地基土質(zhì)對(duì)建筑物產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)性不利影響淺析

白燕

天津市環(huán)亞建筑工程環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)有限公司 天津 300385

在建筑學(xué)中“將承受上部結(jié)構(gòu)荷載影響的那一部分土體，叫作地基?！痹诠こ痰刭|(zhì)學(xué)中對(duì)地基的定義為：“由于建筑物的興建，導(dǎo)致巖土中某一范圍內(nèi)原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化。這部分由建筑物荷載引起應(yīng)力變化的巖土體叫作地基?！被氐耐临|(zhì)情況對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)和施工影響很大，處理不當(dāng)，將出現(xiàn)各種問(wèn)題，給使用者造成不便。

1 項(xiàng)目建設(shè)和使用基本情況

本項(xiàng)目占地面積為49276平方米，總建筑面積為21232.54平方米，其中地上建筑面積為20801.5平方米，地下建筑面積為431.04平方米。由7個(gè)區(qū)域建筑組成，一、二、四區(qū)均為二層，五、六為二層建筑，七區(qū)為一下沉式體育館，三區(qū)大部分為三層，局部四層，餐廳在一層。各區(qū)建筑交接處均設(shè)置100毫米寬變形縫。一區(qū)至六區(qū)層高為：一層、二層均為3.90米，三區(qū)局部三層、四層均為3.90米，七區(qū)地下一層為5.4米，地上一層為3.90米，室內(nèi)外高差為0.45米。一層建筑主體檐口高度為4.35米、二層為8.25米、局部四層為16.05米。結(jié)構(gòu)形式為：除七區(qū)，即體育館，屋面采用鋼結(jié)構(gòu)焊接空心球網(wǎng)架、輕型復(fù)合彩鋼屋面板除外，其余均為鋼筋混凝土框架填充墻結(jié)構(gòu)。建筑使用年限為50年。非承重的外圍護(hù)墻采用200毫米厚的砂加氣混凝土砌塊，M5的混合砂漿砌筑。

項(xiàng)目于2010年8月正式開(kāi)始使用，前三年只使用了一、二、三區(qū)的部分房間。從2014年開(kāi)始使用的面積逐漸增加，至2016年使用了七個(gè)區(qū)域的絕大部分房間，仍有少部分房間尚未使用，或較少使用。在使用了6年后，通過(guò)結(jié)構(gòu)安全鑒定得知，本建筑的結(jié)構(gòu)不存在安全問(wèn)題。

圖1 項(xiàng)目總平面示意圖

2 項(xiàng)目所在地區(qū)的地質(zhì)情況

本項(xiàng)目所在地的土層分步為，第一層為素填土，厚度為0.7～1.7米，板頂標(biāo)高為-0.52～-0.33米，填墊時(shí)間不足十年，土質(zhì)不均勻，以黏性土為主，為可塑狀態(tài)；第二層為粉質(zhì)黏土，厚度為1～1.7米，板頂標(biāo)高為-1.87～-1.09米，土質(zhì)不均勻，屬中壓縮性土，承載力為90kPa；第三層為的第一部分為淤泥質(zhì)黏土，厚度為3.4～4.4米，板頂標(biāo)高為-3.17～-2.48米，土質(zhì)不均，流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土，承載力為70kPa；第三層的第二部分為粉質(zhì)黏土，厚度為6.5～8.2米，板頂標(biāo)高為-7.02～-6.11米，土質(zhì)不均，流塑狀態(tài)，屬中壓縮性土，承載力為90kPa。這種通過(guò)填墊土形成的建設(shè)用地，在沿海地區(qū)，比較普遍，通常與本項(xiàng)目相同，選擇樁基礎(chǔ)，以保障建筑本身的沉降不影響結(jié)構(gòu)安全[1]。

3 存在的問(wèn)題和原因分析

3.1 室外散水及臺(tái)階下沉、開(kāi)裂

（1）問(wèn)題產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀表現(xiàn)

據(jù)使用方介紹，室外散水和臺(tái)階下沉的現(xiàn)象從2011年就已發(fā)現(xiàn)，裂縫逐漸加大。2011年和2012年分別進(jìn)行過(guò)兩次整修，2012年將所有有問(wèn)題的臺(tái)階，都進(jìn)行重新修復(fù)。到2013年底散水下沉開(kāi)裂的最大處已有50毫米左右，目前最大處已經(jīng)達(dá)到100毫米，臺(tái)階兩側(cè)也破損嚴(yán)重（見(jiàn)圖2、3）。建筑主入口處的弧形臺(tái)階平面面積較大，在結(jié)構(gòu)柱外層，以花崗巖面磚為線，也出現(xiàn)最大30毫米的沉降。另一處雖然散水也發(fā)生沉降，但是并沒(méi)有和建筑主體的外墻面脫離，而是窗下的墻體部位與窗戶的下框開(kāi)裂，而且裂縫的寬度與散水下沉的裂縫相同（見(jiàn)圖4）。

