房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降的成因及預(yù)控

譚敬輝

（中山市神灣鎮(zhèn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，廣東 中山 528400）

0 前言

對(duì)于房屋建筑來說，工程基礎(chǔ)非常重要，如果不能更好地處理樁基礎(chǔ)，很容易出現(xiàn)二次返工的現(xiàn)象。在房屋建筑施工建設(shè)過程中，根據(jù)房屋建筑工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，考慮房屋建筑工程項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)沉降情況，一旦樁基礎(chǔ)的沉降現(xiàn)象不在規(guī)定的范圍之內(nèi)，就會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)房屋建筑工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量。對(duì)此，相關(guān)施工人員應(yīng)該分析樁基礎(chǔ)沉降的原因，制定科學(xué)合理的預(yù)控對(duì)策，提高房屋建筑單位的經(jīng)濟(jì)效益。

1 房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降的相關(guān)概述分析

1.1 樁基礎(chǔ)的概念分析

什么是樁基礎(chǔ)？樁基礎(chǔ)是由基樁和連接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成，如果樁身在土中全部深埋，承臺(tái)底面和土體之間接觸，稱為低承臺(tái)樁基；如果樁身上部露出地面而承臺(tái)低位于地面以上，稱之為高承臺(tái)樁基。建筑樁基一般都是低承臺(tái)樁基礎(chǔ)，主要應(yīng)用于高鐵、道路橋梁、房屋建筑工程之中[1]。

1.2 房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降分析

房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降問題一般發(fā)生在軟土層，軟土層的自然濕度不能太大，密實(shí)度和硬度也比較低，土體很軟，在房屋建筑樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工建設(shè)過程中，土層內(nèi)部的小空隙很容易受到來自外界的壓強(qiáng)，導(dǎo)致發(fā)生位移和變形，使房屋建筑樁基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降的問題。除了在施工過程中存在的樁基礎(chǔ)沉降，在房屋建筑投入市場(chǎng)使用的過程中，樁基礎(chǔ)沉降問題也比較容易發(fā)生。因?yàn)榉课萁ㄖ痘A(chǔ)不同區(qū)域的承載力不同，因此出現(xiàn)的樁基礎(chǔ)沉降問題導(dǎo)致的結(jié)果也不同，輕則導(dǎo)致房屋建筑發(fā)生變形；嚴(yán)重導(dǎo)致人員死亡。

2 房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降的危害分析

在房屋建筑工程項(xiàng)目的施工建設(shè)過程中，樁基礎(chǔ)沉降問題一般都會(huì)發(fā)生軟土層之中，軟土層的土體自然濕度不超過液限，密實(shí)度偏低、硬度較小、土體較軟。在房屋建筑樁基礎(chǔ)施工時(shí)，土層內(nèi)部的空隙較小，容易到更大的壓力，導(dǎo)致土層變形、位移，使房屋建筑工程出現(xiàn)沉降的問題。房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降問題除了在施工建設(shè)之中存在，在日后的維修之中也會(huì)表現(xiàn)出一定的沉降。結(jié)合相關(guān)調(diào)查研究表明，房屋建筑在使用過程中的沉降量是總沉降的30%，房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降問題很容易影響房屋建筑的受力平衡，破壞房屋建筑的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，房屋建筑樁基礎(chǔ)在不同的施工區(qū)域，自身的承載能力不一樣，從而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻的沉降問題，在一定程度上促使房屋建筑出現(xiàn)變形、傾斜、裂縫等質(zhì)量問題，嚴(yán)重的情況下很容易出現(xiàn)房屋建筑坍塌的問題，進(jìn)一步造成施工人員的傷亡，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失慘重。

房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降有很多的危害，對(duì)于整個(gè)房屋建筑的施工進(jìn)度有嚴(yán)重的影響。如果房屋建筑的樁基礎(chǔ)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的不太合理，房屋建筑單位就不能更好地控制施工進(jìn)度，增加施工成本。為了追趕施工進(jìn)度，不少房屋建筑單位就會(huì)使用質(zhì)量不合格的建筑材料，進(jìn)一步導(dǎo)致房屋建筑工程的施工質(zhì)量較差，造成大量的施工安全事故頻發(fā)[2]。因此，房屋建筑樁基礎(chǔ)沉降問題會(huì)嚴(yán)重限制施工進(jìn)度，也會(huì)限制房屋建筑工程的發(fā)展。

