一多层住宅楼倾斜原因分析

蒋涛，夏水江，罗坤，梅克玲

(武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022)

一多层住宅楼倾斜原因分析

蒋涛∗，夏水江，罗坤，梅克玲

(武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022)

在翔实而客观的室内试验、现场勘察、变形监测数据的基础上，本文分析了建在平均坡度约10%倾斜土层地基上一多层住宅楼发生8.9‰倾斜率的诱因。引发该住宅楼严重倾斜的原因包括:①地基的不均匀性；②地下水水位变化的影响；③相邻地段道路开挖使边坡处于稳定临界状态；④住宅楼单侧地基承载力降低。提出了纠偏补救措施建议。

非均匀地基；住宅楼；倾斜

1 前 言

上世纪九十年代以前，我国城市中兴建的住宅以多层为主，多为浅基。到目前为止，少数建筑已出现了不均匀沉降，有的甚至威胁到房屋的使用和安全。从总体上来看，多层住宅楼发生倾斜的原因存在于两个方面:一是房屋本身的问题，如结构设计不合理、施工质量差或地基问题[1，2]等先天因素；二是外部不利条件引起，如建筑物相邻一定区域内工程活动的影响，如大面积填土[3]等。随着时间推移，这类建筑物出现不同程度倾斜的频率还将增加。除了对社会产生不良的影响外，还出现了一些新的技术问题，将越来越引起人们的关注。从地基和基础工程的角度，及早找出引发住宅楼发生不均匀沉降的原因，避免过大倾斜，这将成为岩土工程热点问题之一。本文分析了建在倾斜坡积土、残积粘土地基上的一栋5层住宅楼发生严重倾斜的原因，以期对这类建筑的设计和施工有一定的参考价值。

2 住宅楼基本情况

发生严重倾斜的住宅楼位于武汉市武昌区一老城区，是一栋建于上世纪80年代的5层砖混结构建筑，平面上呈“一”字形状，长约33 m，东西向排列，4个住宅单元；宽约12 m，南北朝向；高16 m；条形基础，埋深约2 m；天然地基。2009年10月，发现该楼出现了不均匀沉降。监测结果表明，楼顶向正北偏移 77 mm～143 mm，其中靠近西侧的两个单元楼向北倾斜最严重，倾斜率6.9‰～8.9‰，均超出规范小于4‰的要求[4]。

该住宅楼建在半山坡上，主要基础持力层为②层坡积土，③层残积土。2008年在该建筑物的西侧、北侧相邻地段上新建了多栋高层住宅楼，基坑开挖深度6 m～8.5 m。开挖边线距该楼西侧4 m，基坑采用桩排支护。开挖边线距该楼北侧约20 m，因相距较远，采用1∶1坡度的放坡开挖方式。在5层住宅楼北侧，后因扩建了道路，道路开挖边线距建筑物仅11.4 m，采用土钉支护，按永久边坡设计，如图1所示。图1表示的剖面图是南北向，靠近该5层住宅楼西侧。该剖面附近住宅楼发生的倾斜最大，是本文分析的重点。

为了调查该住宅楼发生不均匀沉降的原因，在2009年～2010年期间，多家单位对现场进行了多次勘察。根据勘察报告中的K5、K3、KC20三个钻孔的数据，得到如图1所示的土层分布情况。图1表明，该楼地基土层涉及①层杂填土至④层风化泥岩4个土层。这些土层的基本情况是:①层杂填土，成分杂乱，结构松软，均匀性差，强度低，渗透性较好，赋存一定量上层滞水，自稳性能差；②层坡积土，主要由岩层风化碎屑堆积形成，离散性大，具有一定强度；③层残积土，具一定的自稳性；第④层为强～中风化泥岩、硅质岩、炭质泥岩，稳定性较好，结构强度高，强风化泥岩竖向厚度大，岩石基本风化成土状，中风泥岩岩石完整程度好，岩体结构面结合较好，属稳定性较好的岩层。各土层的物理力学参数值如表1所示。

