某房建項目地基沉降因素及加固方案探討

譚亞偉（湖北省工業(yè)建筑集團有限公司，湖北 武漢 430073）

近年來，隨著我國城市化進程的加快，建設用地愈加緊張，人們開始通過人工造地的方式來解決建設用地不足的現(xiàn)狀，盡管在一定程度上緩解了建設用地緊張的情況，但隨之也出現(xiàn)了一系列問題，比如濕陷性黃土變形，因沉積物堆積時間、環(huán)境條件以及回填土成分等各方面存在顯著不同，造成地基填土的性質極不穩(wěn)定[1-4]。在水分滲透或土體遭受擾動的狀況下，填土土體便會在一定程度上產生濕陷性變形，進而造成地基產生不均勻沉降。鑒于此，文章針對濕陷性黃土地區(qū)的地基挖填進行了全方位探討，并結合實際工程案例，制定出了切實可行的地基加固處理措施。

1 工程概況

某房建工程于2012年建成并交付使用，基礎形式為條形基礎，主體結構為框架結構，共有10棟單體建筑，地下1層，地上8層～22層不等。2019年5月4號，在住宅樓第2單元西側外墻發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫沿墻體縱向發(fā)展，縫寬5mm左右。進一步對該住宅樓樓面及周邊區(qū)域勘查發(fā)現(xiàn)，西南側區(qū)域房屋散水部位距離墻根1m左右存在局部沉陷，其南側區(qū)域部分地面產生了較為嚴重的下沉，技術人員在2019年5月8日對該住宅樓及周邊區(qū)域開展沉降觀測。

2 地質環(huán)境條件

2.1 地形地貌

勘查數(shù)據(jù)顯示，該工程項目整體地勢呈現(xiàn)西北高、東南低。該區(qū)域原始土層為黃土地層，東南及中心部位為沖溝；北部和南部區(qū)域為山地，通過人工造地的方式對該區(qū)域進行土方填挖使其形成緩坡地帶。該項目7單元樓南部位置為填方厚度較小部位，而北部大部分范圍則為填方厚度較大區(qū)域。

2.2 地層巖性

（1）中風化砂巖層：主要包括長石、石英、紅棕色礦物、石膏等成分，厚度范圍為1.46m～9.81m，稱為超大厚度區(qū)域；

（2）高風化砂巖層：主要包含長石、石英、紅棕色礦物、石膏等成分，層次清晰，其厚度在1.46m～3.61m范圍內；

（3）素填土層：填土為棕黃色，土質雜亂不均，主要包含碎石、粉土等，其密實度和濕度稍高，主要分布在2.95m～27.12m厚度范圍。

2.3 地下水

勘測數(shù)據(jù)顯示，回填土表層及其與原溝接觸部位的含水量相對較高，有較多的巖石裂隙水存在，嚴重影響回填土及原地層土體的穩(wěn)定。盡管未出現(xiàn)地下水滲透現(xiàn)象，但也必須進行全面監(jiān)測及分析，進而確定地下水對地基土體的影響程度。

3 地基沉降原因分析

3.1 地基沉降變形特征

（1）住宅樓主體結構產生的變形與其地基沉降和偶然荷載作用密不可分，在這些因素的聯(lián)合作用下，其地基不同部位產生的沉降存在顯著差異，在一定程度上對建筑主體結構造成破壞，使主體結構的樓體、屋面產生沉陷及開裂（圖1），同時會造成室內門窗及墻體產生不同程度的裂縫和變形，如圖2所示為墻體開裂示意圖。

圖1 房屋散水開裂下沉

圖2 墻體開裂

（2）住宅樓因其各部位設計指標存在差異，其主體結構所產生的變形程度也存在顯著不同；在地基不均勻沉降作用下，其結構內部會出現(xiàn)不同程度和不同形式的裂縫，其中第一、二層產生的裂縫較小，第三、四、五層裂縫逐漸增大。7單元樓的第三層及8單元樓的第四層最大墻體裂縫依次達到1.8mm和6.3mm。

（3）7單元樓沿西北方向偏移2.6‰，8單元樓東部樓體出現(xiàn)傾斜并產生裂縫?；A梁底部土層出現(xiàn)坍塌并形成約1.5m～2m的深坑，使基礎梁處于懸空狀態(tài)，導致住宅樓整體向東北方向偏移2.89‰（圖3）。通過多方調查和分析確定，是由于基礎回填土施工質量不符合規(guī)范及設計要求，采用粉土及碎石進行回填施工，經(jīng)雨水及地下水的滲透從而造成地基大規(guī)模沉降。通過調查和分析住宅樓實際沉降情況可以得出，住宅樓所產生的沉降及變形是無規(guī)則、不均勻的，且產生的部位無規(guī)律可循，如7單元樓沉降部位存在地下水滲透現(xiàn)象，且存在一定的濕陷性，但造成的實際變形程度卻明顯輕于8單元樓。

圖3 建筑物傾斜監(jiān)測結果示意圖

3.2 地基沉降變形原因

7單元、8單元住宅樓地基分布區(qū)域地層較為復雜，其中大部分處于大厚度回填區(qū)和排水溝區(qū)域，小部分處于小厚度回填區(qū)域。在項目建成后，由于地基土質不均、排水管道滲漏等原因的共同作用，填土位置產生固結現(xiàn)象，并相繼造成地基沉陷等較為嚴重的問題。該房建工程采用樁基施工，其樁身大面積處于填土土層中，填土由于水體滲透引發(fā)濕陷，造成樁身四周摩擦阻力增大，進而使樁基產生不均勻沉降，最終導致住宅樓上部結構開裂、變形，嚴重影響結構安全，甚至導致建筑物不能繼續(xù)使用。引發(fā)地基沉降的原因具體涉及以下幾個方面[5-11]：