3 房屋建筑工程中地基發(fā)生沉降的原因

3.1 樁基礎(chǔ)的問題

首先，選擇樁基礎(chǔ)的形式有問題。對(duì)于房屋建筑工程來說，如果持力層在地面上，那么地基就會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的問題，而且地基的土層的硬度也是不同的，有軟土、硬土，軟土和硬土二者之間硬度也是不一樣的，如果房屋建筑工程在軟土層建筑，就必須要處理好樁基礎(chǔ)問題，一旦處理方式不太合適，房屋建筑就會(huì)出現(xiàn)傾斜、倒塌的情況。

例如國外的比薩斜塔，比薩斜塔出現(xiàn)傾斜的原因就是樁基礎(chǔ)的硬土層和軟土層之間劃分太多，硬土層和軟土層之間得薄厚程度不同。

其次，樁基礎(chǔ)自身的穩(wěn)定性能不夠。一般情況之下，因?yàn)闃痘A(chǔ)有硬土和軟土之分，不同的土質(zhì)，本身的穩(wěn)定性也存在一定的差異。那么硬土和軟土在受到外界條件的影響時(shí)，例如凍土、黃土，很容易導(dǎo)致房屋建筑工程發(fā)生坍塌[3]。凍土的變化是因?yàn)闅鉁?、降水條件之間的差異，主要體現(xiàn)在：夏季，地基土融化；到冬天時(shí)，地基土就會(huì)發(fā)生凍結(jié)，從而變成硬土；因?yàn)榕蛎浲帘旧淼那咚芰芨?，如果缺少水分的話，體積就會(huì)急劇增大，吸水性能也會(huì)逐漸迅速膨脹。

例如在黃土地基應(yīng)用過程中，如果地基含水量比較合適，那么整體的強(qiáng)度就會(huì)上升，如果含水量增加的話，吸水性能會(huì)提高，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)的強(qiáng)度降低。一旦強(qiáng)度較低的話，很容易導(dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷，很容易影響房屋建筑工程自身的穩(wěn)定性。

3.2 上部結(jié)構(gòu)的問題

3.2.1 設(shè)計(jì)本身的問題

例如某一個(gè)建筑單位投資建設(shè)的房屋建筑工程，一個(gè)房屋建筑項(xiàng)目的樓層高度已經(jīng)達(dá)到了97m，有2 層地下室，本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以承重臺(tái)和筏板為主。房屋建筑工程的設(shè)計(jì)人員為了追求美觀，忽視了對(duì)結(jié)構(gòu)本身的承重力，使上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌問題，由于樁基礎(chǔ)的地基不太穩(wěn)定，因此出現(xiàn)不均勻的沉降問題。除此之外，因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)沒有符合實(shí)際建設(shè)情況，就會(huì)導(dǎo)致樁基礎(chǔ)出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌。

3.2.2 內(nèi)部包裝建設(shè)

房屋建筑工程在日后竣工時(shí)，會(huì)有業(yè)主人員驗(yàn)收入住，業(yè)主人員會(huì)按照自己的想法，從而對(duì)室內(nèi)進(jìn)行組裝，可能有一些組裝違背了最初施工建設(shè)原則，使上部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，重心有所偏移，導(dǎo)致地面產(chǎn)生沉降問題[4]。

3.2.3 施工順序的錯(cuò)誤

在房屋建筑工程施工過程中，對(duì)于樁基礎(chǔ)的施工建設(shè)是有一定的施工順序的，如果相關(guān)施工人員不知道施工順序，很容易造成項(xiàng)目本身的荷載能力存在一定的偏差，導(dǎo)致房屋建筑工程的樁基礎(chǔ)沉降不均勻。

例如在對(duì)裙房進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，施工順序錯(cuò)誤，先裙房后主體，導(dǎo)致裙房出現(xiàn)傾斜的問題。

