一多層住宅樓傾斜原因分析

蔣濤，夏水江，羅坤，梅克玲

(武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022)

一多層住宅樓傾斜原因分析

蔣濤?，夏水江，羅坤，梅克玲

(武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022)

在翔實(shí)而客觀的室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場勘察、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文分析了建在平均坡度約10%傾斜土層地基上一多層住宅樓發(fā)生8.9‰傾斜率的誘因。引發(fā)該住宅樓嚴(yán)重傾斜的原因包括:①地基的不均勻性；②地下水水位變化的影響；③相鄰地段道路開挖使邊坡處于穩(wěn)定臨界狀態(tài)；④住宅樓單側(cè)地基承載力降低。提出了糾偏補(bǔ)救措施建議。

非均勻地基；住宅樓；傾斜

1 前 言

上世紀(jì)九十年代以前，我國城市中興建的住宅以多層為主，多為淺基。到目前為止，少數(shù)建筑已出現(xiàn)了不均勻沉降，有的甚至威脅到房屋的使用和安全。從總體上來看，多層住宅樓發(fā)生傾斜的原因存在于兩個(gè)方面:一是房屋本身的問題，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量差或地基問題[1，2]等先天因素；二是外部不利條件引起，如建筑物相鄰一定區(qū)域內(nèi)工程活動(dòng)的影響，如大面積填土[3]等。隨著時(shí)間推移，這類建筑物出現(xiàn)不同程度傾斜的頻率還將增加。除了對社會產(chǎn)生不良的影響外，還出現(xiàn)了一些新的技術(shù)問題，將越來越引起人們的關(guān)注。從地基和基礎(chǔ)工程的角度，及早找出引發(fā)住宅樓發(fā)生不均勻沉降的原因，避免過大傾斜，這將成為巖土工程熱點(diǎn)問題之一。本文分析了建在傾斜坡積土、殘積粘土地基上的一棟5層住宅樓發(fā)生嚴(yán)重傾斜的原因，以期對這類建筑的設(shè)計(jì)和施工有一定的參考價(jià)值。

2 住宅樓基本情況

發(fā)生嚴(yán)重傾斜的住宅樓位于武漢市武昌區(qū)一老城區(qū)，是一棟建于上世紀(jì)80年代的5層磚混結(jié)構(gòu)建筑，平面上呈“一”字形狀，長約33 m，東西向排列，4個(gè)住宅單元；寬約12 m，南北朝向；高16 m；條形基礎(chǔ)，埋深約2 m；天然地基。2009年10月，發(fā)現(xiàn)該樓出現(xiàn)了不均勻沉降。監(jiān)測結(jié)果表明，樓頂向正北偏移 77 mm～143 mm，其中靠近西側(cè)的兩個(gè)單元樓向北傾斜最嚴(yán)重，傾斜率6.9‰～8.9‰，均超出規(guī)范小于4‰的要求[4]。

該住宅樓建在半山坡上，主要基礎(chǔ)持力層為②層坡積土，③層殘積土。2008年在該建筑物的西側(cè)、北側(cè)相鄰地段上新建了多棟高層住宅樓，基坑開挖深度6 m～8.5 m。開挖邊線距該樓西側(cè)4 m，基坑采用樁排支護(hù)。開挖邊線距該樓北側(cè)約20 m，因相距較遠(yuǎn)，采用1∶1坡度的放坡開挖方式。在5層住宅樓北側(cè)，后因擴(kuò)建了道路，道路開挖邊線距建筑物僅11.4 m，采用土釘支護(hù)，按永久邊坡設(shè)計(jì)，如圖1所示。圖1表示的剖面圖是南北向，靠近該5層住宅樓西側(cè)。該剖面附近住宅樓發(fā)生的傾斜最大，是本文分析的重點(diǎn)。

為了調(diào)查該住宅樓發(fā)生不均勻沉降的原因，在2009年～2010年期間，多家單位對現(xiàn)場進(jìn)行了多次勘察。根據(jù)勘察報(bào)告中的K5、K3、KC20三個(gè)鉆孔的數(shù)據(jù)，得到如圖1所示的土層分布情況。圖1表明，該樓地基土層涉及①層雜填土至④層風(fēng)化泥巖4個(gè)土層。這些土層的基本情況是:①層雜填土，成分雜亂，結(jié)構(gòu)松軟，均勻性差，強(qiáng)度低，滲透性較好，賦存一定量上層滯水，自穩(wěn)性能差；②層坡積土，主要由巖層風(fēng)化碎屑堆積形成，離散性大，具有一定強(qiáng)度；③層殘積土，具一定的自穩(wěn)性；第④層為強(qiáng)～中風(fēng)化泥巖、硅質(zhì)巖、炭質(zhì)泥巖，穩(wěn)定性較好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，強(qiáng)風(fēng)化泥巖豎向厚度大，巖石基本風(fēng)化成土狀，中風(fēng)泥巖巖石完整程度好，巖體結(jié)構(gòu)面結(jié)合較好，屬穩(wěn)定性較好的巖層。各土層的物理力學(xué)參數(shù)值如表1所示。

