建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降原因與對(duì)策研究

吳忠誠(chéng) 鐘詩(shī)斌

摘 要：地基具有壓縮性，當(dāng)建筑物的上部結(jié)構(gòu)形式、荷載變化、地基自身承載能力、地基地質(zhì)及水文，以及建筑選材等等因素都會(huì)導(dǎo)致建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降，從而危害建筑物的安全和穩(wěn)定。為此，在掌握沉降量的基礎(chǔ)上，從建筑、結(jié)構(gòu)、施工等方面做好建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降防治工作。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；沉降

1 概述

天然地基具有一定的壓縮性，當(dāng)建筑物的上部結(jié)構(gòu)形式、荷載變化、地基自身承載能力、地基地質(zhì)及水文，以及建筑選材等等因素的存在，隨著建筑物的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力的產(chǎn)生，建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)必然會(huì)產(chǎn)生一定的沉降。如果建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降過(guò)大，就會(huì)引發(fā)上部結(jié)構(gòu)傾斜、開(kāi)裂、失去使用功能等等事故，甚至?xí)屨麄€(gè)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌，危及安全。因此，做好建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降的預(yù)防和處置具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降原因分析

建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降一方面是因地基土在建筑物荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形，而導(dǎo)致地基出現(xiàn)沉降；另一方面是由于建筑物荷載過(guò)大，超過(guò)了地基持力層自身所能承受的荷載范圍。主要原因有：

2.1 設(shè)計(jì)因素

建筑結(jié)構(gòu)在建設(shè)之前需要精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分計(jì)算，計(jì)算出它的地基承載能力，保證地基設(shè)計(jì)承載力滿足施工要求，如果建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)勘探資料不進(jìn)行認(rèn)真分析，在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有驗(yàn)算地基與基礎(chǔ)、建筑物的整體強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性。對(duì)地基承載力之內(nèi)的地基差異變形沒(méi)有做到精確的計(jì)算和分析，一旦地基基礎(chǔ)周?chē)欢▍^(qū)域內(nèi)的荷載與建筑荷載發(fā)生較大差異時(shí)，沒(méi)有有效地地基處置應(yīng)對(duì)措施，就容易產(chǎn)生建筑工程結(jié)構(gòu)不均勻沉降。

2.2 施工因素

在施工時(shí)，對(duì)地基處理不當(dāng)，或是地質(zhì)勘探不準(zhǔn)確時(shí)，如沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)暗洪、坑洞、墓穴等局部不良地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，后期施工時(shí)處理不當(dāng)很容易出現(xiàn)建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降。還有當(dāng)砌磚組磚不正，通縫過(guò)多，斷磚集中使用，以及拉結(jié)筋沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置等等，加之施工人員責(zé)任心不強(qiáng)，過(guò)分追求施工進(jìn)度，對(duì)施工建筑物周?chē)h(huán)境缺少充分的了解，造成處置不當(dāng)，在一段時(shí)間過(guò)后，建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)便會(huì)誘發(fā)不均勻沉降現(xiàn)象。

2.3 后期使用的原因

建筑物建成后長(zhǎng)期使用過(guò)程中的一些因素也會(huì)容易造成結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降，例如地下水管長(zhǎng)期、大量漏水；臨時(shí)性大量地面承載以及相鄰新建筑的出現(xiàn)等等都容易造成基礎(chǔ)沉降。

2.4 沉降計(jì)算參數(shù)選擇不合理

建筑物地基土不是一種勻質(zhì)的彈塑性材料，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)沉降量計(jì)算時(shí)，初始沉降依據(jù)彈性理論計(jì)算，固結(jié)沉降需要根據(jù)壓縮以及三軸實(shí)驗(yàn)確定，次固結(jié)構(gòu)沉降則需要根據(jù)蠕變實(shí)驗(yàn)確定參數(shù)，再采用分層總和法求解[1]。這時(shí)，如果確定的相應(yīng)參數(shù)不準(zhǔn)確或者是確定的參數(shù)計(jì)算與實(shí)際產(chǎn)生較大誤差時(shí)，就容易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降形象。

