建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降原因與處理措施探討

吳震

【摘要】認(rèn)真分析和總結(jié)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降的原因，并采取針對(duì)性的措施切實(shí)加強(qiáng)對(duì)其的防治，才能更好的確保建筑工程的質(zhì)量。基于此，文章介紹一巖溶區(qū)多數(shù)樁基發(fā)生沉降的8層底框磚混結(jié)構(gòu)房屋處理的實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】建筑工程 基礎(chǔ)沉降 處理措施

建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降的原因有多種因素在發(fā)生作用，比如地基土質(zhì)比較軟弱或者是上部的結(jié)構(gòu)載荷不夠均勻等等，都會(huì)在一定程度上造成建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降不均勻，這樣就會(huì)使得建筑上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂或者是變形乃至是傾斜、破壞等多種不良的后果。

一、建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降帶來(lái)的危害

在建筑工程項(xiàng)目工程中，沉降雖然是一種不可避免的現(xiàn)象，但是沉降可以通過(guò)某些措施達(dá)到降低和消除的目的。因而在對(duì)其成因進(jìn)行分析之前，必須對(duì)其帶來(lái)的危害有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。地基的沉降，不僅會(huì)導(dǎo)致建筑物傾斜，還會(huì)因?yàn)榈鼗某两荡笥诮ㄖ锼艹惺艿臉O限時(shí)，導(dǎo)致建筑的墻體或樓面開裂，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑物傾斜，進(jìn)而對(duì)建筑功能的使用帶來(lái)影響，最終影響人的生命財(cái)產(chǎn)安全。而這些就是建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降帶來(lái)的危害。

二、實(shí)例分析

1.工程概況。該工程發(fā)生沉降的樓房占地面積588.6㎡，為層框架磚混結(jié)構(gòu)。主體完成第8層樓面，發(fā)現(xiàn)托梁出現(xiàn)裂縫，托梁下墻體出現(xiàn)斜裂縫。建設(shè)方隨即對(duì)該樓房進(jìn)行沉降觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)各層樓面均發(fā)生由北向南傾斜，兩端高差約50 mm，建筑物整體向南傾斜約6cm左右。沉降現(xiàn)象發(fā)生后，施工和設(shè)計(jì)單位認(rèn)定原因?yàn)榛鶚断氯芏错敯灏l(fā)生塌陷，并立即組織對(duì)發(fā)生最大沉降樁附近增加挖孔樁，以卸除該樁荷載。

2.沉降原因分析。判明該樓房基礎(chǔ)沉降的原因，是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行正確處理的關(guān)鍵。按一般做法，對(duì)樁基進(jìn)行鉆探即可查明基礎(chǔ)不均沉降的原因。但是該建筑上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工，無(wú)法進(jìn)行鉆探工作，導(dǎo)致事故原因只能通過(guò)對(duì)施工、檢測(cè)、事故現(xiàn)象的了解進(jìn)行推測(cè)。

（1）工程地質(zhì)條件。根據(jù)補(bǔ)勘報(bào)告，場(chǎng)地地層分布自上而下為：第一屬新填土。層厚6.6-7.2 m。根據(jù)原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，土體具高壓縮性，土質(zhì)不均勻，欠固結(jié)，故不提供承載力特征值。第二基巖：本場(chǎng)地下伏基巖西端為石灰?guī)r，東端為泥質(zhì)灰?guī)r。石灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值53.2MPa，泥質(zhì)灰?guī)r強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值12.9MPa。根據(jù)已經(jīng)掌握的工程情況該場(chǎng)地雖是巖溶區(qū)，巖溶頂板塌陷不可能會(huì)產(chǎn)生這么大范圍的沉降。

（2）樁基施工方法與質(zhì)量因素分析。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，基樁沉降具有突發(fā)性，樁基明顯沉降是在8層施工后發(fā)生的，說(shuō)明樁基下沉是由于8層荷載施加后，基樁所受外荷超過(guò)其極限承載力所致。其次是施工降水會(huì)導(dǎo)致樁基繼續(xù)沉降。挖孔樁實(shí)施降水同時(shí)沉降加劇，從該現(xiàn)象看，雖然這些樁是嵌巖樁，但是其受負(fù)摩阻力而下沉的特點(diǎn)，說(shuō)明這些樁呈現(xiàn)較明顯的摩擦樁特性。因此，該建筑樁基發(fā)生大量基樁沉降的原因極有可能是基樁樁端混凝土質(zhì)量差所致。

