半填半挖黃土地基上建筑物變形破壞的防治策略

崔宇亮

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046000）

0 引言

為了擴大城市用地資源，完善城市功能，我國中西部多個城市，提出了“平山造地，上山建城”的發(fā)展策略。晉東南地區(qū)是一個典型的例子。在溝谷填埋之前，新區(qū)的施工地區(qū)是一片典型的黃土地形，梁峁起伏，溝谷深切。在對溝壑填埋之后，對原有的黃土梁進行“切削”和土體粉碎，并按照一定的控制要求將其壓縮到原來的山谷中，形成“人工平地”。此類場地的土體存在很大的差別，場地上的結(jié)構(gòu)破壞和變形都與均勻土體不同。這類半挖半填的黃土地基容易出現(xiàn)基礎(chǔ)差異沉降，影響地基上建筑物的安全。因此，本文在總結(jié)半挖半填的黃土地基變形及建筑物破壞機理的基礎(chǔ)上，提出了處治建筑物沉降變形的策略。

1 半填半挖黃土地基變形及建筑破壞形式

1.1 “填土-黃土”地基變形及建筑破壞

所謂“填土-黃土”地基，即一邊為山梁原狀土，另一邊為沖水溝填土地基。建筑物的基礎(chǔ)一邊設(shè)在原來的山梁上，另一邊則在溝槽回填土上，如圖1所示。

圖1 “填土-黃土”地基模型圖及建筑破壞示意圖

對沖溝處進行填充并壓縮其體積，但是由于局部土體并未完全固化，土層會發(fā)生固結(jié)沉降，同時土層的厚度不同，應(yīng)力分布不均，導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)兩側(cè)出現(xiàn)顯著的差異沉降[1]。另外，由于沖溝斷面的地下水埋深較大，導(dǎo)致挖方區(qū)與填方區(qū)之間的下沉差異更加明顯，主要表現(xiàn)為填方區(qū)不均勻沉降嚴(yán)重。由于土體填充引起的變形使房屋產(chǎn)生傾角，結(jié)構(gòu)受力重新分配，而重分配的荷載超過了混凝土的粘接強度從而發(fā)生拉伸開裂，導(dǎo)致建筑內(nèi)壁出現(xiàn)傾斜的裂紋，如圖1（b）所示。

非均質(zhì)性沉降主要集中在靠近填埋區(qū)和開挖邊界處，存在著較大的錯動，墻體上有許多單斜向的裂紋[2]。在墻體上，窗戶和檐口等主要部位的裂紋較為明顯，單個房屋的主裂口多達3~5 條，隨著差異沉降的持續(xù)增大，裂紋附近將產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，按照格里菲斯斷裂理論，裂紋將在應(yīng)力最密集的部位持續(xù)貫穿。

1.2 “填土-黃土-填土”地基變形及建筑破壞

“填土—黃土—填土”地基如圖2 所示，即在原狀土地基兩邊各有一條邊坡，對邊坡區(qū)域進行填土，但因填方土體的壓實度很低，局部地區(qū)還沒有完全固化，導(dǎo)致了大量的下陷，而開挖的土體是原始狀態(tài)，基本不會出現(xiàn)高程度的沉降，因在在施工現(xiàn)場容易出現(xiàn)顯著的差異沉降[3]。

圖2 “填土-黃土-填土”地基變形及建筑破壞示意圖

該類地基的不均沉降傾向是：兩邊沉降偏大，中間沉降較少。由于不均勻沉降，地基上的建筑物設(shè)施也會出現(xiàn)局部變形和損壞，以挖方區(qū)的中心為軸，發(fā)生倒八字形的開裂。這類裂縫總體上呈現(xiàn)上寬下窄的態(tài)勢，在單側(cè)壁上的發(fā)展趨勢一致，應(yīng)力集中處的裂縫發(fā)展最為普遍。

1.3 “黃土-填土-黃土”地基變形及建筑破壞

“黃土-填土-黃土”地基如圖3所示。原狀土的中間為溝體填土。這類地基的沉降趨勢為：中間較大而兩邊較少的差異沉降，會使建筑物的橫梁發(fā)生撓曲變形。因此，以挖方區(qū)的中心為軸，發(fā)生八字形開裂。裂縫在單側(cè)壁上的發(fā)展趨勢一致，最大應(yīng)力集中處裂縫的發(fā)展最為普遍[4]。這類裂縫總體上呈現(xiàn)下寬、上窄的發(fā)展態(tài)勢。

圖3 黃土-填土-黃土地基變形及建筑破壞示意圖

2 半填半挖黃土地基上建筑物沉降變形的防治策略

2.1 地基加固處理

通過對晉東南山地地區(qū)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大部分高樓群都集中在挖方區(qū)域，而在半填半挖的區(qū)域中，多數(shù)樓層不會超過6層?，F(xiàn)以6層磚砌體為例，介紹半填區(qū)低矮房屋地基的加固方法。

（1）灰土墊層。粉煤灰土墊層是指將地基下面所有的濕潤土層或回填土全部或局部開挖，再通過篩濾，在適宜的含水率下混合灰泥，進行分級、碾碎后回填。該工藝使用條件限制較小，質(zhì)量易于控制，成本低廉。

（2）表面重錘法。在基坑（溝渠）中，需要進行夯實的自然土體高于地基地表高度，對這部份土體通過重錘進行多次擊打，增加土體的密度，改善其力學(xué)性能，降低地基的變形。