圖2 臺(tái)階下沉的主要表現(xiàn)

圖3 散水下沉的主要表現(xiàn)

圖4 窗下墻下沉的表現(xiàn)

（2）室外散水和臺(tái)階下沉的原因分析

在設(shè)計(jì)圖紙中，對(duì)室外場(chǎng)地和建筑基礎(chǔ)以外回填土的工程做法沒(méi)有明確要求，對(duì)散水和臺(tái)階給出了營(yíng)造做法，為：面層為60厚C20混凝土隨打隨抹，墊層為100厚的C10混凝土，下面就是素土夯實(shí)了。臺(tái)階的做法為，在面層和結(jié)合層以下，為100厚的C15混凝土，300厚3：7灰土墊層，最下面是素土夯實(shí)。在竣工圖中給出了室外各類場(chǎng)地的營(yíng)造做法，其中綠地在1米厚種植土下面，為200毫米厚的石屑淋水層，0.2毫米的聚酯纖維無(wú)紡布，素土夯實(shí)；廣場(chǎng)磚下面為300厚3：7灰土，分兩步夯實(shí)，最后為素土夯實(shí)；草皮磚和瀝青路面的地基處理均為180厚的二灰碎，360厚12%灰土，分兩步夯實(shí)，360厚的5%戧灰。這種做法為普通地基的處理方法，處理的深度最大不超過(guò)1米，說(shuō)明大部分室外場(chǎng)地的持力層作用在第一土層上。該層土雖以黏性土為主，但為可塑狀態(tài)，在地質(zhì)勘查報(bào)告中并未給出承載力的數(shù)值，不適于作為持力層。

經(jīng)仔細(xì)勘察發(fā)現(xiàn)，建筑外立面與大面積室外場(chǎng)地相接的部分，下沉量相對(duì)均勻，最大可以達(dá)到100毫米，最小的也有60毫米，只有臺(tái)階的沉降相對(duì)較小，最大的也達(dá)50毫米（見(jiàn)圖5）。不論哪種室外地面，如路面、廣場(chǎng)磚、綠地、散水等均未發(fā)現(xiàn)明顯凹凸不平的地方。只有被建筑物圍合的室外部分沉降量較小，但也有10-20毫米。這說(shuō)明本項(xiàng)目散水、臺(tái)階、場(chǎng)地地面等下沉的主要原因?yàn)榈鼗恼w下沉。原因一是第三土層的第一部分為流塑狀態(tài)的土層，當(dāng)其承壓后，自身會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生一定的沉降。但隨著時(shí)間的推移，這種沉降將趨于穩(wěn)定；二是承載室外地面的第二和第一土層分別為粉質(zhì)黏土層和回填土，經(jīng)過(guò)雨水的多年沉積，土層也會(huì)逐漸沉實(shí)，而發(fā)生地面沉降。

圖5 室外臺(tái)階下沉的表現(xiàn)

（3）窗下墻體與窗戶下框開(kāi)裂的原因分析

中學(xué)部五區(qū)實(shí)驗(yàn)室弧形外窗處，共五個(gè)窗戶，在中間的一窗戶下，雖然散水也下沉了，但是散水并沒(méi)有和建筑主體的外墻面脫離，而是窗下的墻體部位與窗戶的下框開(kāi)裂，而且裂縫逐漸增大，大約在圓弧中央的位置，達(dá)到最大，約100毫米。從裂縫中能看到安裝窗戶時(shí)使用的錨栓和密封材料，都已暴露在外。經(jīng)在變形最大點(diǎn)和開(kāi)始產(chǎn)生變形兩處剔鑿后發(fā)現(xiàn)，此窗下墻體以窗框?yàn)榻绶譃閮蓚€(gè)部分，窗框以里為砌體結(jié)構(gòu)，以外為80毫米寬混凝土梁外包保溫材料。開(kāi)裂下沉的為窗框以外的部分。經(jīng)查，設(shè)計(jì)圖紙中只顯示窗下為混凝土梁。所以推測(cè)，由于該段為弧形，而混凝土梁一次性澆筑成弧形有一定困難，則在具體施工中采用的方法為，按照弧形走向分段澆筑，然后對(duì)內(nèi)用砌體結(jié)構(gòu)，對(duì)外用保溫材料和抹灰等方式完成最終的造型。而弧形的中間段梁最靠外，而安裝窗戶的人并不知道墻的具體構(gòu)造，每個(gè)窗戶的位置都應(yīng)相同，所以導(dǎo)致這一段的窗框正好安裝在了砌體結(jié)構(gòu)和混凝土梁的中間。安裝窗戶用的錨栓也正好有幾個(gè)打在這兩層結(jié)構(gòu)的中間部位，使這里成為比散水和外墻連接處更為薄弱。當(dāng)?shù)孛嬲w下沉?xí)r，這里便首先產(chǎn)生了裂縫。隨著地面下沉的增加，此裂縫也不斷加大。