4 工程案例分析

4.1 工程概況分析

例如在某個(gè)地區(qū)的房屋建筑工程項(xiàng)目，本身結(jié)構(gòu)是利用承重墻+承臺(tái)進(jìn)行組合的，樁基礎(chǔ)57 根，使整個(gè)建筑物高度已經(jīng)達(dá)到了97m，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察之后，發(fā)現(xiàn)樁基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降問題，雖然沒有發(fā)生不均勻的沉降，但是會(huì)看到整個(gè)建筑物明顯變矮，對(duì)此，施工人員可以結(jié)合建筑物本身的受力情況、使用的建筑材料、自身的穩(wěn)定性能等方面進(jìn)行分析，對(duì)于出現(xiàn)問題的樁基礎(chǔ)進(jìn)行修復(fù)。部分建筑物有樁基礎(chǔ)，但是可能這一片區(qū)域的土地是硬土層，如果使用預(yù)制樁，效果較差，因此施工人員采用螺旋鉆孔的形式進(jìn)行裝訂，完成施工建設(shè)之后，保證風(fēng)化效果24h 以上。

4.2 沉降情況分析

通過建筑單位對(duì)房屋建筑工程進(jìn)行沉降觀測(cè)，該建筑物的沉降觀測(cè)位置和旋轉(zhuǎn)軸始終處于一條直線，沉降速率和累積沉降量如圖1 和圖2 所示。觀測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示：在3 月17 日時(shí)，該建筑物的沉降觀測(cè)點(diǎn)17—1#、17—5#、17—6#、17—7#累計(jì)沉降量和其他觀測(cè)位置相比較，沉降量比較大，之后到了3 月30 日，該建筑物的平均沉降量是50mm，17—2#、17—3#、17—4#、17—5#、17—6#、17—8#、17—7#累計(jì)沉降速率全部都不小于0.04mm·d-1。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，如果最后在100d 的最大沉降速率在0.01mm·d-1～0.04mm·d-1，就可以說明該建筑物的樁基礎(chǔ)處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，工作人員就能判定這些觀測(cè)位置的沉降沒有進(jìn)行相應(yīng)變化，并且沉降速率沒有明顯的降低趨勢(shì)，足以見得，這個(gè)高層建筑物的樁基礎(chǔ)沉降問題比較嚴(yán)重，雖然沒有表現(xiàn)出不均勻的沉降問題，但是相關(guān)施工人員可以結(jié)合地質(zhì)資料、重心偏移情況、荷載承重力、沉降速率等，對(duì)此高層房屋建筑物進(jìn)行地基加固處理。

圖1 沉降速率

圖2 累計(jì)沉降量

4.3 沉降和不均勻沉降產(chǎn)生的原因分析

通過對(duì)上述房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、樁基礎(chǔ)檢測(cè)進(jìn)行全方位、多角度地調(diào)查可以了解到：在成此項(xiàng)房屋建筑工程項(xiàng)目發(fā)生沉降以及不均勻沉降的原因有以下幾個(gè)方面。

首先，因?yàn)樵摳邔咏ㄖ锏幕A(chǔ)是一樁一承臺(tái)+剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，由檢測(cè)單位對(duì)樁承載力和完整性進(jìn)行檢測(cè)分析，可以了解到在該高層建筑物的西北方向的樁基礎(chǔ)沒有穩(wěn)定的持力層，樁底含夾層的持力層發(fā)生變形，樁底沉渣普遍比較厚，端承樁實(shí)際上轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ翗?，?dǎo)致該高層建筑物本身的承載力不能滿足基本的建筑要求。

其次，結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告可以得出這樣的結(jié)論：因?yàn)樵摳邔咏ㄖ锏膲嚎s層厚度不太均勻，并且物理性質(zhì)差別較大，所以會(huì)導(dǎo)致原本該高層建筑物發(fā)生不均勻的沉降問題，在沉降較大一側(cè)的壓縮性土層厚度很大。與此同時(shí)，勘探還發(fā)現(xiàn)沉降較大的一側(cè)，也就是西北側(cè)和東北側(cè)存在明顯的溶隙、溶孔發(fā)育問題，局部位置溶孔較為明顯，樁端承載力不符合設(shè)計(jì)圖紙的施工要求。除此之外，因?yàn)椴糠謽冻休d力較低，所以樁基反力中心和上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心存在一定的偏移性。具有明顯的偏心效應(yīng)，在一定程度上就增加了建筑物的沉降問題和傾斜問題的發(fā)生概率。

