山區地基處理失敗的案例分析

朱殿明 陳國慶

1 工程概況

某房地產開發小區3號樓,2006年12月竣工。2007年3月份,西側部位(主要是5單元)從地下室到頂層的墻體出現了裂縫。該樓為主體6層(層高2.9 m),地下室1層(高2.4 m)的磚混結構,樓長81.8 m,寬13.25 m,共 5個單元。在 2單元和3單元間(由西至東在48.85 m處)設有溫度伸縮縫一道。基礎為混凝土條形基礎,底板厚0.4m,基礎底寬1.8 m～2.0 m;地基處理采用級配砂卵石柱錘沖擴樁法,樁直徑0.45 m,間距1.04 m,長3 m～6 m。

2 工程地質條件

根據巖土勘察報告中土層形成的情況,3號樓3,4,5單元坐落于人工土(未分層壓密)填埋的沖洪溝部位,屬于工程地質Ⅱ區,1,2單元坐落于角礫土層埋藏淺的沖洪積扇臺地部位,屬于工程地質Ⅰ區。Ⅱ區沖洪溝底坡度變化大,最深處達12 m,淺處不足5 m,且人工土填埋時間只有4年～5年,該填土屬于欠固結土,且具有Ⅳ級自重濕陷性,顯示了地基的復雜性。

3 裂縫分布情況及特征

5單元墻體出現裂縫的部位:北外縱墻斜裂縫主要發生在廚房窗下角,裂縫向東傾斜;廚房側面的墻有稍向南傾斜的裂縫;北臥室窗下角均有豎向或略向東傾斜的裂縫;南、北臥室門洞口上部的墻體裂縫。從裂縫寬度看,廚房窗下角裂縫最寬處約為3.5 mm,裂縫較嚴重的住戶是5單元101戶～601戶北部及其對應的地下室外縱墻,且各戶裂縫較寬的部位及裂縫傾斜的方向一致,說明地基發生沉降較大的部位比較明確,主要是5單元101戶～601戶(廚房東側墻)偏東偏南的部位沉降大。

4 小區規劃方面的不足

小區原規劃的建筑平面布置圖中,3號樓的位置是兩幢獨立的樓,為提高土地使用率,后期變為81.8 m長的1幢樓(長高比4.4),使3號樓大部分坐落在人工土填埋的沖洪溝地質Ⅱ區,東部的兩個單元坐落在沖溝臺地的Ⅰ區,可以看出,要解決好如此大范圍地基的不均勻,欠固結性,濕陷性問題,技術難度大。

5 建筑、結構設計方面的不足

1)該樓如果設寬度較大的沉降縫而不是一條伸縮縫,就可針對土層的變化采取兩種不同的基礎形式或不同的地基處理方案去解決地基的大部分不均勻變形問題。2)結構設計應根據現行地基基礎設計規范關于軟弱地基的7.1.3和7.4中的規定,結構設計應考慮結構和地基的共同作用,如設計時適當減小部分基底壓力,同時加強基礎及上部結構剛度,如加大底板高度和圈梁配筋,就可以提高房屋結構的抗裂性和調節地基的部分不均勻變形。

6 地基處理設計方面分析

根據地基土的不均勻性和特殊性,采用級配砂卵石柱錘沖擴樁地基處理方案不妥。

6.1 違背了建筑地基基礎設計規范

規范中關于軟弱地基7.2.7的強制性規定,“復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求。對于地基土為欠固結土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土時,設計時要綜合考慮土體的特殊性質,選用適當的增強體和施工工藝”。本工程地質Ⅱ區的條件既是欠固結土,又具有高壓縮性和濕陷性,選用砂卵石填料作為增強體和柱錘沖擴樁工法應當認真研究其對地基的適用性和處理效果。目前柱錘沖擴樁方法還是一種半理論半經驗的方法,是近年被地基處理技術規范納入的一種方法,其復合地基的承載力和變形與卵石樁體長度、樁間土的情況關系密切。在沖溝部位的三個單元砂卵石樁長大于6 m,而東部兩個單元樁長大部分只有3 m,要保證擠密效果和受力層變形的均勻性難度很大。

6.2 違背了地基處理技術規范的兩個“不宜”

