某高層商住樓沉降原因檢測與分析

安 炳

(甘肅土木工程科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020)

某高層商住樓沉降原因檢測與分析

安 炳

(甘肅土木工程科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020)

通過對某高層商住樓的檢測，分析了造成建筑物不均勻沉降的主要原因，指出基礎(chǔ)后澆帶的設(shè)置位置和封閉時(shí)間、復(fù)合地基軟弱下臥層及上部受力不均是造成不均勻沉降不可忽視的重要因素。

檢測，沉降，后澆帶，地基

1 工程概況

某高層商住樓為地下1層、地上17層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，裙房為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，平板式筏形基礎(chǔ)，地基處理采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法)整片處理，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級(全部消除濕陷性)。建筑物地下室為庫房，層高為4.20 m，地上1層層高3.30 m，2層層高為3.30 m，3層層高為3.60 m，4層～17層層高均為2.80 m，建筑室內(nèi)外高差為0.30 m，建筑總高度為49.70 m。裙樓共3層，總長68.60 m，塔樓長27.80 m，寬20.60 m，總建筑面積為10 606.77 m2，其中地下建筑面積為875.01 m2，地上建筑面積9 731.76 m2。結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。商住樓于2012年9月進(jìn)行復(fù)合地基處理施工，2013年3月開始主體結(jié)構(gòu)施工，2013年9月主體結(jié)構(gòu)封頂。2014年年初，現(xiàn)場施工單位在進(jìn)行外墻裝修及電梯安裝施工過程中發(fā)現(xiàn)外墻及電梯井道存在傾斜變形現(xiàn)象，隨后對該建筑物做了進(jìn)一步變形觀測，觀測發(fā)現(xiàn)該建筑物結(jié)構(gòu)頂部四角出現(xiàn)明顯偏向西南方向的趨勢，且傾斜量較大，同時(shí)在樓內(nèi)發(fā)現(xiàn)底部裙樓框架梁上已出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

2 檢測目的

受該項(xiàng)目建設(shè)單位委托，在施工單位的現(xiàn)場配合下，我單位對該商住樓進(jìn)行了現(xiàn)場檢測及驗(yàn)算分析，觀測建筑物的傾斜程度，分析造成建筑物不均勻沉降的主要原因，并為后期的建筑物糾偏加固提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

3 地質(zhì)條件

3.1 場地地形地貌

該地地貌單元上劃分屬關(guān)川河西岸二級階地后緣，場地原為梯田地，東北低西南高，最大高差22.10 m。部分場地已整體土方開挖外運(yùn)整平呈斜坡狀，最大高差9.90 m，場地寬闊。勘察期間據(jù)對場地周圍踏勘調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)水洞、黃土碟形洼地、坍塌滑落痕跡，無已有建筑，植被稀疏。

3.2 場地地層巖性

③泥巖(N)：呈褐紅色，致密狀，主要成分為粘土礦物，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。1.5 m以上強(qiáng)風(fēng)化，礦物成分已顯著變化，巖芯呈破碎狀。1.5 m以下中等風(fēng)化，礦物成分部分發(fā)生變化，巖芯呈短柱狀。

建設(shè)現(xiàn)有場地上，筏板頂標(biāo)高均為1 913.00 m。南側(cè)主樓設(shè)2層地下室，室外地面標(biāo)高1 920.50 m，基礎(chǔ)頂面以上填土高度為7.50 m，東側(cè)及北側(cè)裙房均設(shè)1層地下室，室外地面標(biāo)高1 916.90 m，基礎(chǔ)頂面以上填土高度為3.90 m，建筑物兩側(cè)填土高度相差3.60 m。

4 地基基礎(chǔ)現(xiàn)場檢測

4.1 地基處理要求

根據(jù)建設(shè)單位提供資料，地基采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法)進(jìn)行整片處理，以消除地基土的濕陷性及提高地基承載力。DDC法整片處理地基有關(guān)要求如下：DDC樁采用成孔400 mm，工后550 mm，間距為800 mm的正三角形布置，深度20 m，要求其填料壓實(shí)系數(shù)不得小于0.97，樁間土經(jīng)擠密后的平均擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.95，最小擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.93。頂端做500 mm厚3∶7灰土墊層夯實(shí)。

