某高層商住樓沉降原因檢測與分析

安 炳

(甘肅土木工程科學研究院，甘肅 蘭州 730020)

某高層商住樓沉降原因檢測與分析

安 炳

(甘肅土木工程科學研究院，甘肅 蘭州 730020)

通過對某高層商住樓的檢測，分析了造成建筑物不均勻沉降的主要原因，指出基礎后澆帶的設置位置和封閉時間、復合地基軟弱下臥層及上部受力不均是造成不均勻沉降不可忽視的重要因素。

檢測，沉降，后澆帶，地基

1 工程概況

某高層商住樓為地下1層、地上17層鋼筋混凝土結構，裙房為框架剪力墻結構，主樓為剪力墻結構，平板式筏形基礎，地基處理采用孔內深層強夯法(DDC法)整片處理，地基基礎設計等級為甲級(全部消除濕陷性)。建筑物地下室為庫房，層高為4.20 m，地上1層層高3.30 m，2層層高為3.30 m，3層層高為3.60 m，4層～17層層高均為2.80 m，建筑室內外高差為0.30 m，建筑總高度為49.70 m。裙樓共3層，總長68.60 m，塔樓長27.80 m，寬20.60 m，總建筑面積為10 606.77 m2，其中地下建筑面積為875.01 m2，地上建筑面積9 731.76 m2。結構平面布置圖見圖1。商住樓于2012年9月進行復合地基處理施工，2013年3月開始主體結構施工，2013年9月主體結構封頂。2014年年初，現場施工單位在進行外墻裝修及電梯安裝施工過程中發現外墻及電梯井道存在傾斜變形現象，隨后對該建筑物做了進一步變形觀測，觀測發現該建筑物結構頂部四角出現明顯偏向西南方向的趨勢，且傾斜量較大，同時在樓內發現底部裙樓框架梁上已出現裂縫現象。

2 檢測目的

受該項目建設單位委托，在施工單位的現場配合下，我單位對該商住樓進行了現場檢測及驗算分析，觀測建筑物的傾斜程度，分析造成建筑物不均勻沉降的主要原因，并為后期的建筑物糾偏加固提供可靠的技術依據。

3 地質條件

3.1 場地地形地貌

該地地貌單元上劃分屬關川河西岸二級階地后緣，場地原為梯田地，東北低西南高，最大高差22.10 m。部分場地已整體土方開挖外運整平呈斜坡狀，最大高差9.90 m，場地寬闊。勘察期間據對場地周圍踏勘調查，未發現水洞、黃土碟形洼地、坍塌滑落痕跡，無已有建筑，植被稀疏。

3.2 場地地層巖性

③泥巖(N)：呈褐紅色，致密狀，主要成分為粘土礦物，泥質結構。1.5 m以上強風化，礦物成分已顯著變化，巖芯呈破碎狀。1.5 m以下中等風化，礦物成分部分發生變化，巖芯呈短柱狀。

建設現有場地上，筏板頂標高均為1 913.00 m。南側主樓設2層地下室，室外地面標高1 920.50 m，基礎頂面以上填土高度為7.50 m，東側及北側裙房均設1層地下室，室外地面標高1 916.90 m，基礎頂面以上填土高度為3.90 m，建筑物兩側填土高度相差3.60 m。

4 地基基礎現場檢測

4.1 地基處理要求

根據建設單位提供資料，地基采用孔內深層強夯法(DDC法)進行整片處理，以消除地基土的濕陷性及提高地基承載力。DDC法整片處理地基有關要求如下：DDC樁采用成孔400 mm，工后550 mm，間距為800 mm的正三角形布置，深度20 m，要求其填料壓實系數不得小于0.97，樁間土經擠密后的平均擠密系數不應小于0.95，最小擠密系數不應小于0.93。頂端做500 mm厚3∶7灰土墊層夯實。

4.2 地基檢測

在樓的周邊分別開挖5個探井進行樁體土和樁間土的檢測，探井開挖深度自筏板墊層底向下20.0 m，試驗土樣自3∶7灰土墊層底起，向下每1.0 m取土樣做土工試驗，并做6組樁體土擊實試驗和樁間土擊實試驗，分別換算出平均壓實系數和平均擠密系數，同時測定處理深度內樁間土的壓縮性和濕陷性。經開挖取樣，實驗室實驗，各個探井的壓實系數均在0.93～0.99之間，含水率在13.4%～29.2%，濕陷系數最大0.012，結合以上實驗數據，測得基礎施工符合要求。

4.3 基礎檢測

結合現場實際情況，發現主樓與裙房筏板基礎相連，主樓與裙房間僅在東側交界處設置一道800 mm寬沉降后澆帶。由施工方提供的封閉時間來看，關于后澆帶的封閉時間都在6個月以上。但實際合理的布置，不單單是在主群樓交界的東側設置，還應在交界處的北側設置另一條后澆帶。