场地以上层滞水为主，赋存于第①层杂填土中。从补给源来看，坡顶住户较多，生活用水量大。当大量生活用水和降雨沿坡面下流，或下渗到土体中时，易造成加固杂填土边坡的失稳。

图1 住宅楼周边环境和地质条件

土层物理力学指标 表1

3 倾斜诱因分析

3.1 地基的不均匀性

5层民用住宅楼地基上承受的荷载可按q＝80 kPa超载考虑，如图1所示。从地基上承受的超载与持力土层承载力特征值(如表1所示)对比知道，第②层至④层土层完全满足承载要求。但是，根据勘察数据，如图1所示，该住宅楼中心线以北，部分基础下可能存在第①层杂填土。①层杂填土是高压缩性土，可引发北侧基础大的沉降。值得特别注意的是，住宅楼地基土层第②层至第④层是向北倾斜的，坡度约1∶10；同时，沿坡倾向(南往北)各地基土层厚度逐渐增大，属不均匀地基。表1表明，土层②至④沿深度方向承载力是增加的。因此，该建筑物范围内，沿南北向，平均地基承载力以中心线为界将呈现南高北低的趋势。同样超载作用下，由于基础下不同持力层压缩性差异，基础下压缩层的厚薄差异，北侧建筑物很可能发生较大沉降，导致建筑物向北倾斜。

3.2 地下水的影响

地下水问题是岩土工程的难点之一，本实例也不例外。地下水赋存于第①层杂填土中。该住宅楼周围山坡，南侧、东侧地势较高，西侧的新建高层的基坑采用了隔渗措施，因此北侧坡面是唯一的渗流通道，如图1所示。现场可以观察到图1中表示的AB坡面有地下水渗出。①层杂填土下面的②层、③层是粘土层，可认为是不透水层，但处于饱和状态。①层杂填土与②层坡积土土层分界可认为是地下水渗流不透水界面。2008年该住宅楼北侧新建道路时，挖除了上部厚4 m左右的杂填土，渗流路径减少，地下水位降低，引起基础下中心线北侧②层坡积粘土部分失水。这些粘土有与膨胀土类似的性质，遇水膨胀、失水收缩。当②层坡积粘土收缩时，也会引起北侧基础发生较大沉降。

3.3 杂填土边坡稳定性分析

如图1所示，该住宅楼从南到北存在着深厚的①层杂填土，厚度 2.7 m～4.5 m。北侧由于道路的扩建，挖除了部分杂填土，形成了边坡。该坡面设置了土钉支护，维持边坡的稳定性，极限平衡法计算结果表明AB边坡是稳定的。但我们认为，这只是该边坡的局部的稳定，因为①层杂填土还可以沿AC界面滑动，存在发生整体滑动的可能。将该边坡坡角β＝80°、AC面倾角α＝6°、杂填土参数c＝8 kPa、φ＝18°、γ＝18°，代入式(1)[5]，计算得到该边坡临界高度h＝4.1 m，大于实际高度3.6 m。说明不会发生沿AC面的整体滑动。但是，我们发现在现场花坛内，堆放了大量的杂物，存在地表承载，估算可作为q＝5 kPa的超载考虑。将q＝ 5 kPa和其他参数代入式(2)，计算得到该边坡临界高度h＝3.61 m，小于实际边坡高度3.66 m，说明杂填土边坡可能处于整体稳定临界状态。

3.4 地基整体承载力分析

该住宅楼是条形基础，尺寸较小，影响地基的范围有限。但是，如图1所示，如果将整个建筑物范围作为一个整体基础考虑，作用q＝80 kPa超载，那么，由太沙基的浅基地基承载力计算方法来分析[6]，影响北侧地基承载力的范围将包括新建道路和住宅楼挖除了的土层。由此导致该楼中心线以北单侧地基承载力降低，而住宅楼南侧地基承载力保持不变。这同样也将使该楼发生不均匀沉降，向北倾斜。