4.2 地基檢測

在樓的周邊分別開挖5個(gè)探井進(jìn)行樁體土和樁間土的檢測，探井開挖深度自筏板墊層底向下20.0 m，試驗(yàn)土樣自3∶7灰土墊層底起，向下每1.0 m取土樣做土工試驗(yàn)，并做6組樁體土擊實(shí)試驗(yàn)和樁間土擊實(shí)試驗(yàn)，分別換算出平均壓實(shí)系數(shù)和平均擠密系數(shù)，同時(shí)測定處理深度內(nèi)樁間土的壓縮性和濕陷性。經(jīng)開挖取樣，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，各個(gè)探井的壓實(shí)系數(shù)均在0.93～0.99之間，含水率在13.4%～29.2%，濕陷系數(shù)最大0.012，結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測得基礎(chǔ)施工符合要求。

4.3 基礎(chǔ)檢測

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)主樓與裙房筏板基礎(chǔ)相連，主樓與裙房間僅在東側(cè)交界處設(shè)置一道800 mm寬沉降后澆帶。由施工方提供的封閉時(shí)間來看，關(guān)于后澆帶的封閉時(shí)間都在6個(gè)月以上。但實(shí)際合理的布置，不單單是在主群樓交界的東側(cè)設(shè)置，還應(yīng)在交界處的北側(cè)設(shè)置另一條后澆帶。

5 地基基礎(chǔ)驗(yàn)算分析

5.1 地基變形計(jì)算

5.1.1 復(fù)合地基處理調(diào)查

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，1號(hào)樓場地地下水位標(biāo)高為1 888.00 m。根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場檢測結(jié)果，±0.000 m標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高1 917.20 m，筏板頂標(biāo)高1 913.00 m，筏板厚度1 000 mm，筏板底標(biāo)高1 912.00 m，筏板墊層底標(biāo)高1 911.80 m，復(fù)合地基處理厚度20.00 m，復(fù)合地基層底標(biāo)高1 891.80 m，角礫層頂面標(biāo)高(平均值)1 873.70 m。由此可計(jì)算得，復(fù)合地基層底距地下水位3.80 m，復(fù)合地基層底距角礫層頂面18.10 m。

5.1.2 軟弱下臥層

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，探井TJ2土工試驗(yàn)揭示：孔深28.50 m處(孔口標(biāo)高1 919.50 m，取樣標(biāo)高為1 891.00 m)土樣含水量達(dá)到30.9%，壓縮模量Es=4.8 MPa，已達(dá)飽和狀態(tài)，該位置距離復(fù)合地基層底0.8 m，已屬毛細(xì)飽和帶。

根據(jù)上述結(jié)果，復(fù)合地基層底土已屬飽和狀態(tài)，屬軟弱下臥層。復(fù)合地基層底距角礫層頂面18.10 m，因此，地基變形計(jì)算時(shí)軟弱下臥層厚度取18.10 m，下臥層壓縮模量取Es=4.0 MPa。

5.1.3 地基變形計(jì)算深度

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第5.3.7條：地基變形計(jì)算深度zn應(yīng)符合下式的規(guī)定。當(dāng)計(jì)算深度下部仍有較軟土層時(shí)，應(yīng)繼續(xù)計(jì)算。

因復(fù)合地基處理層以下天然土層含水量較高，屬較軟土層，因此，地基變形計(jì)算深度應(yīng)計(jì)算至角礫層頂面，計(jì)算深度為基底以下38.10m，其中，復(fù)合地基厚度為20.0m，軟弱下臥層厚度為18.10m。

5.1.4 復(fù)合地基壓縮模量

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)JGJ79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范第7.1.1條：復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ξ倍，ξ值可按下式確定：

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；fak為基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值，kPa。

依據(jù)本工程孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法)處理地基施工質(zhì)量檢測報(bào)告，復(fù)合地基承載力特征值fak=280kPa；依據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值fak=100kPa，壓縮模量Es=7MPa，因此，可計(jì)算得復(fù)合地基壓縮模量為Es=19.6MPa。

5.1.5 地基變形計(jì)算

1)地基土分層。

根據(jù)復(fù)合地基現(xiàn)狀，地基變形計(jì)算時(shí)將地基土共劃分為3層，基底以下計(jì)算深度為38.10m。a.基底以上填土層，層厚5.40m，壓縮模量Es=7MPa，容重平均值γ=15.4kN/m3；b.基底以下擠密樁復(fù)合地基處理層，層厚20.0m，復(fù)合壓縮模量Es=19.6MPa，容重平均值γ=19.5kN/m3；c.復(fù)合地基以下軟弱下臥層，層厚18.1m，壓縮模量Es=4.0MPa，容重平均值γ=17.4kN/m3。