場地以上層滯水為主，賦存于第①層雜填土中。從補(bǔ)給源來看，坡頂住戶較多，生活用水量大。當(dāng)大量生活用水和降雨沿坡面下流，或下滲到土體中時(shí)，易造成加固雜填土邊坡的失穩(wěn)。

圖1 住宅樓周邊環(huán)境和地質(zhì)條件

土層物理力學(xué)指標(biāo) 表1

3 傾斜誘因分析

3.1 地基的不均勻性

5層民用住宅樓地基上承受的荷載可按q＝80 kPa超載考慮，如圖1所示。從地基上承受的超載與持力土層承載力特征值(如表1所示)對比知道，第②層至④層土層完全滿足承載要求。但是，根據(jù)勘察數(shù)據(jù)，如圖1所示，該住宅樓中心線以北，部分基礎(chǔ)下可能存在第①層雜填土。①層雜填土是高壓縮性土，可引發(fā)北側(cè)基礎(chǔ)大的沉降。值得特別注意的是，住宅樓地基土層第②層至第④層是向北傾斜的，坡度約1∶10；同時(shí)，沿坡傾向(南往北)各地基土層厚度逐漸增大，屬不均勻地基。表1表明，土層②至④沿深度方向承載力是增加的。因此，該建筑物范圍內(nèi)，沿南北向，平均地基承載力以中心線為界將呈現(xiàn)南高北低的趨勢。同樣超載作用下，由于基礎(chǔ)下不同持力層壓縮性差異，基礎(chǔ)下壓縮層的厚薄差異，北側(cè)建筑物很可能發(fā)生較大沉降，導(dǎo)致建筑物向北傾斜。

3.2 地下水的影響

地下水問題是巖土工程的難點(diǎn)之一，本實(shí)例也不例外。地下水賦存于第①層雜填土中。該住宅樓周圍山坡，南側(cè)、東側(cè)地勢較高，西側(cè)的新建高層的基坑采用了隔滲措施，因此北側(cè)坡面是唯一的滲流通道，如圖1所示?，F(xiàn)場可以觀察到圖1中表示的AB坡面有地下水滲出。①層雜填土下面的②層、③層是粘土層，可認(rèn)為是不透水層，但處于飽和狀態(tài)。①層雜填土與②層坡積土土層分界可認(rèn)為是地下水滲流不透水界面。2008年該住宅樓北側(cè)新建道路時(shí)，挖除了上部厚4 m左右的雜填土，滲流路徑減少，地下水位降低，引起基礎(chǔ)下中心線北側(cè)②層坡積粘土部分失水。這些粘土有與膨脹土類似的性質(zhì)，遇水膨脹、失水收縮。當(dāng)②層坡積粘土收縮時(shí)，也會引起北側(cè)基礎(chǔ)發(fā)生較大沉降。

3.3 雜填土邊坡穩(wěn)定性分析

如圖1所示，該住宅樓從南到北存在著深厚的①層雜填土，厚度 2.7 m～4.5 m。北側(cè)由于道路的擴(kuò)建，挖除了部分雜填土，形成了邊坡。該坡面設(shè)置了土釘支護(hù)，維持邊坡的穩(wěn)定性，極限平衡法計(jì)算結(jié)果表明AB邊坡是穩(wěn)定的。但我們認(rèn)為，這只是該邊坡的局部的穩(wěn)定，因?yàn)棰賹与s填土還可以沿AC界面滑動(dòng)，存在發(fā)生整體滑動(dòng)的可能。將該邊坡坡角β＝80°、AC面傾角α＝6°、雜填土參數(shù)c＝8 kPa、φ＝18°、γ＝18°，代入式(1)[5]，計(jì)算得到該邊坡臨界高度h＝4.1 m，大于實(shí)際高度3.6 m。說明不會發(fā)生沿AC面的整體滑動(dòng)。但是，我們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場花壇內(nèi)，堆放了大量的雜物，存在地表承載，估算可作為q＝5 kPa的超載考慮。將q＝ 5 kPa和其他參數(shù)代入式(2)，計(jì)算得到該邊坡臨界高度h＝3.61 m，小于實(shí)際邊坡高度3.66 m，說明雜填土邊坡可能處于整體穩(wěn)定臨界狀態(tài)。

