淺析施工降水不當對基礎沉降的影響及處理

王亞南

摘 要：在工業(yè)廠房中，常常存在主體結構柱下基礎與設備基礎相鄰較近，但是基礎形式不同、基礎深度不同的情況，此時需應該做好施工組織設計，注意施工順序的合理布置及有效的防護措施，減少后施工基礎對已施工部分的影響，保證工程的安全，減少隱患。本文對一個實際工程案例中出現(xiàn)的沉降不均勻問題進行分析，探討此類情況的處理。

關鍵詞：基礎；降水；沉降

中圖分類號：TU753.66 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0089-02

1 工程概況

本工程為新疆某鑄造項目，廠房用于鋁錠鑄造，為單層鋼結構廠房內(nèi)含部分鋼筋混凝土輔房（一層及部分二層），長144米，共兩跨，跨度分別為27m+15m，廠房柱距8m，每跨內(nèi)均設16噸+10噸A7工作制吊鉤橋式鑄造起重機。廠房鋼柱、鋼梁均為焊接H型鋼，廠房在適當位置設置抗風柱。鋼吊車梁采用焊接H型鋼（Q345B）。廠房內(nèi)按規(guī)范要求設置型鋼柱間支撐。廠房墻屋面的圍護采用熱鍍鋅檁條及雙層彩鋼板。本工程采用CFG樁進行地基處理，樁端持力層為第2層粉質(zhì)粘土層，處理后的復合地基承載力特征值≥200KPa，CFG樁采用長螺旋鉆孔施工工藝，廠房基礎在處理后的地基上采用柱下獨立基礎，基礎下在CFG樁頂設300mm厚級配砂石褥墊層（中砂：碎石=3：7，碎石粒徑10～30mm），基礎底面標高-2.700m。

廠房內(nèi)設有液壓式鑄造機、30噸保溫爐組設備、中頻爐設備、深床過濾設備、在線除氣設備、流槽加熱爐設備。

鑄造機基礎由傾翻地坑、主井、輔井（溢流井）三部分共同組成，設備平面尺寸4.32mx8.5m，主井內(nèi)井底設備靜載55噸，動載70噸。最大存水量115噸，主井底部設直徑710mm油缸。主井及輔井底標高-10.77m，油缸底標高-26.200m，為深基坑工程。

30噸保溫爐組設備中爐體主體平面尺寸5.9mx15.31m，基礎上設備及設備運行重約430噸，基礎底標高-3.200m。基礎持力層為CFG復合地基，地基承載力標準值fak=200Kpa。

依該項目的地質(zhì)勘察報告，本工程場地土層由上到下分布情況依次如下：雜填土①：厚度1.3～2.8m，灰色，以土為主，含少量礫石、垃極，上部可見植物根系，稍濕，稍密。粉質(zhì)粘土①：埋深1.3～2.8m，厚度5.0～7.0m，黃褐色為主，局部呈紅棕色，濕，軟塑～流塑，該層土干強度較高，搖震反應較慢，切口斷面略有光澤，韌性一般，局部為粉土。人工挖掘時該層土呈稀泥狀，土體略具流動性，人工挖掘困難。為中高壓縮性土。粉質(zhì)粘土②：埋深5.7～8.6m，最大揭露深度11.5m，黃褐色，濕，可塑～硬塑，該層土干強度較高，搖震反應較慢，切口斷面略有光澤，韌性一般，局部為粉土。本工程場地地下水地下水豐富，類型為潛水。水位在降水豐沛季節(jié)及綠地灌溉期間，可能有較大幅度的變化，變化幅度1.0～2.0m。抗浮設計水位為-0.8m。

2 施工現(xiàn)場問題及處理方案

該廠房在柱下基礎及上部主結構施工完成后開始進行設備基礎施工，且設備基礎與廠房柱下基礎相鄰較近，在鑄造機的施工過程中出現(xiàn)了因鑄造機施工引起周邊相鄰設備基礎及廠房基礎不均勻沉降的情況。經(jīng)對比原有施工圖紙與勘察報告，并分析現(xiàn)場施工記錄，發(fā)現(xiàn)鑄造機降水集中在4月29日到5月01日之間，4月30日則發(fā)現(xiàn)保溫爐基礎有塌陷情況出現(xiàn)，且沉降急劇發(fā)展。綜上因素并結合現(xiàn)場觀察，將沉降具體情況及產(chǎn)生原因分析及處理方案總結如下：

