山区地基处理失败的案例分析

朱殿明 陈国庆

1 工程概况

某房地产开发小区3号楼,2006年12月竣工。2007年3月份,西侧部位(主要是5单元)从地下室到顶层的墙体出现了裂缝。该楼为主体6层(层高2.9 m),地下室1层(高2.4 m)的砖混结构,楼长81.8 m,宽13.25 m,共 5个单元。在 2单元和3单元间(由西至东在48.85 m处)设有温度伸缩缝一道。基础为混凝土条形基础,底板厚0.4m,基础底宽1.8 m～2.0 m;地基处理采用级配砂卵石柱锤冲扩桩法,桩直径0.45 m,间距1.04 m,长3 m～6 m。

2 工程地质条件

根据岩土勘察报告中土层形成的情况,3号楼3,4,5单元坐落于人工土(未分层压密)填埋的冲洪沟部位,属于工程地质Ⅱ区,1,2单元坐落于角砾土层埋藏浅的冲洪积扇台地部位,属于工程地质Ⅰ区。Ⅱ区冲洪沟底坡度变化大,最深处达12 m,浅处不足5 m,且人工土填埋时间只有4年～5年,该填土属于欠固结土,且具有Ⅳ级自重湿陷性,显示了地基的复杂性。

3 裂缝分布情况及特征

5单元墙体出现裂缝的部位:北外纵墙斜裂缝主要发生在厨房窗下角,裂缝向东倾斜;厨房侧面的墙有稍向南倾斜的裂缝;北卧室窗下角均有竖向或略向东倾斜的裂缝;南、北卧室门洞口上部的墙体裂缝。从裂缝宽度看,厨房窗下角裂缝最宽处约为3.5 mm,裂缝较严重的住户是5单元101户～601户北部及其对应的地下室外纵墙,且各户裂缝较宽的部位及裂缝倾斜的方向一致,说明地基发生沉降较大的部位比较明确,主要是5单元101户～601户(厨房东侧墙)偏东偏南的部位沉降大。

4 小区规划方面的不足

小区原规划的建筑平面布置图中,3号楼的位置是两幢独立的楼,为提高土地使用率,后期变为81.8 m长的1幢楼(长高比4.4),使3号楼大部分坐落在人工土填埋的冲洪沟地质Ⅱ区,东部的两个单元坐落在冲沟台地的Ⅰ区,可以看出,要解决好如此大范围地基的不均匀,欠固结性,湿陷性问题,技术难度大。

5 建筑、结构设计方面的不足

1)该楼如果设宽度较大的沉降缝而不是一条伸缩缝,就可针对土层的变化采取两种不同的基础形式或不同的地基处理方案去解决地基的大部分不均匀变形问题。2)结构设计应根据现行地基基础设计规范关于软弱地基的7.1.3和7.4中的规定,结构设计应考虑结构和地基的共同作用,如设计时适当减小部分基底压力,同时加强基础及上部结构刚度,如加大底板高度和圈梁配筋,就可以提高房屋结构的抗裂性和调节地基的部分不均匀变形。

6 地基处理设计方面分析

根据地基土的不均匀性和特殊性,采用级配砂卵石柱锤冲扩桩地基处理方案不妥。

6.1 违背了建筑地基基础设计规范

规范中关于软弱地基7.2.7的强制性规定,“复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。对于地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时,设计时要综合考虑土体的特殊性质,选用适当的增强体和施工工艺”。本工程地质Ⅱ区的条件既是欠固结土,又具有高压缩性和湿陷性,选用砂卵石填料作为增强体和柱锤冲扩桩工法应当认真研究其对地基的适用性和处理效果。目前柱锤冲扩桩方法还是一种半理论半经验的方法,是近年被地基处理技术规范纳入的一种方法,其复合地基的承载力和变形与卵石桩体长度、桩间土的情况关系密切。在冲沟部位的三个单元砂卵石桩长大于6 m,而东部两个单元桩长大部分只有3 m,要保证挤密效果和受力层变形的均匀性难度很大。

6.2 违背了地基处理技术规范的两个“不宜”