3.4 地基整體承載力分析

該住宅樓是條形基礎(chǔ)，尺寸較小，影響地基的范圍有限。但是，如圖1所示，如果將整個(gè)建筑物范圍作為一個(gè)整體基礎(chǔ)考慮，作用q＝80 kPa超載，那么，由太沙基的淺基地基承載力計(jì)算方法來分析[6]，影響北側(cè)地基承載力的范圍將包括新建道路和住宅樓挖除了的土層。由此導(dǎo)致該樓中心線以北單側(cè)地基承載力降低，而住宅樓南側(cè)地基承載力保持不變。這同樣也將使該樓發(fā)生不均勻沉降，向北傾斜。

4 推薦的補(bǔ)救措施

從總體上來看，這棟5層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓發(fā)生向北傾斜的主要原因是由于地基土層承載力不均勻引起的。如圖1所示，以建筑物基礎(chǔ)中心線為界，北側(cè)地基平均持力土層承載力較低，而南側(cè)則較高，在同樣基礎(chǔ)荷載作用下，北側(cè)將發(fā)生較大沉降，樓房向北傾斜。距初步觀測，目前該樓上部結(jié)構(gòu)整體基本穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)大的裂縫等。鑒于這種狀況，可采取以下糾偏補(bǔ)救措施。

(1)上部結(jié)構(gòu)的局部加固

首先須充分評判該住宅樓的健康狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)局部構(gòu)件功能上削弱等，則要進(jìn)行局部加固，使整棟建筑物上部結(jié)構(gòu)整體性提高，可抵抗糾偏過程中出現(xiàn)的不利情況。

(2)設(shè)置隔斷墻

在該房屋北側(cè)花壇內(nèi)沿東西方向增設(shè)一樁排，以增強(qiáng)雜填土邊坡的穩(wěn)定性，阻止可能出現(xiàn)的進(jìn)一步的滑動(dòng)，防止北側(cè)地基的承載力的進(jìn)一步的降低。樁底須穿過①層雜填土嵌入④層風(fēng)化泥巖中。樁間距、具體樁長由計(jì)算確定。

(3)南側(cè)土層深部應(yīng)力釋放糾偏

根據(jù)該住宅樓樓頂向北發(fā)生的水平位移，先確定南北基礎(chǔ)沉降差異值。為實(shí)現(xiàn)房屋的扶正糾偏，確定南側(cè)需要發(fā)生沉降的大小。然后在該建筑物南側(cè)附近土層上鉆孔、掏土，釋放深部土層中的部分應(yīng)力，迫使南側(cè)基礎(chǔ)下沉，達(dá)到該房屋糾偏的目的。施工中，須實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)糾偏效果，隨時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度和方案。對多層房屋糾偏，武漢已積累了成功經(jīng)驗(yàn)[7]。

5 結(jié) 論

本文介紹的磚混結(jié)構(gòu)住宅樓實(shí)例，是由于地基土層傾斜、持力層承載能力不均勻帶來沉降差異，從而引起該建筑物發(fā)生傾斜。地基不均勻性是該房屋發(fā)生嚴(yán)重傾斜的內(nèi)因。另外，該樓北側(cè)道路擴(kuò)建，挖除了部分雜填土，使雜填土邊坡處于臨界狀態(tài)、地下水位的改變等加劇了地基承載力的這種差異，它們是外因。文中推薦的補(bǔ)救措施，可供該房屋糾偏時(shí)參考。

[1] 高有潮.軟基上住宅建筑的不均勻沉降[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1991，13(4):59～65

[2] 王寶勛，李夕兵，張忠永等.某住宅樓傾斜原因與糾偏加固處理[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(7):906～909

[3] 劉滔，朱合華.某住宅樓傾斜原因及相關(guān)規(guī)范問題的討論[J].巖土力學(xué)，2010，31(10):3248～3253

[4] GB50007－2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 楊育文.土體自穩(wěn)坡角和土釘墻穩(wěn)定機(jī)理分析[R].

[6] Craig，R.F.，Soil mechanics(sixth edition)，Spon press，New York，2002

[7] 劉祖德.糾偏防傾工程十五年(一)[J].土工基礎(chǔ)，2006 (4):1～20

List Causes for an Apartment Building

Jiang Tao，Xia Shuijiang，Luo Kun，Mei Keling
(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

This paper presents a case study about a low residential building with the maximum inclination ratio of 8.9‰according to detailed and objective data from laboratory tests，site investigation and monitoring.The inclination causes are investigated for the building on non－h(huán)omogeneous ground of supporting soils in average slope of about 10%. Rescue measures are recommended.The causes to initiate inclination of this building include:①non－h(huán)omogeneous ground；②groundwater level change；③adjacent fill slope in critical stability due to road excavation；④bearing capacity decrease on one side of ground.

non－h(huán)omogeneous ground；apartment building；inclination

2011—12—26

蔣濤(1963—)，男，高級工程師、注冊土木工程師、從事巖土工程勘察技術(shù)及管理工作。

1672－8262(2012)02－164－03

TU471＋.4

B