5 地基基礎驗算分析

5.1 地基變形計算

5.1.1 復合地基處理調查

根據本工程巖土工程勘察報告，1號樓場地地下水位標高為1 888.00 m。根據原設計圖紙及現場檢測結果，±0.000 m標高相當于絕對標高1 917.20 m，筏板頂標高1 913.00 m，筏板厚度1 000 mm，筏板底標高1 912.00 m，筏板墊層底標高1 911.80 m，復合地基處理厚度20.00 m，復合地基層底標高1 891.80 m，角礫層頂面標高(平均值)1 873.70 m。由此可計算得，復合地基層底距地下水位3.80 m，復合地基層底距角礫層頂面18.10 m。

5.1.2 軟弱下臥層

根據本工程巖土工程勘察報告，探井TJ2土工試驗揭示：孔深28.50 m處(孔口標高1 919.50 m，取樣標高為1 891.00 m)土樣含水量達到30.9%，壓縮模量Es=4.8 MPa，已達飽和狀態，該位置距離復合地基層底0.8 m，已屬毛細飽和帶。

根據上述結果，復合地基層底土已屬飽和狀態，屬軟弱下臥層。復合地基層底距角礫層頂面18.10 m，因此，地基變形計算時軟弱下臥層厚度取18.10 m，下臥層壓縮模量取Es=4.0 MPa。

5.1.3 地基變形計算深度

根據現行國家標準GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范第5.3.7條：地基變形計算深度zn應符合下式的規定。當計算深度下部仍有較軟土層時，應繼續計算。

因復合地基處理層以下天然土層含水量較高，屬較軟土層，因此，地基變形計算深度應計算至角礫層頂面，計算深度為基底以下38.10m，其中，復合地基厚度為20.0m，軟弱下臥層厚度為18.10m。

5.1.4 復合地基壓縮模量

根據現行國家標準JGJ79—2012建筑地基處理技術規范第7.1.1條：復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ξ倍，ξ值可按下式確定：

其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa；fak為基礎底面下天然地基承載力特征值，kPa。

依據本工程孔內深層強夯法(DDC法)處理地基施工質量檢測報告，復合地基承載力特征值fak=280kPa；依據本工程巖土工程勘察報告，基礎底面下天然地基承載力特征值fak=100kPa，壓縮模量Es=7MPa，因此，可計算得復合地基壓縮模量為Es=19.6MPa。

5.1.5 地基變形計算

1)地基土分層。

根據復合地基現狀，地基變形計算時將地基土共劃分為3層，基底以下計算深度為38.10m。a.基底以上填土層，層厚5.40m，壓縮模量Es=7MPa，容重平均值γ=15.4kN/m3；b.基底以下擠密樁復合地基處理層，層厚20.0m，復合壓縮模量Es=19.6MPa，容重平均值γ=19.5kN/m3；c.復合地基以下軟弱下臥層，層厚18.1m，壓縮模量Es=4.0MPa，容重平均值γ=17.4kN/m3。

2)地基變形計算。

采用中國建筑科學研究院PKPM軟件JCCAD中筏板有限元計算程序按分層總和法計算筏板基礎沉降變形。經計算，在標準恒載(1.0恒)作用下，筏板計算最大沉降變形量224mm，其中，復合地基層計算最大沉降變形量為30mm，軟弱下臥層計算最大沉降變形量為194mm。由計算結果分析可知，地基變形主要發生在復合地基以下的軟弱下臥層。

經計算，在標準恒載(1.0恒)作用下，筏板計算最大沉降變形量224mm，最大沉降位于筏板主樓一側的西南角，筏板最小沉降變形量85mm，最小沉降位于筏板最北端。經分析，筏板最北端與西南角計算沉降差達139mm，筏板計算傾斜量達0.004，傾斜方向由北側偏向西南側方向，與現場已測得的結構整體傾斜方向一致。

5.2 筏板驗算

5.2.1 筏板反力驗算

經驗算，荷載效應標準組合下地基最大反力278kPa，小于處理后的復合地基承載力特征值為280kPa，地基承載力滿足設計要求。

5.2.2 筏板抗沖切驗算

經驗算，框架柱、剪力墻對筏板抗沖切驗算結果均滿足規范要求。

5.2.3 筏板偏心驗算

經驗算，荷載效應準永久組合下，筏板偏心驗算e/(0.1w/A)=9.03，大于GB50007—2011建筑地基基礎設計規范規定的1.0的限值，筏板偏心驗算結果不滿足規范要求。

5.2.4 筏板配筋驗算

經驗算，筏板實際配筋滿足計算要求。

6 沉降原因分析

1)后澆帶設置對基礎沉降的影響。后澆帶是目前解決主群樓差異沉降常用的辦法，封閉時間以及澆筑前期的理論計算是不可少，當計算所得的主群樓相鄰跨沉降差小于1‰時，才可封閉[1]。應用相關軟件，對該樓的實際后澆帶設置位置進行計算，主樓范圍內筏板沉降量在150mm～240mm之間，北側裙房范圍內筏板沉降量在85mm～160mm之間，相比之下筏板計算傾斜量達4‰。而在上面的偏心計算中，偏心高達e/(0.1w/A)=9.03，筏板偏心距明顯過大，在上部荷載作用下筏板重心明顯偏離裙房，而偏向主樓一側，而北側裙房與主樓間未設置后澆帶，導致北側裙房筏板與主樓筏板之間產生較大的差異沉降無法消除，引起整個筏板基礎整體傾斜，而上部結構隨之出現整體傾斜。因此后澆帶的設置，對沉降造成了不可忽視的影響。

