建筑工程結構基礎沉降原因與處理措施探討

吳震

【摘要】認真分析和總結建筑結構基礎沉降的原因，并采取針對性的措施切實加強對其的防治，才能更好的確保建筑工程的質量。基于此，文章介紹一巖溶區(qū)多數(shù)樁基發(fā)生沉降的8層底框磚混結構房屋處理的實例。

【關鍵詞】建筑工程 基礎沉降 處理措施

建筑工程結構基礎沉降的原因有多種因素在發(fā)生作用，比如地基土質比較軟弱或者是上部的結構載荷不夠均勻等等，都會在一定程度上造成建筑工程結構基礎沉降不均勻，這樣就會使得建筑上部結構出現(xiàn)開裂或者是變形乃至是傾斜、破壞等多種不良的后果。

一、建筑工程結構基礎沉降帶來的危害

在建筑工程項目工程中，沉降雖然是一種不可避免的現(xiàn)象，但是沉降可以通過某些措施達到降低和消除的目的。因而在對其成因進行分析之前，必須對其帶來的危害有一個全面的認識。地基的沉降，不僅會導致建筑物傾斜，還會因為地基的沉降大于建筑物所能承受的極限時，導致建筑的墻體或樓面開裂，嚴重時還會導致整個建筑物傾斜，進而對建筑功能的使用帶來影響，最終影響人的生命財產(chǎn)安全。而這些就是建筑結構基礎沉降帶來的危害。

二、實例分析

1.工程概況。該工程發(fā)生沉降的樓房占地面積588.6㎡，為層框架磚混結構。主體完成第8層樓面，發(fā)現(xiàn)托梁出現(xiàn)裂縫，托梁下墻體出現(xiàn)斜裂縫。建設方隨即對該樓房進行沉降觀測，發(fā)現(xiàn)各層樓面均發(fā)生由北向南傾斜，兩端高差約50 mm，建筑物整體向南傾斜約6cm左右。沉降現(xiàn)象發(fā)生后，施工和設計單位認定原因為基樁下溶洞頂板發(fā)生塌陷，并立即組織對發(fā)生最大沉降樁附近增加挖孔樁，以卸除該樁荷載。

2.沉降原因分析。判明該樓房基礎沉降的原因，是對問題進行正確處理的關鍵。按一般做法，對樁基進行鉆探即可查明基礎不均沉降的原因。但是該建筑上部結構已經(jīng)施工，無法進行鉆探工作，導致事故原因只能通過對施工、檢測、事故現(xiàn)象的了解進行推測。

（1）工程地質條件。根據(jù)補勘報告，場地地層分布自上而下為：第一屬新填土。層厚6.6-7.2 m。根據(jù)原位測試及室內(nèi)試驗結果，土體具高壓縮性，土質不均勻，欠固結，故不提供承載力特征值。第二基巖：本場地下伏基巖西端為石灰?guī)r，東端為泥質灰?guī)r。石灰?guī)r飽和單軸抗壓強度標準值53.2MPa，泥質灰?guī)r強度標準值12.9MPa。根據(jù)已經(jīng)掌握的工程情況該場地雖是巖溶區(qū)，巖溶頂板塌陷不可能會產(chǎn)生這么大范圍的沉降。

（2）樁基施工方法與質量因素分析。經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)，基樁沉降具有突發(fā)性，樁基明顯沉降是在8層施工后發(fā)生的，說明樁基下沉是由于8層荷載施加后，基樁所受外荷超過其極限承載力所致。其次是施工降水會導致樁基繼續(xù)沉降。挖孔樁實施降水同時沉降加劇，從該現(xiàn)象看，雖然這些樁是嵌巖樁，但是其受負摩阻力而下沉的特點，說明這些樁呈現(xiàn)較明顯的摩擦樁特性。因此，該建筑樁基發(fā)生大量基樁沉降的原因極有可能是基樁樁端混凝土質量差所致。

