某仓库地面沉降病害分析

蔡永生

（上海勘察设计研究院（集团）有限公司，上海 200093）

0 引 言

作为我国经济较为发达的东部沿海地区，广泛地分布着软弱土层，这给工程建设带来了不少的问题，例如地基承载力偏低、沉降偏大和稳定性问题等。近年来，类似的工程问题层出不穷，引起了人们的高度关注［1-3］。

本文针对沿海某仓库出现的大规模沉降问题，对其原因进行了分析。通过对其场地成因、地基沉降和建筑结构安全的计算和分析，阐释了导致大规模沉降的原因。在分析计算的基础上，根据各个仓库的施工进程，提出了修复加固方案。本文的相关分析内容对类似工程的设计和施工具有借鉴和指导意义。

1 工程背景

1.1 工程概况

拟建建筑主要包括 1 幢高层综合楼、1 幢配套办公楼、1 幢变配电房、3 幢门卫、4 幢仓库，总用地面积102 117m2，规划建设用地面积 86 834m2，总建筑面积61 621m2。单幢仓库建筑面积约为 7 060 m2；建筑结构选型采用门式刚架结构，轻钢屋盖结构体系；建筑结构的安全性等级为二级，建筑设计使用年限为 25年，抗震设防烈度为小于 6 度。

根据设计，场地地坪采用素土夯实 +300 mm 厚级配碎石 +180 mm 厚 C30 混凝土面层的处理方式，边跨采用Φ500@1 300 搅拌桩加固，梅花形布置，有效桩长 11 m。内部采用 Φ500@2 000 搅拌桩加固，梅花形布桩，桩长 10 m。

柱下采用桩基础，桩基采用 PC 400（95）A 管桩，有效桩长 26 m，单桩承载力 550 kN，以 ⑤2层黏土，⑤2a层含黏性土圆砾和 ⑤2b层粉细砂层为联合持力层。

1.2 工程地质概况

拟建项目位于东部沿海地区，场地属湖沼积平原区，地形开阔平坦，场地原为农田、菜地等，现已进行宕渣填筑，现地面高程一般为 3.50～4.56 m。

根据勘察结果，结合地基土层的成因、性质及室内土工试验、现场原位测试成果等，将勘察深度（最深 50 余米）揭示的地基岩土划分为 8 个工程地质层组。各层主要物理力学参数如表1 所示。

2 沉降分析与计算

2.1 工程概况

仓库结构封顶后，场地出现较大沉降，最大沉量约15 cm，场坪开裂，场地差异沉降明显，如图1 所示。根据现场监测资料，场地沉降并未稳定，仍在快速发展，对结构安全和后期使用功能均可能产生不利影响。因此，需采取有效的加固措施来减小地基的沉降量以及差异沉降。而在此之前，需对地基沉降进行分析计算。

图1 现场沉降照片

根据勘察资料与设计方案分析可知，引起场地出现较大沉降与差异沉降的原因主要有以下几个方面。

1）上部存在分布范围较广的附加荷载。由于场地整平的需要，现场大面积回填了厚度约为 1.00～2.00 m 的宕渣。此外，仓库室内地坪标高高出室外地坪 1.0 m，该部分亦采用宕渣回填，导致仓库区域回填厚度最大达到了 3 m。由于场地地层以黏性土为主，回填引起的沉降往往需要较长的时间才能完全固结。因此，在仓库施工过程中，回填引起的沉降仍在持续不断地发展，导致出现较大的沉降。

表1 地层分布及物理力学参数

2）搅拌桩加固深度偏小。拟建场地分布有厚度较大的淤泥，而搅拌桩加固时并未穿过该软弱土层进入性质相对较好的土层中，导致淤泥层出现较大的压缩量，引起场地出现较大的沉降。

3）基础形式的差异。由于柱下采用桩基础，以⑤2层黏土、⑤2a层含黏性土圆砾和⑤2b层粉细砂层为联合持力层，沉降量相对较小，而其他区域采用搅拌桩复合地基，沉降量相对较大，导致柱下基础与其他区域产生较大的差异沉降。

2.2 沉降计算

依据国家标准 GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》［4］对地坪的沉降进行计算。考虑到仓库区域回填土厚度约 2.0～3.0 m，主要由宕渣组成，该层土的压缩量有限，计算时可忽略回填土自身的压缩变形。

在新近回填土的作用下，下卧地基土尚未完全固结，因此需考虑该部分荷载引起的地基沉降；同时，需考虑使用荷载引起的地基沉降。地基总沉降即为以上两部分沉降之和。回填土厚度按最大厚度取值，则该部分附加荷载约 60 kPa，仓库设计使用荷载为 50 kPa，合计附加荷载约 110 kPa。由附加应力的组成可以看出，回填部分的占比约为 54 %，如果忽略该部分荷载则会导致计算量明显偏小。采用分层总和法计算地基最终沉降量约 70 cm。同时，根据行业标准 JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》［5］计算柱下桩基沉降量约为 6 cm，由此可见，柱下桩基的沉降量远远小于其他区域的沉降，导致差异沉降明显，引起地坪开裂。

3 加固方案

根据现场沉降发展情况分析，单纯的搅拌桩处理很难满足后期的使用要求。为了充分发挥已经施工的搅拌桩的作用，采用搅拌桩+混凝土预制方桩联合加固的方式，采用长短桩的设计思路，如图2 所示。混凝土预制方桩截面为 300 mm×300 mm，桩长为 25 m，以 ⑤2层黏土、⑤2a层含黏性土圆砾和 ⑤2b层粉细砂层为联合持力层，间距 4 m，采用梅花形布置。

4 有限元分析

图2 加固方案示意图

根据场地地质条件及仓库设计图纸，以单个柱下桩基及周围影响区域作为分析对象，建立有限元模型，尺寸为 21 m×4 m×48 m，如图3 所示。将仓库地板与柱下桩基承台和地梁脱开，分别计算加固前后地基沉降量。

图3 有限元模型示意图（单位：m）

图4为有限元分析结果，由计算结果可知，采用搅拌桩+混凝土预制方桩联合处理的方法，能够明显降低地基沉降，估算最大沉降约 21 cm，与柱子的差异沉降约 4 cm。考虑到加固前地基已经产生了约 15 cm 的沉降量，在后续使用过程中，地基沉降量基本控制在 10 cm 以内，基本能够满足仓库的正常使用。在实际使用过程中，仓库并未出现较大的沉降量以及差异沉降，加固效果良好，如图5 所示。

图4 有限元计算结果

图5 仓库使用情况照片

5 结 语

本文针对沿海软土地区某仓库出现的大面积沉降的工程问题，采用规范计算方法和有限元模拟的手段分析了造成这一问题的主要原因，并获得了以下结论与建议。

1）在地基基础设计过程中，部分设计方案往往注重地基的承载力设计，而容易忽视地基的沉降问题，导致在建设或者使用过程中出现较大的地基沉降。

2）在沉降计算时，新近回填土层的自重应计入附加应力当中，否则，计算的沉降量将会小于实际值，导致出现工程问题。

3）后期加固由于限制条件较多，往往造成加固造价偏高，施工效率偏低，因此在设计时应该充分考虑潜在风险，优化设计，从而避免出现工程问题。Q