高层建筑物沉降的形成原因及处理方法

张杨

随着社会城市化进程的不断发展，越来越多的高层建筑物开始涌现。高层建筑的特点是层数多，重量大，结构复杂。现代高层建筑一般具有复杂的功能，可以用作住房或商用等，建筑内部的系统也较为复杂，建设要求指标较高，对施工方的建设水平有较高的要求。大多采用钢筋混凝土作为施工材料，造价昂贵，比重大。

然而，由于各种因素的综合影响，使建筑物主体结构发生地基沉降现象，地基沉降现象是一种建筑物的地基土层在上部压力作用下，不断压密而形成的地基表面下沉现象。具体的沉降形式有：瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三种情况。细微的沉降在允许范围内是可以忽略不计的，但是幅度过大的超限沉降，尤其是不均匀沉降现象会使建筑物外皮开落，墙身发生开裂、倾斜甚至导致建筑物坍塌。因此，分析地基沉降成因，并进行有效的控制，是避免发生以上事故的有效手段。

地基沉降的形成原因：

第一种情况，是由地基自身地质条件而产生的沉降。土的工程性质与土的形成环境、过程、成分、结构、构造密切相关。在自然条件的综合作用下，形成各种结构性质的土壤类型。不同类型土壤的结构组成和颗粒级配也大不相同。物理性质更是千差万别。尤其是承载力和可压缩性是影响建筑物沉降的重大原因。

第二种情况，是由设计者结构设计失误而产生的沉降。结构设计人员在工程初期对建筑物进行建模计算，为了追求建筑物的外形美观或者满足设计风格需要而设计建筑物结构复杂、长度过长、凹凸角过多，甚至结构层高相差过大，建筑物承载数值不准确以及建筑物整体刚度设计不足等，都是导致建筑物发生沉降的原因。

第三种情况，是由施工人员造成的沉降。在工程可行性行研究阶段，对工程地质条件没有做详细的勘察，对土壤的土质条件，包括成分、土层结构是否均匀、物理化学性质未做认真检测。对土壤勘察深度不够，未发现内部的暗洪、坑洞等恶劣的地质条件，报告中，未能正确显示地下水水位流向、土层性质，使设计人员分析错误，从而出现结构问题。在施工阶段，建筑物基础部分围护结构与混凝土柱之间未按规范进行施工，建筑物基础部分直接在垫层部分砌筑或者基础设计不合理，在混凝土浇筑过程中，偷工减料导致水灰比失调，造成灰缝砂浆强度分布不均匀，强度不足，建筑物基础产生裂缝，致使建筑物主体结构产生不均匀沉降。部分建筑物竣工后，住户自行进行拆改，导致建筑物荷载发生变化，也是造成建筑物主体结构沉降的主要原因。

基于以上原因分析，对预防地基沉降应相应的采取如下措施：对于自身地质条件造成的地基沉降，应在地质勘察阶段，做好测量的数据采集与土质检验工作。对于建筑物的岩土工程勘察，应在搜集建筑物上部载荷、功能特点、结构类型、基础形式、埋置深度和变形限制等方面相关资料的基础上进行。地基基础的处理好坏直接影响建筑物的坚固耐久性，随着气候和自然环境的变化，不同地域的地质条件也会发生变化，但是无论如何变化，作为施工人员，都要保证地基基础对高层建筑具备足够的承载力。因此，做好地基加固工作，是进行下一步施工的基本要求。当地质条件不满足施工条件时，可以采用人工方法进行地质条件改善。常见的人工地基有采用分层填土方式换土垫层，对土层进行反复碾压夯实，通过排水的方式使土壤固结，向土体加入化学物质加固土层。

对于设计失误造成的沉降，应尽力保证勘察报告的完整性，可靠性，真实性。在确保数据准确的基础上，对建筑物的结构进行进行设计。对建筑物的外形设计，力求简单，避免出现过的凹凸转角；建筑物的长高比越小，整体刚度越好，一般控制在2.5～3之间。通过变形缝将建筑物分割成若干个独立的单元，各单元发生沉降，互不造成影響。建筑物越高，沉降缝越宽，具体的缝宽和构造之间的关系参考有关规范。各建筑物间预留沉降量，当有管道贯通建筑物时，应预留出足够的孔洞，或采用柔性接头。在进行地基基础部分设计的时候，应考虑变形值，通过设置圈梁和混凝土构造柱来抵消这部分变形。另外，在保证力学性能的同时，减少建筑物自身重量，也是预防变形的方法。

对于施工过程中可能造成的沉降，可以采用以下方法进行预防。在基坑开挖阶段，做好地基处理。常见的方法有：换填垫层法、强夯法、强夯置换法、振冲法、砂石桩法、碎石桩法等。地基处理是为了提高地基的承载能力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。处理对象主要是指软弱地基和特殊土地基。通过地基处理之后的土层，有效的提高地基土的强度，改善低地基土的变形性质及均匀性，渗透性，消除特殊土的特殊性。在进行地基处理之前，应准确掌握设计要求，采用合理的施工工艺将砂石等原材料依据质量、颗粒级配，选择合适的配合比搅拌均匀，在施工过程中，应检查分层厚度、分段施工时搭接部分压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。施工结束后，应检验砂石地基的承载能力。施工过程中，应采取保护措施保护基坑边坡土体稳定，防止坍塌。当建筑物出现高低和轻重差别的部分时，应先施工楼层高、重的部分，待该部分有一定沉降后，再施工楼层低、轻的部分，如果需要管道贯通两个部分，应待两部分都有一定沉降量后再进行连接。避免产生沉降差异。在进行主体部分施工时，应严格按照设计强度等级，进行施工。在基坑周围，不要放置质量较重的物品，防止出现附加沉降。

综上所述，随着高层建筑的逐步发展，对于地基部分的要求越来越高。从而对勘查人员、设计人员、施工人员的要求也越来越高，这就需要工程技术人员充分运用自身的专业知识，掌握最真实准确的数据，采用最合理、正规的方法，对土层进行勘察、测量、施工，科学的预防地基沉降带给建筑物的破坏作用。从而保证社会城市化进程的步伐，确保建筑物的安全性、稳定性和耐久性，从而建设出质量一流的高层建筑。

（作者单位：秦皇岛职业技术学院）