建筑工程结构基础沉降原因与处理措施探讨

吴震

【摘要】认真分析和总结建筑结构基础沉降的原因，并采取针对性的措施切实加强对其的防治，才能更好的确保建筑工程的质量。基于此，文章介绍一岩溶区多数桩基发生沉降的8层底框砖混结构房屋处理的实例。

【关键词】建筑工程 基础沉降 处理措施

建筑工程结构基础沉降的原因有多种因素在发生作用，比如地基土质比较软弱或者是上部的结构载荷不够均匀等等，都会在一定程度上造成建筑工程结构基础沉降不均匀，这样就会使得建筑上部结构出现开裂或者是变形乃至是倾斜、破坏等多种不良的后果。

一、建筑工程结构基础沉降带来的危害

在建筑工程项目工程中，沉降虽然是一种不可避免的现象，但是沉降可以通过某些措施达到降低和消除的目的。因而在对其成因进行分析之前，必须对其带来的危害有一个全面的认识。地基的沉降，不仅会导致建筑物倾斜，还会因为地基的沉降大于建筑物所能承受的极限时，导致建筑的墙体或楼面开裂，严重时还会导致整个建筑物倾斜，进而对建筑功能的使用带来影响，最终影响人的生命财产安全。而这些就是建筑结构基础沉降带来的危害。

二、实例分析

1.工程概况。该工程发生沉降的楼房占地面积588.6㎡，为层框架砖混结构。主体完成第8层楼面，发现托梁出现裂缝，托梁下墙体出现斜裂缝。建设方随即对该楼房进行沉降观测，发现各层楼面均发生由北向南倾斜，两端高差约50 mm，建筑物整体向南倾斜约6cm左右。沉降现象发生后，施工和设计单位认定原因为基桩下溶洞顶板发生塌陷，并立即组织对发生最大沉降桩附近增加挖孔桩，以卸除该桩荷载。

2.沉降原因分析。判明该楼房基础沉降的原因，是对问题进行正确处理的关键。按一般做法，对桩基进行钻探即可查明基础不均沉降的原因。但是该建筑上部结构已经施工，无法进行钻探工作，导致事故原因只能通过对施工、检测、事故现象的了解进行推测。

（1）工程地质条件。根据补勘报告，场地地层分布自上而下为：第一属新填土。层厚6.6-7.2 m。根据原位测试及室内试验结果，土体具高压缩性，土质不均匀，欠固结，故不提供承载力特征值。第二基岩：本场地下伏基岩西端为石灰岩，东端为泥质灰岩。石灰岩饱和单轴抗压强度标准值53.2MPa，泥质灰岩强度标准值12.9MPa。根据已经掌握的工程情况该场地虽是岩溶区，岩溶顶板塌陷不可能会产生这么大范围的沉降。

（2）桩基施工方法与质量因素分析。经调查发现，基桩沉降具有突发性，桩基明显沉降是在8层施工后发生的，说明桩基下沉是由于8层荷载施加后，基桩所受外荷超过其极限承载力所致。其次是施工降水会导致桩基继续沉降。挖孔桩实施降水同时沉降加剧，从该现象看，虽然这些桩是嵌岩桩，但是其受负摩阻力而下沉的特点，说明这些桩呈现较明显的摩擦桩特性。因此，该建筑桩基发生大量基桩沉降的原因极有可能是基桩桩端混凝土质量差所致。