2)地基變形計(jì)算。

采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM軟件JCCAD中筏板有限元計(jì)算程序按分層總和法計(jì)算筏板基礎(chǔ)沉降變形。經(jīng)計(jì)算，在標(biāo)準(zhǔn)恒載(1.0恒)作用下，筏板計(jì)算最大沉降變形量224mm，其中，復(fù)合地基層計(jì)算最大沉降變形量為30mm，軟弱下臥層計(jì)算最大沉降變形量為194mm。由計(jì)算結(jié)果分析可知，地基變形主要發(fā)生在復(fù)合地基以下的軟弱下臥層。

經(jīng)計(jì)算，在標(biāo)準(zhǔn)恒載(1.0恒)作用下，筏板計(jì)算最大沉降變形量224mm，最大沉降位于筏板主樓一側(cè)的西南角，筏板最小沉降變形量85mm，最小沉降位于筏板最北端。經(jīng)分析，筏板最北端與西南角計(jì)算沉降差達(dá)139mm，筏板計(jì)算傾斜量達(dá)0.004，傾斜方向由北側(cè)偏向西南側(cè)方向，與現(xiàn)場已測得的結(jié)構(gòu)整體傾斜方向一致。

5.2 筏板驗(yàn)算

5.2.1 筏板反力驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下地基最大反力278kPa，小于處理后的復(fù)合地基承載力特征值為280kPa，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2.2 筏板抗沖切驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，框架柱、剪力墻對筏板抗沖切驗(yàn)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

5.2.3 筏板偏心驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下，筏板偏心驗(yàn)算e/(0.1w/A)=9.03，大于GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的1.0的限值，筏板偏心驗(yàn)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求。

5.2.4 筏板配筋驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，筏板實(shí)際配筋滿足計(jì)算要求。

6 沉降原因分析

1)后澆帶設(shè)置對基礎(chǔ)沉降的影響。后澆帶是目前解決主群樓差異沉降常用的辦法，封閉時(shí)間以及澆筑前期的理論計(jì)算是不可少，當(dāng)計(jì)算所得的主群樓相鄰跨沉降差小于1‰時(shí)，才可封閉[1]。應(yīng)用相關(guān)軟件，對該樓的實(shí)際后澆帶設(shè)置位置進(jìn)行計(jì)算，主樓范圍內(nèi)筏板沉降量在150mm～240mm之間，北側(cè)裙房范圍內(nèi)筏板沉降量在85mm～160mm之間，相比之下筏板計(jì)算傾斜量達(dá)4‰。而在上面的偏心計(jì)算中，偏心高達(dá)e/(0.1w/A)=9.03，筏板偏心距明顯過大，在上部荷載作用下筏板重心明顯偏離裙房，而偏向主樓一側(cè)，而北側(cè)裙房與主樓間未設(shè)置后澆帶，導(dǎo)致北側(cè)裙房筏板與主樓筏板之間產(chǎn)生較大的差異沉降無法消除，引起整個(gè)筏板基礎(chǔ)整體傾斜，而上部結(jié)構(gòu)隨之出現(xiàn)整體傾斜。因此后澆帶的設(shè)置，對沉降造成了不可忽視的影響。

2)軟弱下臥層對基礎(chǔ)沉降的影響。在對基礎(chǔ)進(jìn)行檢測過程中，發(fā)現(xiàn)在探井的底部20m以下，出現(xiàn)了含水率30.9%，已達(dá)飽和狀態(tài)18.1m的軟弱下臥層。通過計(jì)算，基礎(chǔ)計(jì)算最大沉降變形量224mm，其中，復(fù)合地基層計(jì)算最大沉降變形量為30mm，軟弱下臥層計(jì)算最大沉降變形量為194mm。由計(jì)算結(jié)果分析可知，地基變形主要發(fā)生在復(fù)合地基以下的軟弱下臥層。

3)復(fù)合地基含水量對基礎(chǔ)沉降的影響。a.地基土含水量分析對比。根據(jù)1號(hào)樓地基檢測土工試驗(yàn)結(jié)果，樁體土含水量在10.3%～29.2%之間，平均為16.8%，樁間土含水量在7.9%～23.5%之間，平均為14.7%，本次檢測樁體及樁間部分土樣含水量高于地基施工質(zhì)量檢測報(bào)告中樁體及樁間土最大含水量。b.地基土含水量對沉降的影響。經(jīng)分析，主樓南側(cè)探井樁體土及樁間土含水量偏高，南側(cè)1號(hào)探井樁體土最大含水量22.1%，樁間土最大含水量23.1%，南側(cè)2號(hào)探井樁體土最大含水量29.2%，樁間土最大含水量23.5%。根據(jù)主樓南側(cè)1號(hào)、2號(hào)探井土樣揭示，主樓南側(cè)復(fù)合地基局部范圍含水量偏高，導(dǎo)致復(fù)合地基承載力下降，壓縮模量減小，地基變形增大，而筏板范圍內(nèi)地基變形不均勻易引起筏板基礎(chǔ)向地基變形較大一側(cè)出現(xiàn)傾斜。