3.工程難點及處理方法

（1）工程難點與處理方案分析。根據(jù)以上分析，基樁樁端混凝土質量差可能是該建筑發(fā)生大量基樁不均勻沉降的主要原因。因此，事故處理的重點應該是加固原有基樁或提高基礎承載力，使其能承受設計荷載。與一般建筑基礎事故相比，該建筑處理有以下幾個特點需要考慮。第一建筑不能再容許任何沉降發(fā)生。各樁沉降量差異大，有些樁沉降達到10cm，但也有相鄰基樁的沉降幾乎為0，沉降為0的基礎表現(xiàn)出嵌巖端承樁的特征。這種沉降差異可導致上部結構出現(xiàn)了嚴重變形和裂縫，如果建筑還要下沉，而沉降為0的基樁仍不沉降，建筑的上部結構情況會進一步惡化，而且有可能誘發(fā)嚴重事故。第二地基可能難以承受大的擾動。由于部分基樁沉降達到100mm，表現(xiàn)出較強的摩擦樁特征，而且其承載力已達極限。因此，加固方案應盡量避免對地基產(chǎn)生新的擾動，導致基礎承載力下降。第三基巖上覆蓋層很薄。加固方案必須考慮基巖埋深不大的特點，因此一般的預制樁托換，由于樁端不能嵌巖而無法采用。根據(jù)以上分析，最后選定鋼管樁進行加固。在一根基樁附近施工3—4根鋼管樁，用承臺將鋼管樁聯(lián)系起來，在承臺上增加新柱向上與托梁相連分擔原柱的荷載。與其他地基基礎加固相比，鋼管樁施工設備高度可滿足要求，施工不需降水，樁端可嵌巖，因此是可行的方案。其缺點是加固成本相對偏高。

（2）鋼管樁處理方法。根據(jù)對當?shù)劁摴軜妒┕つ芰φ{查，決定采用直徑159mm鋼管樁，鋼管壁厚5mm，采用鉆機成孔，套管護壁，鉆孔直徑為200mm，進入基巖時改用直徑為168mm的鉆頭成孔，嵌巖深度不小1000mm。其設計按樁身材料計算得到鋼管樁單樁豎向承載力設計值為485.16kN；按地基條件計算可得石灰?guī)r區(qū)域鋼管樁單樁豎向承載力設計值697kN；泥質灰?guī)r區(qū)域鋼管樁單樁豎向承載力設計值為172kN。因為當?shù)剡€沒有在泥質灰?guī)r上實施鋼管樁的經(jīng)驗，因此還需要通過檢測驗證設計成果，這對在上部結構已經(jīng)施工的建筑內(nèi)的樁基而言也是一個難點。由于施工空間有限而且還要做承臺，所以鋼管頂?shù)脑O計標高在地面以下1.0m左右的地方。因此將整個鋼管樁分為三節(jié)，最下面的一節(jié)長約4.2 m，中間一節(jié)長約3.0m，最上面的一節(jié)長約1.6m。在距樁底0.6m左右設置兩個直徑約20mm的漏漿孔，如果漏漿孔太多，會在漏漿孔處出現(xiàn)較多的應力集中現(xiàn)象，從而影響樁的承載力。這樣不僅可以適當使鋼管樁與巖壁之間形成水泥漿固體，既包裹了鋼管防止鋼管銹蝕及則增強鋼管與孔壁之間粘結力，提高樁的承載力。所以灌漿孔上部4m不開孔，4m以下部分沿豎向每隔250mm鉆兩個直徑10mm，鉆孔交錯布置。

（3）上部結構處理方法。對于2層磚皮被壓碎的山墻，采取將壓碎山墻逐段切除，采用C30混凝土澆筑托換的方法處理。對于1層端部開裂和產(chǎn)生了斜裂縫的托粱。通過新增柱將托梁兩端抬起的方式即可得到處理。對于存在的裂縫，分以下幾種情況進行：對于寬度小于0.2mm的微細裂縫，采用在混凝土表面涂刷防水涂膜以封閉微細裂縫的方法修補，防止混凝土保護層的碳化和有害離子對混凝土的腐蝕；對于底框梁側寬度為2.3mm的混凝土裂縫。采用低壓注漿法修補，再沿裂縫粘貼長600mm、寬250mm的碳纖維布予以補強；對于梁底出現(xiàn)的貫通裂縫，采用在梁側、底粘貼碳纖維補強的方式處理。

4.施工效果及其驗證。試驗表明，對于泥質灰?guī)r上的鋼管樁加載達到260kN時，托梁仍處于彈性狀態(tài)，而載荷試驗已經(jīng)達到了1.5倍鋼管樁豎向承載力設計值，這表明碳質灰?guī)r區(qū)的鋼管樁承載力可達到設計要求。因此本工程處理的鋼管樁設計是合理的。新增柱的內(nèi)力監(jiān)測表明，繼續(xù)施工的上部結構的荷載主要施加在沒有沉降的原柱和采用鋼管樁作基礎的新增柱上，這與預期目的也是相符的。

目前，隨著建筑工程結構基礎沉降現(xiàn)象大量出現(xiàn)，人們對建筑工程基礎沉降的原因進行了研究。建筑工程中需要采取必要的技術措施，避免或減輕基礎沉降的危害，這也是建筑工程界一個重要的課題。廣大建筑工程人員必須詳細了解建筑工程結構基礎沉降的成因，并根據(jù)具體的工程狀況采取相應的經(jīng)濟合理的控制措施，來降低基礎沉降從而提高建筑物的結構安全。

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