房屋地基沉降分析与加固处理研究

刘海涛

深圳建昌工程设计有限公司成都分公司 四川 成都 610094

1 工程概况

某两层砖混住宅位于岷江附近，场地原为沼泽地，由多年前填土形成。工程占地面积1500㎡，采用预应力混凝土管桩基础，钢筋混凝土地梁，建筑面层直接在压实填土上，地面铺设陶瓷地砖。本工程于2015年10月竣工，入住不到半年，部分墙体开裂，出现了明显的斜向裂缝，室内地面也开始出现锅底状变形，墙边高里面低，沉降差异明显。本文对本工程裂缝的产生原因进行简单分析，并介绍一种地基加固方法。

2 地质条件

根据地勘报告，本栋建筑地质情况按自上而下的顺序依次描述如下：

杂填土：色杂，松散～稍密，稍湿。主要为回填的建筑垃圾，具有结构不均匀、排列无规律性、孔隙率高等特点，层厚0.5～2.0m。

人工填土：褐黄、褐灰色，稍湿。由人工回填的粉土和粉质黏土组成，含少量硬杂质及植物根系。层厚0.5～2.9m。

淤泥：灰黑色，含有机质及少量贝壳，呈饱和、流塑状态，层厚7.5～10.0m。

淤泥质黏土：灰黑色，含约15%的细砂，呈饱和、可塑状态，层厚1.0～3.0m。

砂质黏性土：褐黄、灰白色, 呈饱和、硬塑状态, 层厚1.8～7.9m。

强风化粉砂质泥岩：棕褐色、棕红色、紫红色，湿，岩体结构已基本破坏，风化裂隙发育，主要呈土状、碎块状及短柱状，层厚1.0～4.3m。

中风化粉砂质泥岩：棕褐色、棕红色、紫红色、灰黄色，稍湿，节理不发育，层理较为清晰，岩芯呈柱状、长柱状，局部夹微风化薄层；软岩，岩体较完整，揭露厚度2.6～4.2m[1]。

3 裂缝原因分析

本工程裂缝由地基变形问题引起，基础在竣工使用期间发生较大沉降差，其值超过了结构开裂的容许范围，因此导致结构墙体开裂。由于软土地基的变形是一个缓慢的过程，通常在施工期内，其变形量较小，不足以对建筑物整体构成明显的影响，通常都不会被及时重视。因此，变形问题经常在建筑物竣工后，甚至使用多年后才暴露出来。

3.1 淤泥层的力学性质

本场地的淤泥层在填土层下7.5～10.0m范围，厚度较厚，其物理力学性质为天然含水量74.4%，孔隙比2.05，压缩系数1.6MPa-1，渗透系数4x10-7cm/sec。该淤泥层的渗透性较差，而压缩性较大，所以在荷载作用下，会发生较大的沉降，而且沉降的发展非常缓慢。

3.2 墙体斜裂缝成因

本工程承重墙体基础采用预应力混凝土管桩基础，设计要求管桩穿透淤泥层进入砂质黏性土。但地勘报告不详，管桩长度平均13.0m，其中部分桩进入了设计持力层，而部分桩遇到漂石或其他原因，没有穿透淤泥层而成为悬桩，这些问题桩，有的桩底下面甚至还有3～4m的淤泥层，因此在沉降方面，桩与桩之间则存在严重差异。

穿透持力层的桩，其沉降主要来自桩端下持力层的压缩变形，其沉降量是很小的；而悬在淤泥层中的问题桩，其沉降主要来自淤泥层的压缩变形，由于淤泥层很厚且压缩性非常大，因此这些桩的沉降值特别大。这就使得墙体中产生拉力和剪力，当这种附加力超过墙体的抗拉抗剪强度时，裂缝就会产生，且这些裂缝会随着地基不均匀沉降的增加而增大。通常这种裂逢成斜裂缝，且裂缝走向凹陷处。

3.3 室内地面开裂

对于地质良好的工程，墙体的荷载可直接由条基传递到持力层，或者通过地梁、承台和桩传递到持力层，由于地质情况良好，桩、地梁和墙体的沉降都比较均匀；但当地基存在较厚的压缩性很大的淤泥层时，假设墙体下设置的桩基础全部满足设计要求，如果一层地面没有设置结构板，并且没有采取任何地基处理，这样楼面就会在与墙体相交处产生很大的沉降差，由于这种不均匀沉降，地面结构层先形成锅底状，当差异沉降发展到一定程度时，地面层将发生开裂[2]。

