基基礎設計規(guī)范GB 50007-2002。

[4]廣東省標準建筑地基基礎設計規(guī)范DBJ15-31－2003。