2)軟弱下臥層對基礎沉降的影響。在對基礎進行檢測過程中，發現在探井的底部20m以下，出現了含水率30.9%，已達飽和狀態18.1m的軟弱下臥層。通過計算，基礎計算最大沉降變形量224mm，其中，復合地基層計算最大沉降變形量為30mm，軟弱下臥層計算最大沉降變形量為194mm。由計算結果分析可知，地基變形主要發生在復合地基以下的軟弱下臥層。

3)復合地基含水量對基礎沉降的影響。a.地基土含水量分析對比。根據1號樓地基檢測土工試驗結果，樁體土含水量在10.3%～29.2%之間，平均為16.8%，樁間土含水量在7.9%～23.5%之間，平均為14.7%，本次檢測樁體及樁間部分土樣含水量高于地基施工質量檢測報告中樁體及樁間土最大含水量。b.地基土含水量對沉降的影響。經分析，主樓南側探井樁體土及樁間土含水量偏高，南側1號探井樁體土最大含水量22.1%，樁間土最大含水量23.1%，南側2號探井樁體土最大含水量29.2%，樁間土最大含水量23.5%。根據主樓南側1號、2號探井土樣揭示，主樓南側復合地基局部范圍含水量偏高，導致復合地基承載力下降，壓縮模量減小，地基變形增大，而筏板范圍內地基變形不均勻易引起筏板基礎向地基變形較大一側出現傾斜。

4)主樓與裙房基礎覆土高度不同對基礎沉降的影響。依據原設計及現狀，主樓與裙房基礎相連，均為1 000mm厚筏板基礎，筏板頂標高均為1 913.00m。南側主樓設2層地下室，室外地面標高1 920.50m，基礎以上填土高度為7.50m，東側及北側裙房均設1層地下室，室外地面標高1 916.90m，基礎以上填土高度為3.90m，建筑物兩側填土高度相差3.60m，使整個筏板偏向主樓一側的填土自重應力相對較大，主樓筏板邊緣上填土荷載作用較大，地基變形相對較大，而北側、東側裙房填土的自重應力相對較小，裙房筏板邊緣上填土荷載作用相對較小，地基變形相對較小。因此，主樓與裙房基礎覆土高度不同、筏板邊緣覆土不均勻使地基基礎不均勻沉降加劇，導致筏板傾斜加劇。

在工程實踐中，同樣的地質層情況，作用在地基上的荷載差異性很大時，其下部地基的沉降速度和時間上也是不同的，結合土力學基本理論，固結沉降時間和上部作用的力是息息相關的，但從結構上分析，在不同的力的作用下，封閉處由于后期的沉降量不同步，也會造成封閉帶筏板的應力集中，對于有軟弱層的不均勻沉降就更為突出，最終致使上部結構傾斜。

7 結語

1)本工程檢測分析結論及處理建議。

根據對該建筑物的現場檢測及理論分析，對本工程的檢測分析結論及處理建議歸納如下：

a.基礎后澆帶設置不當、基礎下存在軟弱下臥層、復合地基含水量過大、主樓與裙房基礎覆土高度不同是造成基礎產生顯著不均勻沉降的主要原因。b.建議對地基軟弱下臥層采取措施進行加固處理。c.建議在結構沉降趨于穩定之后及時地進行糾偏處理。d.建議在結構上設置永久性沉降觀測點和水平位移觀測點，并制定變形觀測方案，定期進行沉降觀測和水平位移觀測，直至變形穩定。

2)針對同類工程的實踐意義。

通過對本工程的檢測與分析，有助于結構及巖土工程師在工程前期勘察、設計及后期施工過程中對可能出現的此類問題引起足夠的重視，對于同類工程，具有實際工程實踐意義。

[1] 邸道懷.沉降后澆帶封閉時間初探及工程實例[J].建筑科學，2012(28)：295-297.

[2] 張炳乾，李戰勝.基于實測數據的沉降預測方法綜述[J].山西建筑，2014，40(22)：48-49.

[3]JGJ79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

[4]GB/T50783—2012，復合地基技術規范[S].

Settlement of a building detection and analysis

An Bing

(GansuInstituteofCivilEngineering,Lanzhou730020，China)

The whole detection of a commercial building, and analyze the reasons that cause uneven settlement, after which the pouring position with the set-up and closing time, the differences of the lower and upper force of composite ground that the factors cause the uneven settlement can not be ignored.

detection, settlement, back strip, ground

2015-01-26

安 炳(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)10-0072-03

TU433

A