地基處理技術規范關于柱錘沖擴樁方法規定,“地基處理深度不宜超過6 m,復合地基承載力特征值不宜超過160 kPa”。而實際上卵石樁要進入沖洪溝底部的角礫層時,樁的長度需要約8 m,且復合地基承載力特征值需要達到180 k Pa。

6.3 違背了濕陷性黃土地區建筑規范

規范在地基處理的擠密法6.4.5條中的規定,“孔內填料宜用素土或灰土,必要時可用強度高的填料如水泥土等”。就本工程的濕陷性、不均勻性和要求較高的承載力看,選用灰土擠密樁或夯實水泥土擠密樁比砂卵樁更適宜。不僅樁體材料自身的穩定性好,而且8 m的樁長也易滿足,施工質量也比砂卵樁宜控制。

7 地基處理施工方面分析

1)砂卵樁長度不足。在沖溝部位的大部分砂卵樁未能按設計要求進入溝底角礫層。施工時實際沖擊樁孔頂標高為641.5 m(相對標高-2.9 m),勘察報告中住宅樓西南角19號鉆孔的角礫層頂標高是633.71 m,該處的沖擊孔深應當是641.5-633.71=7.79 m;由西至東約21 m處的17號鉆孔中角礫層的頂標高是633.55 m,該處的沖擊孔深應當是641.5-633.55=7.95 m。根據地基施工記錄的數據顯示,樁孔深度大部分小于6 m,小部分只有6 m,說明沖孔底部至少還有1.8 m～2.0 m厚(按6 m長樁計算)的填土未得到很好的擠密而形成了軟弱下臥層。

2)質量自檢方面控制不夠。根據現行地基處理技術規范,在施工過程和結束后的適當時間應對樁身及樁間土進行檢驗,作為自檢質量的評定依據。但在施工組織方案中只強調孔位和孔深的偏差,對施工過程中單樁沖擊砂卵石密實度的檢驗,對施工后樁間土的擠密和消除濕陷性的效果檢驗只字未提,實際上也沒進行檢驗。雖然在驗收資料中有檢測單位提供的凈載荷試驗檢測合格報告,但我們知道,報告中的凈載荷試驗是抽查性的檢測,具有局限性;另外復合地基凈載荷試驗數據,只能反映承壓板下主要受力影響范圍內復合土層的承載力和變形參數。本工程承壓板直徑為1.0 m,主要受力影響深度按1.5倍的承壓板直徑計算僅有1.5 m,也就是說,1.5 m以下的樁土承載力和變形參數基本上難以反映,也就不能反映出實際地基受力層全部的情況,因此,施工單位的自檢數據更為重要。鑒于復合地基凈載荷試驗檢測的局限性和影響深度的有限性,建議今后修訂相關的國標規范時,要特別強調施工自檢及檢驗項目,確保施工質量。

8 裂縫原因綜合分析和評價

通過對上述各方面存在的問題分析看出,造成墻體裂縫的原因是地基不均勻沉降所致。而造成地基的不均勻沉降,涉及到了規劃、設計、施工幾個方面。小區規劃僅考慮土地利用率而不考慮地質條件問題可謂不周;建筑、結構設計不考慮地基的復雜性而按均勻地基設計可謂不精心;地基處理方案選擇的適宜性可謂不妥;地基處理施工中樁長度不足,缺乏有效的自檢控制可謂錯誤。

9 結語

1)住宅小區、廠區的總體規劃,應當考慮場地的工程地質條件,做好宏觀性控制工作。2)建筑、結構設計必須考慮地基土的軟弱性和特殊性,不能將地基問題全部推給專業地基公司解決,應從結構和地基共同作用的角度出發,采取適當的設計措施,提高結構的整體性和剛度。3)確定地基處理方案,需對地基的適宜性、處理效果、可靠程度及結構情況綜合考慮,認真分析,確保實現地基處理目的。4)地基處理施工,除按設計要求嚴格施工外,施工單位進行全面有效的檢驗(自檢)非常重要,不能將處理效果完全依賴于抽查性的地基驗收檢測。也建議今后修訂相關規范時要特別強調施工自檢及檢驗項目,確保施工質量。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[2] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[3] GB 50025-2004,濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[4] 崔 健,馮靈芝.軟土地基的土方施工案例分析[J].山西建筑,2008,34(27):154-155.