（1）該工程地基處理時，所回填的粉土具有較強的持水性能，在地基整平并碾壓密實后，其原來的排水結構被破壞，導致下部土體含水量急劇增大，進而造成樁基底部土體承載能力顯著下降，無法滿足施工及規(guī)范要求，導致地基沉降產生。

（2）樁基設計及施工不合理。通過對7單元樓7號樁基開挖檢測，測得的實際樁長和樁身入土情況能夠看出，盡管樁身底部已到達持力層，但通過對比低應變檢測數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)原地層已遭到嚴重擾動，土體出現(xiàn)了較為明顯的整體下沉，地基表層存在突出的起伏現(xiàn)象，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了地形突變的情況，造成樁身無法達到持力層。

（3）地基填土問題。該工程地基處理時，采用的土體具有較強的可壓縮性，質地不均，回填土層較厚且具有較強的濕陷性。7、8單元樓所在位置地基填土濕陷等級為IV級，由于水體的滲透作用，大大增加了地基填土的濕陷性，使承載性能顯著降低，從而導致地基產生沉降。同時，濕陷性土體也會在一定程度上增大樁身摩擦阻力，再加上填土底部存在較大起伏，一旦產生沉降，樁身便會受到較大剪力作用，從而產生較大沉降變形，造成主體結構開裂。

3.3 地基沉降變形發(fā)展趨勢

若地基填土的濕陷性增大，會嚴重降低土體的密實度，造成地基產生不均勻沉降，進而導致建筑主體結構發(fā)生偏移，若偏移程度低于4‰，則不需要進行加固處理。若地基填土自然壓實，會有效增大樁身負摩擦阻力和樁身下拉荷載，進而造成建筑結構沉降加快。

4 地基加固措施

通過對該小區(qū)實際沉降觀測結果分析，需進行加固處理的區(qū)域涉及7號、8號單元樓，需對該區(qū)域的樁基實施加固補強處理。處理措施主要有上部結構加固、樁基加固、筏板加固，具體通過增加鋼管樁和筏板來對樁基周邊實施加固[12]。

4.1 上部結構加固

地基不均勻沉降勢必會改變主體結構上部的梁、柱、墻等結構的受力性能，造成部分構件產生變形和開裂。所以，要對建筑主體結構上部構件的受力情況進行嚴格控制，若發(fā)現(xiàn)梁、柱、墻等結構出現(xiàn)變形開裂現(xiàn)象，需等裂縫不再發(fā)生變化時用環(huán)氧樹脂進行修復處理，并采用碳纖維進行補強加固，如圖4所示為碳纖維補強加固效果圖。若墻體砂漿層出現(xiàn)裂縫，需根據(jù)具體情況采取合適的方式進行裂縫修補。

圖4 碳纖維布修補開裂效果圖

4.2 樁基礎

根據(jù)地質勘查報告可知，應用微型樁加固方案，樁長選擇23m～25m，樁身深入土體1.5m～2.5m，樁徑0.16m，樁身采用C25混凝土，樁身鋼筋籠直徑為125mm，配筋為3Φ14，單根承載力為180kN。根據(jù)回填土方量進行反向推算，能夠得出地基承載力約為120kPa，遠遠達不到設計要求的160kPa，整棟樓需要通過微型樁來分擔20.32×103kN的荷載，經(jīng)詳細計算，決定增加115根微型樁，使其與地基、碎石樁形成新的復合地基，共同實現(xiàn)受力平衡。

4.3 微型鋼管樁

通過增加115根微型樁來強化樁基承載力，主要設置部位為7、8單元樓地基，應用樁徑168mm，壁厚不小于5mm的閉合無縫鋼管，樁身進入中風化層2m，位于巖層上方的鋼管樁應設置6m長的注漿管，然后采用1MPa的壓力進行間歇式注漿。

4.4 筏板

在7、8單元樓1層樓板下分別設置厚度為550mm和厚度650mm的C35鋼混筏板，使原始樁基礎和新增加的鋼管樁通過筏板連接成整體的受力體系，具體施工時先對原始混凝土界面進行鑿毛處理，然后植筋、涂刷界面膠，最后澆筑筏板混凝土。

4.5 施工階段質量控制措施

做好施工材料質量檢測工作。嚴格控制原材料質量，選擇質量好、實力足的材料生產廠家合作。材料進場前，查看有無合格證，了解所需規(guī)格與設計要求是否相符，采取抽樣檢查法，查驗材料材質，一旦發(fā)現(xiàn)質量不合格的，嚴禁入場使用。

構建質量控制體系，組內強化協(xié)調，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。優(yōu)化技術交底工作程序，提升技術交底的針對性、實效性；專業(yè)質監(jiān)人員需盡職盡責，發(fā)現(xiàn)質量不合格的應及時上報，限期整改，嚴格考核質量職責，實際工作中應加強質量工作履職考核，對切實發(fā)揮作用的管理人員應給予獎勵，對履職盡責不佳或未履職盡責的，應給予懲處。通過考核措施，提升各人員質量管控的積極性和主動性。

5 結語

7、8單元樓主要坐落于大厚度填方區(qū)域，因主體結構上部荷載、土質情況共同影響，使填土區(qū)域濕陷性顯著增加，產生了明顯的固結沉降，增大了樁身所承受的剪力和負摩擦阻力，導致樁基產生不均勻沉降變形，進而引發(fā)樓體上部結構產生裂縫。樁基底部承載性能由于回填土含水量的增大而顯著降低，不足以抵抗上部結構荷載。所以，通過增加樁基、筏板、鋼管樁的方式對7、8單元范圍內的樁基實施補強處理。