2.5 沉降觀測(cè)的因素

建筑物施工過(guò)程以及竣工后需要對(duì)結(jié)構(gòu)沉降觀測(cè)并作出詳細(xì)的記錄，但在實(shí)際中，有關(guān)人員對(duì)該項(xiàng)工作不重視，不定期觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置不合理以及儀器精度超差等原因造成對(duì)沉降不能做出科學(xué)的分析和判斷，帶來(lái)建筑工程沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確[2]。

3 建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降處理對(duì)策

3.1 確定沉降量

建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在長(zhǎng)期的荷載作用下便會(huì)產(chǎn)生一定的沉降，這時(shí)準(zhǔn)確預(yù)判地基沉降量為后期有針對(duì)性地采取措施提供依據(jù)。建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量是初始沉降、主固結(jié)沉降與次固結(jié)沉降三者的之和。通常情況下，初始沉降按彈性變形計(jì)算，隨著時(shí)間的推移，外荷載不變而地基中孔隙水不斷排除過(guò)程中發(fā)生的沉降量；次固結(jié)沉降量大多可以忽略，但在一些極軟的粘性土或深厚的高壓縮性土層中由于受到較小壓力增量比的作用，這時(shí)要給予次固結(jié)沉降量足夠重視。

3.2 處理原則

在處理建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降時(shí)，因遵守相應(yīng)原則：

（1）避免沉降持續(xù)發(fā)展原則。一些建筑（如高層建筑）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降量差異較大，如果沉降持續(xù)發(fā)展就容易損害建筑物的安全性和穩(wěn)定性，因此，首要原則是處理施工時(shí)不能加大沉降差。

（2）避免對(duì)地基做降水處理，建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地質(zhì)復(fù)雜多變，但盡量避免對(duì)地基做降水處理，以防止建筑物基礎(chǔ)進(jìn)一步下沉。

（3）避免增加新的基礎(chǔ)擾動(dòng)，即便是在后期出現(xiàn)下沉現(xiàn)象時(shí)，也應(yīng)盡量減少對(duì)已有建筑物地基添加新的擾動(dòng)。

3.3 建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降處理措施

解決建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降的途徑主要是：設(shè)法增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)能力；二是設(shè)法減少不均勻沉降或總沉降量[3]?？偟膩?lái)說(shuō)，主要是從以下四個(gè)方面做好處理工作。

（1）建筑措施。首先是建筑物的體型設(shè)計(jì)要做到力求簡(jiǎn)單。建筑物包含立面與平面形狀及尺度，如果形狀復(fù)雜，就會(huì)產(chǎn)生較大荷載差異，容易產(chǎn)生地基不均勻沉降。其次把建筑物的長(zhǎng)高比控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)。建筑物平面長(zhǎng)度與從基礎(chǔ)底面算起的高度之比便是建筑物長(zhǎng)高比，這一比之越小，建筑物的剛度就越好，對(duì)于出現(xiàn)地基不均勻沉降的調(diào)節(jié)效果也越好。若將建筑物的長(zhǎng)高比控制在2.5左右，再對(duì)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)采取一些加強(qiáng)剛度的措施，基本上可以控制不均勻沉降[4]。再次是設(shè)置沉降縫。建筑物沉降量難以避免，為了防止因地基沉降引發(fā)的建筑物破壞，可以考慮在建筑物平面的轉(zhuǎn)折部位以及建筑高度和荷載差異較大處設(shè)置沉降縫，以避免臨近單元發(fā)生傾斜擠壓。最后是調(diào)節(jié)一些設(shè)計(jì)標(biāo)高。因此，應(yīng)適當(dāng)提高室內(nèi)地坪和地下設(shè)施的標(biāo)高；給建筑物與設(shè)備間預(yù)留一定凈空。