（3）回填法。在施工地基跨越?jīng)_水渠時，如果沖槽面積不大，深度不大，可在嵌塞中填充塊砂、塊石、礫石等填充物。在地下水水位較淺的情況下，應(yīng)首先開挖土體，并采用分層填砂、塊石、礫石的方法夯實填土上層。當(dāng)沖溝面積大，現(xiàn)場的水文狀況不佳時，可以先開挖一部分的淤泥，用漿砌體填充到?jīng)_溝斷面，再用泥磚進行上層夯填。

2.2 場地防滲及排水設(shè)計

當(dāng)土體處于飽和時，其抗壓能力下降，而上覆載荷會使其發(fā)生較大的變形；其次，土壤飽和度的提高對下覆土（特別是填方區(qū)）載荷的增加，使地基的變形隨之增大。因此，在半填、半挖的地基條件下，采用科學(xué)、合理的防滲方法，對于防治地基的不均勻沉降有著十分重要的作用。

2.2.1 場地的防滲

在土方工程設(shè)計中，要特別重視挖掘方和開挖銜接部位的防滲設(shè)計。巖石的滲透率會在邊界處出現(xiàn)變化，如果施工現(xiàn)場的防滲措施不當(dāng)，很容易導(dǎo)致地表積水沿著挖填結(jié)合面滲入，進而削弱地基的土體抗變形能力。通過對現(xiàn)場勘測調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些填方土具有一定的濕陷度，如果填方基礎(chǔ)遇到水分，很容易發(fā)生濕陷，導(dǎo)致填方區(qū)的沉降增加，從而增加差異沉降。因此，在施工過程，填方區(qū)域的地面高度要比挖方區(qū)高，填方區(qū)域的地面要向挖方區(qū)排水溝槽傾斜，以保證填方區(qū)域不能有水流流入。

2.2.2 排水設(shè)計

采空區(qū)的窯洞和平房大多是村民的住所，沒有完善的排水設(shè)施，只能在房子附近隨意搭建排水管；而多層樓通常采用集中排水管線進行建筑區(qū)排水。因此，要充分重視雨水的滲流情況，確保房子在以后的使用中能夠順利地排水，并且不會對周邊的建筑造成任何的干擾。要保障日常排水的通暢，需對排水溝進行合理布置。

（1）排水溝的布置要依據(jù)現(xiàn)場的地勢而定，地勢平緩的地方要采用直線布置，減少輸水的路程，拐彎時要做到平滑，連續(xù)的彎道不能太長，通常不能超出500m。

（2）在設(shè)置排水管時，要有適當(dāng)?shù)男甭剩源_保排水暢通，并防止水流太快而導(dǎo)致溝槽底部被沖蝕。

（3）在污水匯集或流入市政管道時，參照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，交叉角不能超過45°，如有可能，可采用半徑R=10b的圓形弧形（b為溝槽的頂部寬度）向下游的其他河道排水。在具體排水結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還是要參照有關(guān)的技術(shù)規(guī)程來進行計算。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計控制

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮減少不均勻沉降對建筑物的影響，從而采取適合于半填半挖黃土地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)形式。

2.3.1 控制長高比

此次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一些社區(qū)2、3層建筑由于不均勻下沉而造成損壞，經(jīng)測量，其中一些3層樓的長高比為3.5，這樣的建筑結(jié)構(gòu)更容易因差異沉降發(fā)生變形破壞。因此，多層磚混結(jié)構(gòu)的長高比不宜超過3，這是填挖區(qū)建筑設(shè)計時需特別注意的問題。

2.2.2 沉降槽設(shè)置

在開挖和開挖邊界處設(shè)沉降槽，可以減少因不均勻沉降引起的建筑物損壞。參照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50023-2011），對濕滑黃土地段的沉降槽設(shè)置，除在有陡度的地方設(shè)沉降槽，其余則在40~50m 間距范圍內(nèi)設(shè)一條沉降槽。

2.2.3 避免建筑物的搭接

在施工過程中，要盡量避免建筑物的搭接點，例如：牛腿搭梁、裝配式平臺等。一般的做法是修建一個地下室，這樣不僅可以增加建筑物的占地，還可以減少地下室的基礎(chǔ)重量，從而達到降低或消除地基上的沉降量。

2.2.4 靈活的建筑基礎(chǔ)形式

半填或開挖基礎(chǔ)形式可以進行靈活的調(diào)節(jié)，交叉梁基礎(chǔ)、箱型、筏板等基礎(chǔ)具有良好的整體性能和較高的剛度，能夠在一定范圍內(nèi)通過軟基、非均質(zhì)基礎(chǔ)提高結(jié)構(gòu)的抗變形性能，降低差異沉降對建筑造成的變形破壞。

3 結(jié)束語

總結(jié)了“填土-黃土”、“填土-黃土-填土”、“黃土-填土-黃土”等3種半填半挖黃土地基變形的破壞形式及其機理。根據(jù)晉東南的實際情況，總結(jié)了粉煤灰墊層法、重錘表面夯實法、回填法和橫跨法等4種適合于低矮房屋的地基加固方法。結(jié)果顯示：采用灰土墊層和重錘打樁方式對地基進行加固，沉降明顯降低，其差異沉降約為0.7cm，低于設(shè)計要求的沉降值。同時，在建筑設(shè)計時，做好場地的防滲設(shè)計和排水設(shè)計，以及通過控制填方區(qū)地基上的建筑長高比例，設(shè)置合理的沉降槽和靈活的建筑基礎(chǔ)形式等幾個角度提出了防治建筑沉降的策略。