最后，從整個(gè)房屋建筑工程項(xiàng)目的地質(zhì)資料來分析，該高層建筑物的壓縮層厚度范圍之內(nèi)都是一些土質(zhì)很差的中壓縮性土，而且壓縮性很厚。根據(jù)目前該高層建筑物的荷載能力來看，樁基底下層土的應(yīng)力水平已經(jīng)超過自身的允許承載能力，局部區(qū)域可能已經(jīng)發(fā)展成為塑性區(qū)域，因此，該高層建筑物發(fā)生沉降和不均勻沉降的速率較大，沉降不容易進(jìn)行收斂也是符合目前趨勢(shì)的。

4.4 糾傾加固設(shè)計(jì)

結(jié)合該高層建筑物發(fā)生的沉降問題和不均勻沉降問題，按照該高層建筑物結(jié)構(gòu)特征以及相應(yīng)的地質(zhì)條件，為了能夠縮減壓縮量，進(jìn)一步提高該高層建筑物樁基礎(chǔ)的整體剛度，以此來抵抗樁基礎(chǔ)沉降問題，從而提出“加固基礎(chǔ)剛度、樁基礎(chǔ)沉降調(diào)平”的糾傾加固設(shè)計(jì)，也就是將該高層建筑物獨(dú)立樁基礎(chǔ)改變成“筏板+樁基礎(chǔ)”的結(jié)構(gòu)形式，只有這樣，才可以提高該高層建筑物整體質(zhì)量和樁基礎(chǔ)的承載能力。并且通過靜壓樁使補(bǔ)樁之后的樁基礎(chǔ)反力中心和上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的中心重合。

結(jié)合房屋建筑工程項(xiàng)目的地質(zhì)勘查資料可以得出，取素填土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值是20kPa，次生紅黏土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值是63kPa，紅黏土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值是50kPa，根據(jù)公式Quki=u∑qsikLi+qpkAp對(duì)每個(gè)樁的單樁承載力特征值進(jìn)行計(jì)算，求得樁基總承載力是3012458kN。因?yàn)槟壳霸摳邔咏ㄖ镞€是處于持續(xù)沉降的狀態(tài)，所以，樁基礎(chǔ)的承載力取值應(yīng)該在該基礎(chǔ)上折減使用，樁基礎(chǔ)總承載力乘以0.8，從而得到241166kN，比高層建筑物的總體重量293000kN 還要小，所以，基樁豎向承載力不能滿足糾偏加固設(shè)計(jì)的基本要求。

與此同時(shí)，按照公式

最終求得原樁基的反力中心是（17896.3，10672.4），相比較上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心（15016.9，11863.5），明顯發(fā)生了偏移。在上述公式之中，Quki是第i根的單樁極限承載力，u是樁身周長，qsik是樁側(cè)第i層土的極限摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值，Li是第i層土的中樁身長度，qpk是極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，Ap是樁端面積，X、Y是反力中心在平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，Xi、Yi分別是第i根樁的坐標(biāo)值，n是基樁的數(shù)量。

4.5 解決方法

第一，在建筑物的里面安裝筏板。在開始施工之前，要對(duì)周圍地形、地勢(shì)、環(huán)境進(jìn)行全方位、多角度地考察，例如2 層的地下室，施工人員要將底板的表面進(jìn)行處理，保證表面的光滑度，在底板上設(shè)置1 個(gè)500mm×500mm間距的抗剪鋼筋，將400mm×400mm 間距的抗剪鋼筋穿過剪力墻之后，需要澆筑700mm厚度的混凝土，要注意一點(diǎn)的是，筏板和500mm×500mm 間距的抗剪鋼筋的接頭一定要進(jìn)行錯(cuò)位處理。

