建筑结构基础不均匀沉降原因及控制

曹越

摘要：本文从地基自然属性、建筑结构以及相邻基础(荷载)，分析了对基础沉降的影响，并针对不均匀沉降引起的墙体开裂提出了两点补救措施。

关键词：建筑基础；不均匀沉降；控制

结构地基不均匀沉降是威胁建筑、土木工程的使用质量和安全的重要原因之一，而随着现代高层建筑不断兴起，这点表现得更为突出[1]。然而，影响建筑基础稳定性的未知因素、不确定因素很多，要准确地进行沉降预测并彻底解决沉降带来的巨大危害。建筑基础沉降观测，地基、基础进行加固，或针对具体结构的处理，如大底盘结构的桩筏基础中设置沉降后浇带[2]，这些措施就成了确保建筑结构运营安全的重要技术保障。

1 建筑地基基础不均匀沉降的危害及原因分析

无论是大大小小的建筑物，还是规模巨大的土木工程，它们都要座落在地球表面下一定深度的岩土地层上，而这一部分岩土地层在土力学及基础工程领域里通常统称为地基。因此本节从地基、建筑结构等方面来对基础不均匀沉降进行简要分析。

1.1地基的自然属性

一般情况下，建筑结构的承载层多为土层，不是单一的匀质材料而且存在着孔隙，这也使土体具有可压缩性。侧限压缩实验表明，随着外荷载的增加，土体孔隙比逐渐减小，其压缩性减小。这也是为什么建筑物不均匀沉降发展最为迅速的时期是竣工后半年到一年内的原因之一。带裙房的大底盘高层建筑由于主楼与裙房层数差异，两者之间柱底荷载相差越大，使得两者地基的压缩性产生差异，从而产生较大的沉降差，对房屋结构造成较大影响的例子比比皆是。土体的成型历史以及地下岩层特点对不均匀沉降也有很大影响。如姜晨光[3]等通过对20幢建筑的基础倾角及岩层倾角的原始数据，从刚性基础，联合基础，片筏基础进行了分析，认为岩层倾角与基础倾角有指数线性关系关系，即，随着岩层倾角的增加，基础倾角也会增大。拟建场地的相邻建筑打过桩，或一侧建过房、预压过或由于井点降水均会引起较大的不均匀沉降。长期在施工一线的工作者不难发现，钻机钻孔过程中，有冒气、冒水、冒砂现象，喷出的水污染了鄰近的填充墙墙体，这也进一步证明在人为干扰情况下，土体压缩性会发生变化。

另外，地基中局部漏水，如化粪池的渗水或外溢，管道漏水以及设计或施工中漏掉散水明沟，使土体产生液化，使土体的力学性能发生了改变，降低其承载力。

1.2建筑结构对地基沉降的影响

在建筑物设计方面，平面形状复杂的建筑物，纵、横单元交叉处基础密集荷载显著不同，地基中由于单元荷载产生的附加应力相互重迭，加之上部结构的平面不规则和体型变化复杂，各部分的刚度不对称，很容易遭受地基不均匀沉降的损坏。建筑物体型复杂，高低(或轻重)变化较大，地基各部分所受的荷载轻重不同，而又未在适当部位设置沉降缝自然容易出现过量的不均匀沉降。基础作用的强弱取决于基础与地基的相对刚度、基底下塑性区的大小以及土的压缩性。一般说来，无论是粘性土还是无粘性土地基，只要基础埋深和基础面积足够大，而荷载不太大时，基底反力均呈马鞍形；而均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、连缘小，刚性基础受荷后，基础不弯曲。

另外，在进行基础沉降模型研究时，由于施工过程是逐层施工，学者通常近似看成是一个线性加载的过程，那么土体的变形呈现出S形分布规律。在加载过程中软土中的剪应力产生剪切变形，而同时饱和粘性土有条件排水固结，抗剪强度随时间会增加。然而，不同的加载速率对两者剪应力和抗剪强度有较大影响。因此，有些工程施工期内通过增加加荷速率，提高施工期内沉降量的比重，来减少建筑物在使用中由于不均匀沉降产生的开裂。

1.3 相邻基础(荷载)的影响

建筑物荷载不仅使建筑物地基土产生压缩变形，而且由于地基中附加应力的向外扩散，在相邻范围内的土层，也会产生压缩变形。其表现形式主要有以下几方面:

①不同建筑的基础彼此靠得很近，若荷载差异大，基础的面积接近或有差异，一般均会产生不同程度的不均匀沉降。

②相邻建筑物的距离越近，且埋深差异越大，引起的相互不均匀沉降越大。

③基础上或其附近有大面积堆载。如填土、生产堆料等，若荷载小，距离远，则对基础的影响小。

④打桩在软土地基中对于相邻建筑的影响靠得越近产生的不均匀沉降越大。有研究表明，在粘性土中打桩可以引起建筑物不均匀沉降的土层厚度约等于打入土中桩的长度。

2针对地基不均匀沉降的补救措施

根据国内外工程事故实例及笔者实践，控制建筑物地基不均匀沉降引起的墙体开裂的控制和治理措施从应从以下几个方面进行。

2.1建筑地基基础规范及原则

从钻探报告人手，确保真实性和可靠性。确保应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。针对填土的地基需要查明堆积历史，明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。

设计阶段，采取多种措施，增强多层住宅的基础刚度和整体刚度。对建筑体型（平面结构）、荷载情况、结构类型和地质条件进行综合分析，正确处理好与相邻建筑的关系，如后建的建筑物最好把埋深置在与原房大致相同的位置，如果必须埋置不同深度，相邻基础的间距应大致为相邻基底高差的两倍。

施工阶段，务必保证砂浆、砖的品种、强度等级必须符合设计要求，同时应注意对淤泥和淤泥质土基槽底面的保护，减少扰动。

2.2对地基不均匀沉降引起墙体开裂的治理措施

针对已经发生的沉降事故，但未完全失去挽救价值的建筑，多数均应经过适当整治，使建筑物完全或部分恢复功能而继续使用。为了阻止不均匀沉降的继续发展，而加剧建筑结构墙体裂缝，必须对不均匀沉降房屋所处地基和结构构件进行维修加固。

1.地基处理

1）钢管桩加梁法：因为在室内分段打入后的连接作法不易，不仅难以保证质量，而且造价偏高。。

2）混凝土灌注桩架梁法：若采用大直径灌注桩，工程量大，造价偏高；而用常规灌注桩直径，地基中的软弱回填上层可能会发生颈缩。

3）桩底架梁托底法：直接在承重外墙两侧施工毛石混凝土柱墩，并且使毛石混凝土的柱墩坐落在持力层上；在柱墩上架设与承重外墙连为一体的钢筋混凝土。

4）三重管旋喷桩定向旋喷法：在基础地面形成半径为0.6}0.8m的半圆桩，托住基础使其不再继续下沉。

2. 结构修复加固

在经过结构矫正复位和地基处理后，为恢复建筑物正常使用功能，还应及时地对上部结构损坏部分进行加固、修补。上部结构处理包括裂缝的处理和砌体承载力的处理。

1）裂缝的处理

对因不均匀沉降，在修补砖墙裂缝前，应先搞清开裂的原因，观察裂缝是否稳定。对于除荷载裂缝以外、且已经稳定的裂缝可以采用如下方法：

灌浆修补。水泥浆液的强度远大于砌筑砖墙的砂浆强度，因此用压力设备把水泥浆液压入墙体的裂缝内可以迷补体承载力的缺陷，从而可以恢复如初。

填缝修补。填缝修补的方法有两种。配筋水泥砂浆填缝，即每隔4~5皮砖在砖缝中先嵌入细钢筋，然后再按水泥砂浆填缝的修补工序进行；水泥砂浆填缝，即先将裂缝清理干净，用工具将1:3的水泥砂浆或比砌筑砂浆强度高一级的水泥砂浆或掺有107胶的聚合水泥砂浆填入砖缝内。

3结束语

结合实践经验笔者认为一般因地基问题所引起的建筑物破坏有两种：一种是由于建筑物的荷载超过了基础持力层的承受能力而使地基产生滑动破坏；另一种是由于建筑物荷载作用下使地基产生压缩变形，引起基础过大的沉降或不均匀沉降，使上部结构开裂、过大变形、倾斜甚至破坏倒塌或失去使用价值。因此，只要在保证建筑过程中各个环节的质量，以及在出现不均匀沉降后采用科学的补救措施，是可以保证各类建筑的使用质量和使用安全的。

参考文献

范锡盛，王跃.建筑工程事故分析及处理实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版793,1994:1－5.

胡德鹿.基础埋置深度和底层计算高度的确定[J].陕西建筑, 2008, 151(2): 29-31.

姜晨光，于文学，沈爱武. 建筑基础沉降与岩层倾角关系的监测与分析[J].测绘工程，2002，2（11）：42－44.