4 地基加固

4.1 问题桩的处理

正如前面所述，墙开裂的原因主要是桩持力层不同，造成的不均匀沉降。处理原理是消除桩基础的沉降差或减小它们的沉降差到容许的范围内。根据这个思路，采用处理“问题桩”下卧淤泥层，改善其力学性质，减小压缩变形的方法。通常处理方法有高压旋喷法、注浆法等，通过钻孔将水泥浆注进淤泥层，将淤泥变成水泥土，形成工程性质良好的持力层。经过方案对比和费用估算，本工程最终确定采用高压旋喷法。

（1）施工控制参数

由于本工程已处于使用状态，给加固处理带来了一定施工难度。借鉴以往经验，结合项目情况，最终选定如下控制参数：

（1）旋喷桩直径：砂层和淤泥层中采用0.5m，砂质黏土层中采用0.4m。

（2）钻孔旋喷桩间距1.0m，施工水压为20MPa，喷气压力不小于1MPa，浆液压力为26～28MPa，提升速度为16～18cm/min，旋转速度为20～25r/min。

（3）水泥浆液水灰比为1：1，旋喷桩桩身强度在淤泥段不小于1.5MPa，砂质黏土中不小于3MPa。

（4）成桩后应逐桩对桩身强度、成桩质量及加固效果进行抽芯检查。

（2）施工处理过程

①根据图纸及现场情况放样，做好明确的标志，确保旋喷桩机定位准确，使钻机尽可能贴近墙身并保持左右水平。根据桩基处理深度将钻杆内倾0.3%～0.5%，确保桩体与旋喷体紧密结合。

②水泥浆按水灰比1：1配制，即100kg水泥加100kg水搅拌成的浆液，浆液必须搅拌均匀，经筛网过滤后备用。水泥用量按桩长不小于240kg/m，搅拌时间不小于2min。搅拌均匀后经过过滤进入压浆泵。为加快水泥凝结，在水泥浆液中掺入1.5%的氯化钙作为早强剂。

③施工时，为了不影响桩的正常使用，减少桩施工时的沉降，采用隔桩跳打的施工方法，即一根桩处理完成后，隔一个桩位进行处理，确保旋喷桩施工间隔时间不小于24h。

④施工时，钻入处理层后，先用以20MPa的压力按18～20cm/min的速度由上而下喷射切割土体，将泥浆和部分土体颗粒置换；再由下而上以26～28MPa/min的压力喷出水泥浆与剩下的土颗粒搅拌混合，喷射水泥浆时喷灌的提升速度控制为16～18cm/min。

⑤因旋喷桩较长，注浆管不可能一次提升完成，如遇停浆时间过长，应将喷浆头提出地面试喷，在确保正常喷浆后，才能将喷浆头下到确定位置继续喷浆。同事为防止注浆中断造成桩体不连续或产生软弱夹层，影响桩体的整体承载能力，施工时必须控制搭接长度大于30cm。

（3）加固效果

经过高压旋喷水泥桩加固处理后6个多月时间的稳定观测，记录观测沉降量为零，并且墙体裂缝未继续发展。

4.2 地面裂缝处理

本工程场地有深厚的淤泥层，在房屋建造时，并没有对地基作任何的处理，现在的室内地面沉降已无法避免。理论上可通过采取措施控制淤泥层的压缩变形，进而减少地面沉降，但这种处理方法成处理费用较大。而根据本项目的实际功能要求，也没必要将地面的沉降消除或控制在允许范围。因此，处理此种问题的主要思路是控制地面的开裂，消除室内地面的锅底状变形，满足正常使用功能即可。根据此思路，最终选取了一种较为经济有效的办法：沿地梁或墙边的将墙体和地面结构层分离，然后一道隔离缝，再用泡沫材料填充。这样可以保证室内地面比较均匀的沉降，保证地面裂缝不再继续开展[3]。

5 结束语

建筑基础的地基存在较厚的淤泥层时，使用期间容易出现不均匀沉降问题。由于这些土层的变形是一个缓慢的时间过程，在建筑施工时，其变形量还不足以对建筑物构成明显的影响，通常不会得到足够的重视，因此变形问题经常在建筑竣工后显露出来，此时往往已造成较为严重的损失。基础沉降加固处理时，应首先对其沉降原因进行分析，然后根据原因制定加固设计方案，这样才能避免加固时出现次生损伤。

[1] GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2013.

[3] 潘振武.建筑工程地基基础变形分析与加固处理[J].广东公路交通,2006,(3):55-57.