2.1 基礎變形沉降狀況描述

（1）由于不均勻沉降，基礎單側(cè)與地基脫開，邊柱3個，中柱2個，靠降水位置脫開最大幅度5～10cm，約基礎邊長的1/2～1/3。

（2）在梁頂部位觀察上部吊車梁，在沉降最大的中柱位置可明顯見到吊車梁端部下沉現(xiàn)象，但整體吊車梁未見扭曲，軌道基本平直。

（3）從屋面觀察，中柱沉降變形最大處，墻面檁條變形明顯，特別是靠近頂部位置。屋面上由于已形成完整的屋面體系，對變形有一定的協(xié)調(diào)作用，所以屋面梁節(jié)點未見連接螺栓因沉降變形導致的松脫現(xiàn)象，鋼結構連接板未發(fā)現(xiàn)脫開現(xiàn)象，焊縫表觀質(zhì)量完好，但屋面梁局部有扭曲。屋面彩板基本無損壞，但由于屋面梁的變形協(xié)調(diào)作用致使屋面通風器在沉降最大的柱位置出現(xiàn)反拱現(xiàn)象，接近屋面邊緣位置則相對較好，屋面女兒墻收口也因柱基下沉導致有扭曲現(xiàn)象發(fā)生。

（4）與廠房柱共基礎的輔房框架部分，發(fā)現(xiàn)有因沉降導致的裂縫，但裂縫寬度、長度發(fā)展均對正常用無重大影響。

（5）設備基礎在靠近降水區(qū)域發(fā)現(xiàn)最大48cm的沉降，最小沉降遠離降水區(qū)，達到14cm，沉降差為34cm，影響設備基礎的使用及設備安裝。但相鄰設備基礎由于沉降則出現(xiàn)中間沉降小兩端沉降大的馬鞍狀，表現(xiàn)為兩種不同的沉降形式，且廠房基礎脫開地面的位置也有背離降水區(qū)的情況和靠近降水區(qū)兩種相反的情況。設備基礎沉降變形如圖1。

（6）根據(jù)現(xiàn)場記錄，降水時間集中在3天，地下出水量大的位置主要在現(xiàn)有地面以下18m處，且較為集中，抽水過程中依次出現(xiàn)混水——稀泥情況。

本工程降水產(chǎn)生的沉降特性如下：

（1）基礎埋深越大，降水導致的沉降越小，隨埋深增加，抽水形成的水力坡度變緩導致作用于基礎底的滲透力減小，致使結構總沉降減小。

（2）距離降水點越遠，沉降越小，場地降水的水位降深越小，土體的有效應力變化越小；場地降水的水位降深越小，土體的有效應力變化越小，地下水力坡度線越緩，作用于基礎上的滲透力越小，沉降也越小。

現(xiàn)場降水過程中，由于土質(zhì)不均勻且含水量高，土中的松散顆粒被地下水飽和后，由于降水導致的水頭差、動水壓力將松散顆粒帶走，表現(xiàn)為渾水——泥漿過程，且由于降水速度過快過猛越來越嚴重。在等CFG樁下土體掏空至某一極限后，樁、土、設備基礎一起出現(xiàn)突發(fā)性的塌陷情況，對基礎開挖的沉井形成擠壓破壞。

是否對基礎下的CFG樁形成剪切破壞甚至錯位，需要經(jīng)過觀測和檢測來判定，如樁未破壞，則停止降水后，沉降會趨于穩(wěn)定，對基礎影響不大（檢測后發(fā)現(xiàn)CFG樁不存在破壞）。

2.2 事故原因分析

依據(jù)以上現(xiàn)場情況及施工記錄，對比地質(zhì)勘察報告并參考以前類似的降水產(chǎn)生沉降的工程事故，本工程產(chǎn)生過大沉降且不均勻的主要原因如下：