（2）結(jié)構(gòu)措施。首先是減輕建筑物的自重。建筑物的自重直接影響到建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承受的荷載，因此，減少沉降有效的措施之一便是減輕建筑物的自重，選用一些輕質(zhì)建材，如多孔磚、

加氣磚等等。其次是減少或調(diào)節(jié)基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力，如在設(shè)置地下室，盡量使用已經(jīng)挖出的土重去對(duì)其他部分或是全部建筑物進(jìn)行補(bǔ)償；其次是加大基礎(chǔ)剛度。尤其是要加強(qiáng)軟地基以及不均勻地基的抗變形能力，如選擇使用剛度較大的筏形、交叉梁以及箱型基礎(chǔ)。再次是設(shè)置圈梁。設(shè)置圈梁能夠有效提升磚石承重墻房屋的整體性，對(duì)于墻體抗拉、抗剪等能力的提升具有積極意義，還可以有效防止墻體產(chǎn)生裂縫等等。最后是選用非敏感性結(jié)構(gòu)。實(shí)踐表明，相同情況下，不同的建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降具有不同的敏感性。例如，選擇排架結(jié)構(gòu)和三絞拱結(jié)構(gòu)能夠有效減少附加應(yīng)力的產(chǎn)生。此外，合理布置縱、橫墻，可以提升建筑物整體剛度，有效應(yīng)對(duì)地基不均勻沉降。

（3）施工措施。合理選擇施工方法，安排施工順序，可以減少建筑物因不均勻沉降而造成的危害。如選擇逆作法，可以將排土量降到最低，又能保證主體建筑物結(jié)構(gòu)重量的平衡；選擇應(yīng)力解除法，當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)不均勻沉降時(shí)，在沉降較小的一邊按照相應(yīng)的力度打一些斜孔，將局部的應(yīng)力予以解除，讓地基中的應(yīng)力充分分布，達(dá)到控制不均勻沉降效果；選擇后澆帶法，可以有效解決高層主樓與低層群房之間因差異沉降引發(fā)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。在具體的施工過(guò)程中，應(yīng)該堅(jiān)持做到：開(kāi)挖基坑時(shí)盡量減少對(duì)地基周?chē)瓲钔恋臄_動(dòng)；當(dāng)出現(xiàn)臨近建筑之間輕重懸殊時(shí)，應(yīng)該先建較重建筑物；在有樁基礎(chǔ)建筑的密集建筑群中，應(yīng)該先設(shè)樁；開(kāi)挖地基進(jìn)行降水時(shí)注意降低對(duì)周?chē)ㄖ挠绊憽?/p>

（4）防治措施。主要是從地基處理和加固基礎(chǔ)兩方面做好建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降的防治。首先是地基處理，一般采用樁基礎(chǔ)，不能將基礎(chǔ)支撐在較軟的土石層上，而應(yīng)將樁穿過(guò)較軟土層，支撐到較為堅(jiān)硬的土石層上，確保把建筑物的沉降差控制在合理的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。其次是加固基礎(chǔ)，對(duì)于基礎(chǔ)面積過(guò)小而容易發(fā)生大沉降時(shí)，應(yīng)采用加寬或者擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積的辦法，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)償加固。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降的發(fā)生是由多種因素導(dǎo)致的結(jié)果，既有設(shè)計(jì)的原因，也有施工不當(dāng)、計(jì)算不準(zhǔn)確、地基土質(zhì)較軟、上部結(jié)構(gòu)荷載不均勻等等因素的存在，這些因素的存在使得建筑物在不均勻沉降過(guò)程中，導(dǎo)致上部開(kāi)裂、變形甚至傾斜和倒塌等后果。因此，要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索新的解決方法，有效解決建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：吳忠誠(chéng)（1978-），男，本科，江西玉山人，講師，主要從事：土木工程方面研究。