3.2 墻面出現(xiàn)斜裂紋的原因分析。

據(jù)使用方介紹，該建筑在使用后一年，墻上就出現(xiàn)了裂紋，并開(kāi)始進(jìn)行維修。到目前雖仍有裂紋，但數(shù)量在減少。在現(xiàn)場(chǎng)勘察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，墻面上有斜向45℃的裂紋（見(jiàn)圖6、7），有豎向垂直地面的通體裂紋，有梁下局部裂紋等。

這其中的斜裂縫是由于沉降不均造成的。該建筑雖然選用了樁基，而且通過(guò)沉降觀測(cè)看，其建筑整體沉降值也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。但建筑中不同部位仍有沉降不均的現(xiàn)象，有的累計(jì)沉降值相差一倍多。所以當(dāng)框架柱之間產(chǎn)生了較小的不均勻沉降時(shí)，梁柱的變形會(huì)使墻體受到剪應(yīng)力，如果墻體的整體性很好，將導(dǎo)致墻體出現(xiàn)45℃的斜裂縫。但這些裂縫不影響結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，沉降趨于穩(wěn)定，裂縫就基本不再繼續(xù)發(fā)展。

圖6 內(nèi)隔墻上最嚴(yán)重的斜裂縫

圖7 內(nèi)隔墻上的斜裂縫

3.3 室內(nèi)雨水管排水不暢和漏水問(wèn)題的原因分析。

據(jù)使用方反應(yīng)，近兩三年發(fā)現(xiàn)，沿建筑圖中D軸附近設(shè)置的室內(nèi)雨水管，在一區(qū)、三區(qū)、五區(qū)的一層都有漏水現(xiàn)象，尤其當(dāng)下大雨時(shí)，雨水從立管下部連接處冒出來(lái)。陰濕了墻面，反復(fù)陰濕就導(dǎo)致墻表面的膩?zhàn)雍推崦撀?。另外，?011年左右，建筑物主入口一側(cè)的廁所也曾經(jīng)發(fā)生排水不暢問(wèn)題，多次疏通仍無(wú)效果。后經(jīng)開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，室外排水管道由于下沉被切斷造成堵塞。

由于室外地面沉降，土體壓縮雨水管變形使排水不暢。當(dāng)雨水量過(guò)大時(shí)不能及時(shí)排出，停留在立管中，從粘接薄弱的地方溢出。

4 預(yù)防措施

項(xiàng)目建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，每個(gè)建設(shè)項(xiàng)目，從立項(xiàng)開(kāi)始，到投入使用，要經(jīng)過(guò)項(xiàng)目論證、可行性研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)工準(zhǔn)備、施工、監(jiān)理、調(diào)試運(yùn)行等各個(gè)階段。前一階段的工作成果，是后一階段的工作依據(jù)，后一階段工作也是前一階段成果的深化和細(xì)化。在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告的內(nèi)容，針對(duì)不同的地質(zhì)情況，對(duì)各專業(yè)的構(gòu)造做法采取必要的預(yù)防措施。同時(shí)，還要針對(duì)這種措施的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的可行性進(jìn)行甄別和選擇。

針對(duì)這種情況，提出三種預(yù)防措施：

（1）將散水、臺(tái)階等與建筑物相連的部位，和外排的雨水和污水管道處，采用全部換填土至第二土層，并分步夯實(shí)，有必要的，還可以增加灰土和二灰碎的厚度。

（2）將臺(tái)階的結(jié)構(gòu)部分與建筑主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連接，也可減少臺(tái)階開(kāi)裂的問(wèn)題。

（3）將外墻外表面處理到散水以下一定位置，預(yù)留可能預(yù)見(jiàn)到的散水沉降的量。

遇到這種地質(zhì)情況時(shí)，需要設(shè)計(jì)單位加以重視，不僅結(jié)構(gòu)專業(yè)，其他專業(yè)也要采取相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施。在設(shè)計(jì)階段可以預(yù)見(jiàn)，并能采取相應(yīng)防范措施解決的問(wèn)題，比在施工中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再變更設(shè)計(jì)，甚至在使用過(guò)程中遇到問(wèn)題再維修，投入的精力和資金少，效率高。因此，希望進(jìn)一步關(guān)注地基土質(zhì)對(duì)建筑物產(chǎn)生的不利影響，注重設(shè)計(jì)階段的細(xì)節(jié)處理，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。