這一步驟完成之后，就到了支座，在支座位置，將筏板安裝上，并配備500mm×500mm間距的上部縱筋，以及跨徑為200mm～300mm的下部縱筋。這一步驟結(jié)束之后，在筏板位置的500mm×500mm 間距的上部縱筋和跨徑為200mm～300mm 的下部縱筋之間，使用12mm 螺紋鋼筋和抗剪植筋進(jìn)行固定，保證結(jié)筋的穩(wěn)定性。

第二，對(duì)外部筏板進(jìn)行延伸。因?yàn)榈叵率沂?層，所以，需要給地下室的筏板進(jìn)行適當(dāng)?shù)难由?，?40cm 距離為適中，留出靜壓樁的位置，在進(jìn)行延伸之后，筏板的厚度保證不低于130cm，同時(shí)筏板上的鋼筋網(wǎng)片不能少于3 層，進(jìn)一步保證樁基礎(chǔ)自身的穩(wěn)定性。

第三，加設(shè)錨桿靜壓樁。如果筏板的強(qiáng)度和設(shè)計(jì)圖紙要求的強(qiáng)度基本吻合，那么在壓樁器械的作用下，加設(shè)錨桿靜壓樁。在加設(shè)過程中，保證錨桿靜壓樁的壓力和長度控制在一定范圍內(nèi)。安裝靜壓樁之后，需要將錨桿靜壓樁和待壓孔軸線、施工靜壓樁和千斤頂處于同一水平線上，保證靜壓樁長度在2m 以上。之后，對(duì)錨桿靜壓樁進(jìn)行焊接、拼接，拼接完成之后，檢查錨桿靜壓樁的本身性能，如果沒有問題，就可以開始下一步施工。

第四，對(duì)建筑物本身樁基礎(chǔ)的傾斜速率和沉降速率進(jìn)行分析，如果錨桿靜壓樁的沉降較大，要對(duì)封裝鋼筋進(jìn)行交叉焊接，保證錨桿靜壓樁的穩(wěn)定性；如果錨桿靜壓樁沉降較小，不斷壓縮地基土，提高錨桿靜壓樁的荷載性能。最后加固靜壓樁，保證沉降慢慢趨于穩(wěn)定，那么在該過程中，提高了原本房屋建筑工程的地基穩(wěn)定性，也完美控制了錨桿靜壓樁，進(jìn)一步保證房屋建筑工程的樁基礎(chǔ)的施工規(guī)范合理。

最后，加固成果。這一房屋建筑工程時(shí)間——沉降量曲線如圖3 所示。

圖3 沉降量曲線圖

從圖3 的時(shí)間——沉降量曲線可以了解到：樁基礎(chǔ)沉降量得到了有效的控制。在對(duì)房屋建筑工程的樁基礎(chǔ)進(jìn)行封樁控制時(shí)，錨桿靜壓樁沉降較小，需要繼續(xù)沉降，直至得到最后沉降較大，基本上保持穩(wěn)定的狀態(tài)，那么這一階段的房屋建筑工程的樁基礎(chǔ)就會(huì)慢慢恢復(fù)到回傾階段，那么就說明房屋建筑工程的樁基礎(chǔ)沉降問題基本上已經(jīng)得到有效的控制。

5 結(jié)語

綜上所述，樁基礎(chǔ)是房屋建筑施工建設(shè)中最重要的環(huán)節(jié)，只有解決樁基礎(chǔ)的沉降問題，才能有效保證房屋建筑的施工安全。作為房屋建筑的施工人員，要認(rèn)識(shí)到樁基礎(chǔ)沉降的原因，針對(duì)其中存在的問題，要具體問題進(jìn)行具體分析，以此來提出相應(yīng)的解決措施、預(yù)控對(duì)策。在分析樁基礎(chǔ)沉降原因的過程中，施工人員應(yīng)該將現(xiàn)代化的信息技術(shù)有效的運(yùn)用到房屋建筑的施工建設(shè)之中，保證房屋建筑工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，促使房屋建筑工程項(xiàng)目能夠持續(xù)運(yùn)行。