地基处理技术规范关于柱锤冲扩桩方法规定,“地基处理深度不宜超过6 m,复合地基承载力特征值不宜超过160 kPa”。而实际上卵石桩要进入冲洪沟底部的角砾层时,桩的长度需要约8 m,且复合地基承载力特征值需要达到180 k Pa。

6.3 违背了湿陷性黄土地区建筑规范

规范在地基处理的挤密法6.4.5条中的规定,“孔内填料宜用素土或灰土,必要时可用强度高的填料如水泥土等”。就本工程的湿陷性、不均匀性和要求较高的承载力看,选用灰土挤密桩或夯实水泥土挤密桩比砂卵桩更适宜。不仅桩体材料自身的稳定性好,而且8 m的桩长也易满足,施工质量也比砂卵桩宜控制。

7 地基处理施工方面分析

1)砂卵桩长度不足。在冲沟部位的大部分砂卵桩未能按设计要求进入沟底角砾层。施工时实际冲击桩孔顶标高为641.5 m(相对标高-2.9 m),勘察报告中住宅楼西南角19号钻孔的角砾层顶标高是633.71 m,该处的冲击孔深应当是641.5-633.71=7.79 m;由西至东约21 m处的17号钻孔中角砾层的顶标高是633.55 m,该处的冲击孔深应当是641.5-633.55=7.95 m。根据地基施工记录的数据显示,桩孔深度大部分小于6 m,小部分只有6 m,说明冲孔底部至少还有1.8 m～2.0 m厚(按6 m长桩计算)的填土未得到很好的挤密而形成了软弱下卧层。

2)质量自检方面控制不够。根据现行地基处理技术规范,在施工过程和结束后的适当时间应对桩身及桩间土进行检验,作为自检质量的评定依据。但在施工组织方案中只强调孔位和孔深的偏差,对施工过程中单桩冲击砂卵石密实度的检验,对施工后桩间土的挤密和消除湿陷性的效果检验只字未提,实际上也没进行检验。虽然在验收资料中有检测单位提供的净载荷试验检测合格报告,但我们知道,报告中的净载荷试验是抽查性的检测,具有局限性;另外复合地基净载荷试验数据,只能反映承压板下主要受力影响范围内复合土层的承载力和变形参数。本工程承压板直径为1.0 m,主要受力影响深度按1.5倍的承压板直径计算仅有1.5 m,也就是说,1.5 m以下的桩土承载力和变形参数基本上难以反映,也就不能反映出实际地基受力层全部的情况,因此,施工单位的自检数据更为重要。鉴于复合地基净载荷试验检测的局限性和影响深度的有限性,建议今后修订相关的国标规范时,要特别强调施工自检及检验项目,确保施工质量。

8 裂缝原因综合分析和评价

通过对上述各方面存在的问题分析看出,造成墙体裂缝的原因是地基不均匀沉降所致。而造成地基的不均匀沉降,涉及到了规划、设计、施工几个方面。小区规划仅考虑土地利用率而不考虑地质条件问题可谓不周;建筑、结构设计不考虑地基的复杂性而按均匀地基设计可谓不精心;地基处理方案选择的适宜性可谓不妥;地基处理施工中桩长度不足,缺乏有效的自检控制可谓错误。

9 结语

1)住宅小区、厂区的总体规划,应当考虑场地的工程地质条件,做好宏观性控制工作。2)建筑、结构设计必须考虑地基土的软弱性和特殊性,不能将地基问题全部推给专业地基公司解决,应从结构和地基共同作用的角度出发,采取适当的设计措施,提高结构的整体性和刚度。3)确定地基处理方案,需对地基的适宜性、处理效果、可靠程度及结构情况综合考虑,认真分析,确保实现地基处理目的。4)地基处理施工,除按设计要求严格施工外,施工单位进行全面有效的检验(自检)非常重要,不能将处理效果完全依赖于抽查性的地基验收检测。也建议今后修订相关规范时要特别强调施工自检及检验项目,确保施工质量。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[2] JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[3] GB 50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[4] 崔 健,冯灵芝.软土地基的土方施工案例分析[J].山西建筑,2008,34(27):154-155.