4 推荐的补救措施

从总体上来看，这栋5层砖混结构住宅楼发生向北倾斜的主要原因是由于地基土层承载力不均匀引起的。如图1所示，以建筑物基础中心线为界，北侧地基平均持力土层承载力较低，而南侧则较高，在同样基础荷载作用下，北侧将发生较大沉降，楼房向北倾斜。距初步观测，目前该楼上部结构整体基本稳定，未发现大的裂缝等。鉴于这种状况，可采取以下纠偏补救措施。

(1)上部结构的局部加固

首先须充分评判该住宅楼的健康状态。若发现局部构件功能上削弱等，则要进行局部加固，使整栋建筑物上部结构整体性提高，可抵抗纠偏过程中出现的不利情况。

(2)设置隔断墙

在该房屋北侧花坛内沿东西方向增设一桩排，以增强杂填土边坡的稳定性，阻止可能出现的进一步的滑动，防止北侧地基的承载力的进一步的降低。桩底须穿过①层杂填土嵌入④层风化泥岩中。桩间距、具体桩长由计算确定。

(3)南侧土层深部应力释放纠偏

根据该住宅楼楼顶向北发生的水平位移，先确定南北基础沉降差异值。为实现房屋的扶正纠偏，确定南侧需要发生沉降的大小。然后在该建筑物南侧附近土层上钻孔、掏土，释放深部土层中的部分应力，迫使南侧基础下沉，达到该房屋纠偏的目的。施工中，须实时监测，根据纠偏效果，随时调整施工进度和方案。对多层房屋纠偏，武汉已积累了成功经验[7]。

5 结 论

本文介绍的砖混结构住宅楼实例，是由于地基土层倾斜、持力层承载能力不均匀带来沉降差异，从而引起该建筑物发生倾斜。地基不均匀性是该房屋发生严重倾斜的内因。另外，该楼北侧道路扩建，挖除了部分杂填土，使杂填土边坡处于临界状态、地下水位的改变等加剧了地基承载力的这种差异，它们是外因。文中推荐的补救措施，可供该房屋纠偏时参考。

[1] 高有潮.软基上住宅建筑的不均匀沉降[J].岩土工程学报，1991，13(4):59～65

[2] 王宝勋，李夕兵，张忠永等.某住宅楼倾斜原因与纠偏加固处理[J].岩土工程学报，2006，28(7):906～909

[3] 刘滔，朱合华.某住宅楼倾斜原因及相关规范问题的讨论[J].岩土力学，2010，31(10):3248～3253

[4] GB50007－2002.建筑地基基础设计规范[S].

[5] 杨育文.土体自稳坡角和土钉墙稳定机理分析[R].

[6] Craig，R.F.，Soil mechanics(sixth edition)，Spon press，New York，2002

[7] 刘祖德.纠偏防倾工程十五年(一)[J].土工基础，2006 (4):1～20

List Causes for an Apartment Building

Jiang Tao，Xia Shuijiang，Luo Kun，Mei Keling
(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

This paper presents a case study about a low residential building with the maximum inclination ratio of 8.9‰according to detailed and objective data from laboratory tests，site investigation and monitoring.The inclination causes are investigated for the building on non－homogeneous ground of supporting soils in average slope of about 10%. Rescue measures are recommended.The causes to initiate inclination of this building include:①non－homogeneous ground；②groundwater level change；③adjacent fill slope in critical stability due to road excavation；④bearing capacity decrease on one side of ground.

non－homogeneous ground；apartment building；inclination

2011—12—26

蒋涛(1963—)，男，高级工程师、注册土木工程师、从事岩土工程勘察技术及管理工作。

1672－8262(2012)02－164－03

TU471＋.4

B