3.工程难点及处理方法

（1）工程难点与处理方案分析。根据以上分析，基桩桩端混凝土质量差可能是该建筑发生大量基桩不均匀沉降的主要原因。因此，事故处理的重点应该是加固原有基桩或提高基础承载力，使其能承受设计荷载。与一般建筑基础事故相比，该建筑处理有以下几个特点需要考虑。第一建筑不能再容许任何沉降发生。各桩沉降量差异大，有些桩沉降达到10cm，但也有相邻基桩的沉降几乎为0，沉降为0的基础表现出嵌岩端承桩的特征。这种沉降差异可导致上部结构出现了严重变形和裂缝，如果建筑还要下沉，而沉降为0的基桩仍不沉降，建筑的上部结构情况会进一步恶化，而且有可能诱发严重事故。第二地基可能难以承受大的扰动。由于部分基桩沉降达到100mm，表现出较强的摩擦桩特征，而且其承载力已达极限。因此，加固方案应尽量避免对地基产生新的扰动，导致基础承载力下降。第三基岩上覆盖层很薄。加固方案必须考虑基岩埋深不大的特点，因此一般的预制桩托换，由于桩端不能嵌岩而无法采用。根据以上分析，最后选定钢管桩进行加固。在一根基桩附近施工3—4根钢管桩，用承台将钢管桩联系起来，在承台上增加新柱向上与托梁相连分担原柱的荷载。与其他地基基础加固相比，钢管桩施工设备高度可满足要求，施工不需降水，桩端可嵌岩，因此是可行的方案。其缺点是加固成本相对偏高。

（2）钢管桩处理方法。根据对当地钢管桩施工能力调查，决定采用直径159mm钢管桩，钢管壁厚5mm，采用钻机成孔，套管护壁，钻孔直径为200mm，进入基岩时改用直径为168mm的钻头成孔，嵌岩深度不小1000mm。其設计按桩身材料计算得到钢管桩单桩竖向承载力设计值为485.16kN；按地基条件计算可得石灰岩区域钢管桩单桩竖向承载力设计值697kN；泥质灰岩区域钢管桩单桩竖向承载力设计值为172kN。因为当地还没有在泥质灰岩上实施钢管桩的经验，因此还需要通过检测验证设计成果，这对在上部结构已经施工的建筑内的桩基而言也是一个难点。由于施工空间有限而且还要做承台，所以钢管顶的设计标高在地面以下1.0m左右的地方。因此将整个钢管桩分为三节，最下面的一节长约4.2 m，中间一节长约3.0m，最上面的一节长约1.6m。在距桩底0.6m左右设置两个直径约20mm的漏浆孔，如果漏浆孔太多，会在漏浆孔处出现较多的应力集中现象，从而影响桩的承载力。这样不仅可以适当使钢管桩与岩壁之间形成水泥浆固体，既包裹了钢管防止钢管锈蚀及则增强钢管与孔壁之间粘结力，提高桩的承载力。所以灌浆孔上部4m不开孔，4m以下部分沿竖向每隔250mm钻两个直径10mm，钻孔交错布置。

（3）上部结构处理方法。对于2层砖皮被压碎的山墙，采取将压碎山墙逐段切除，采用C30混凝土浇筑托换的方法处理。对于1层端部开裂和产生了斜裂缝的托粱。通过新增柱将托梁两端抬起的方式即可得到处理。对于存在的裂缝，分以下几种情况进行：对于宽度小于0.2mm的微细裂缝，采用在混凝土表面涂刷防水涂膜以封闭微细裂缝的方法修补，防止混凝土保护层的碳化和有害离子对混凝土的腐蚀；对于底框梁侧宽度为2.3mm的混凝土裂缝。采用低压注浆法修补，再沿裂缝粘贴长600mm、宽250mm的碳纤维布予以补强；对于梁底出现的贯通裂缝，采用在梁侧、底粘贴碳纤维补强的方式处理。

4.施工效果及其验证。试验表明，对于泥质灰岩上的钢管桩加载达到260kN时，托梁仍处于弹性状态，而载荷试验已经达到了1.5倍钢管桩竖向承载力设计值，这表明碳质灰岩区的钢管桩承载力可达到设计要求。因此本工程处理的钢管桩设计是合理的。新增柱的内力监测表明，继续施工的上部结构的荷载主要施加在没有沉降的原柱和采用钢管桩作基础的新增柱上，这与预期目的也是相符的。

目前，随着建筑工程结构基础沉降现象大量出现，人们对建筑工程基础沉降的原因进行了研究。建筑工程中需要采取必要的技术措施，避免或减轻基础沉降的危害，这也是建筑工程界一个重要的课题。广大建筑工程人员必须详细了解建筑工程结构基础沉降的成因，并根据具体的工程状况采取相应的经济合理的控制措施，来降低基础沉降从而提高建筑物的结构安全。

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