4)主樓與裙房基礎(chǔ)覆土高度不同對基礎(chǔ)沉降的影響。依據(jù)原設(shè)計(jì)及現(xiàn)狀，主樓與裙房基礎(chǔ)相連，均為1 000mm厚筏板基礎(chǔ)，筏板頂標(biāo)高均為1 913.00m。南側(cè)主樓設(shè)2層地下室，室外地面標(biāo)高1 920.50m，基礎(chǔ)以上填土高度為7.50m，東側(cè)及北側(cè)裙房均設(shè)1層地下室，室外地面標(biāo)高1 916.90m，基礎(chǔ)以上填土高度為3.90m，建筑物兩側(cè)填土高度相差3.60m，使整個(gè)筏板偏向主樓一側(cè)的填土自重應(yīng)力相對較大，主樓筏板邊緣上填土荷載作用較大，地基變形相對較大，而北側(cè)、東側(cè)裙房填土的自重應(yīng)力相對較小，裙房筏板邊緣上填土荷載作用相對較小，地基變形相對較小。因此，主樓與裙房基礎(chǔ)覆土高度不同、筏板邊緣覆土不均勻使地基基礎(chǔ)不均勻沉降加劇，導(dǎo)致筏板傾斜加劇。

在工程實(shí)踐中，同樣的地質(zhì)層情況，作用在地基上的荷載差異性很大時(shí)，其下部地基的沉降速度和時(shí)間上也是不同的，結(jié)合土力學(xué)基本理論，固結(jié)沉降時(shí)間和上部作用的力是息息相關(guān)的，但從結(jié)構(gòu)上分析，在不同的力的作用下，封閉處由于后期的沉降量不同步，也會(huì)造成封閉帶筏板的應(yīng)力集中，對于有軟弱層的不均勻沉降就更為突出，最終致使上部結(jié)構(gòu)傾斜。

7 結(jié)語

1)本工程檢測分析結(jié)論及處理建議。

根據(jù)對該建筑物的現(xiàn)場檢測及理論分析，對本工程的檢測分析結(jié)論及處理建議歸納如下：

a.基礎(chǔ)后澆帶設(shè)置不當(dāng)、基礎(chǔ)下存在軟弱下臥層、復(fù)合地基含水量過大、主樓與裙房基礎(chǔ)覆土高度不同是造成基礎(chǔ)產(chǎn)生顯著不均勻沉降的主要原因。b.建議對地基軟弱下臥層采取措施進(jìn)行加固處理。c.建議在結(jié)構(gòu)沉降趨于穩(wěn)定之后及時(shí)地進(jìn)行糾偏處理。d.建議在結(jié)構(gòu)上設(shè)置永久性沉降觀測點(diǎn)和水平位移觀測點(diǎn)，并制定變形觀測方案，定期進(jìn)行沉降觀測和水平位移觀測，直至變形穩(wěn)定。

2)針對同類工程的實(shí)踐意義。

通過對本工程的檢測與分析，有助于結(jié)構(gòu)及巖土工程師在工程前期勘察、設(shè)計(jì)及后期施工過程中對可能出現(xiàn)的此類問題引起足夠的重視，對于同類工程，具有實(shí)際工程實(shí)踐意義。

[1] 邸道懷.沉降后澆帶封閉時(shí)間初探及工程實(shí)例[J].建筑科學(xué)，2012(28)：295-297.

[2] 張炳乾，李戰(zhàn)勝.基于實(shí)測數(shù)據(jù)的沉降預(yù)測方法綜述[J].山西建筑，2014，40(22)：48-49.

[3]JGJ79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB/T50783—2012，復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范[S].

Settlement of a building detection and analysis

An Bing

(GansuInstituteofCivilEngineering,Lanzhou730020，China)

The whole detection of a commercial building, and analyze the reasons that cause uneven settlement, after which the pouring position with the set-up and closing time, the differences of the lower and upper force of composite ground that the factors cause the uneven settlement can not be ignored.

detection, settlement, back strip, ground

2015-01-26

安 炳(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)10-0072-03

TU433

A