（1）根據(jù)地勘報告，地面以下的粉質(zhì)粘土持力層最大揭露厚度30m未鉆穿，但是16～18m處各勘探孔的密實度相差較大且分布極不均勻，中間夾有不同程度的軟弱土。地下土體不均勻，則各處出現(xiàn)滲流位置不同。

（2）地勘的初見水位2～3m，且本場地位于山脈的山腳且靠近水源地的水庫較近，地下水主要由鄰近的水庫補給，相對水位較高。

（3）本工程設備基礎、廠房基礎均采用CFG樁進行處理，樁長12～14m間，而降水深度>20m，在CFG樁的持力層以下，對CFG樁底部持力層產(chǎn)生影響，致使樁無法控制沉降。

（4）降水深度太大，且降水速度過快，致使周邊產(chǎn)生極大的水力坡度，地下水形成滲流導致管涌。

（5）急劇降水導致鄰近基礎和設備基礎乃至CFG樁地基的水浮力減小，地基土附加荷載增加，同時土中空隙被擠密使土產(chǎn)生固結從而造成下沉且周邊的地下水來不及補給，所以僅降水周邊小范圍出現(xiàn)劇烈沉降。

（6）降水措施不當，抽取地下水時帶走大量土顆粒，導致土體被掏空，形成塌陷。

（7）深度降水至水位到CFG樁底，由于水力坡度影響，形成以降水區(qū)域為中心的漏斗狀，與降水坡度線一致。

（8）急劇降水導致孔隙水壓力消散，土中的孔隙水由于降水影響，會發(fā)生轉(zhuǎn)移、消散，孔隙水壓力降低，有效應力增大，孔隙比減小；動水壓力隨降水形成的水力坡度變化而變化，相應的滲透壓力增大。

綜上，這些共同導致土體的固結沉降變形是不可逆的，在現(xiàn)階段由于降水固結沉降加速完成，使用設備預壓及地面回填荷載還會導致基礎的沉降，待這些工作大部分完成后，土體內(nèi)滲流應力趨于穩(wěn)定恢復階段，只要確認基底沒有大的空洞影響后期次固結沉降，后期的沉降量會較小且較為穩(wěn)定，不會對廠房及設備基礎的使用產(chǎn)生大的影響。

2.3 工程事故處理方案

本工程的處理方案如下：

（1）補勘確?；A下部無降水滲流產(chǎn)生的空洞。

（2）待固結沉降穩(wěn)定后進行廠房基礎底部脫開的處理。

（3）設備基礎區(qū)采用堆荷加速固結沉降的方式調(diào)平部分不均勻沉降，應與廠房地面回填盡早進行，預壓過程中應做詳細觀測記錄。

（4）設備基礎按原設計二次找平，但新舊混凝土的結合面需植筋加強連接，植筋C14@200（三級鋼）梅花狀布置，深度上下各200mm，面層鋼筋、埋件、留洞同原設計。因調(diào)平產(chǎn)生的內(nèi)部設備使用空間減小需經(jīng)由設備廠家確認對使用無影響，否則應進行鑿除。

（5）設備基礎沉降較大區(qū)域采用加大基礎底面的方式，分散基底應力，減小后期沉降。

（6）廠房柱基礎破開柱腳保護層混凝土，柱調(diào)平后焊死再包裹，施工時應注意吊車梁安全及柱本身的穩(wěn)定，加強各方向的支撐穩(wěn)固，同時注意觀測屋面構件的變形，調(diào)平過程應緩慢進行，多次調(diào)平到位。在施工方提供完整的調(diào)平方案并經(jīng)由設計單位認可后再進行施工。

3 結語

按以上方案處理完成后，設備基礎滿足安裝及使用需求。綜上，當相鄰基礎存在較大高差時，尤其是有深基坑存在的工程中，應該做好施工組織設計，注意控制降水速度并采用合理措施保證相鄰基礎的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)此類由于降水措施不當而影響已施工完成部分的情況出現(xiàn)。