3.工程難點(diǎn)及處理方法

（1）工程難點(diǎn)與處理方案分析。根據(jù)以上分析，基樁樁端混凝土質(zhì)量差可能是該建筑發(fā)生大量基樁不均勻沉降的主要原因。因此，事故處理的重點(diǎn)應(yīng)該是加固原有基樁或提高基礎(chǔ)承載力，使其能承受設(shè)計(jì)荷載。與一般建筑基礎(chǔ)事故相比，該建筑處理有以下幾個(gè)特點(diǎn)需要考慮。第一建筑不能再容許任何沉降發(fā)生。各樁沉降量差異大，有些樁沉降達(dá)到10cm，但也有相鄰基樁的沉降幾乎為0，沉降為0的基礎(chǔ)表現(xiàn)出嵌巖端承樁的特征。這種沉降差異可導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了嚴(yán)重變形和裂縫，如果建筑還要下沉，而沉降為0的基樁仍不沉降，建筑的上部結(jié)構(gòu)情況會(huì)進(jìn)一步惡化，而且有可能誘發(fā)嚴(yán)重事故。第二地基可能難以承受大的擾動(dòng)。由于部分基樁沉降達(dá)到100mm，表現(xiàn)出較強(qiáng)的摩擦樁特征，而且其承載力已達(dá)極限。因此，加固方案應(yīng)盡量避免對(duì)地基產(chǎn)生新的擾動(dòng)，導(dǎo)致基礎(chǔ)承載力下降。第三基巖上覆蓋層很薄。加固方案必須考慮基巖埋深不大的特點(diǎn)，因此一般的預(yù)制樁托換，由于樁端不能嵌巖而無(wú)法采用。根據(jù)以上分析，最后選定鋼管樁進(jìn)行加固。在一根基樁附近施工3—4根鋼管樁，用承臺(tái)將鋼管樁聯(lián)系起來(lái)，在承臺(tái)上增加新柱向上與托梁相連分擔(dān)原柱的荷載。與其他地基基礎(chǔ)加固相比，鋼管樁施工設(shè)備高度可滿足要求，施工不需降水，樁端可嵌巖，因此是可行的方案。其缺點(diǎn)是加固成本相對(duì)偏高。

（2）鋼管樁處理方法。根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)劁摴軜妒┕つ芰φ{(diào)查，決定采用直徑159mm鋼管樁，鋼管壁厚5mm，采用鉆機(jī)成孔，套管護(hù)壁，鉆孔直徑為200mm，進(jìn)入基巖時(shí)改用直徑為168mm的鉆頭成孔，嵌巖深度不小1000mm。其設(shè)計(jì)按樁身材料計(jì)算得到鋼管樁單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為485.16kN；按地基條件計(jì)算可得石灰?guī)r區(qū)域鋼管樁單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值697kN；泥質(zhì)灰?guī)r區(qū)域鋼管樁單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為172kN。因?yàn)楫?dāng)?shù)剡€沒(méi)有在泥質(zhì)灰?guī)r上實(shí)施鋼管樁的經(jīng)驗(yàn)，因此還需要通過(guò)檢測(cè)驗(yàn)證設(shè)計(jì)成果，這對(duì)在上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工的建筑內(nèi)的樁基而言也是一個(gè)難點(diǎn)。由于施工空間有限而且還要做承臺(tái)，所以鋼管頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)高在地面以下1.0m左右的地方。因此將整個(gè)鋼管樁分為三節(jié)，最下面的一節(jié)長(zhǎng)約4.2 m，中間一節(jié)長(zhǎng)約3.0m，最上面的一節(jié)長(zhǎng)約1.6m。在距樁底0.6m左右設(shè)置兩個(gè)直徑約20mm的漏漿孔，如果漏漿孔太多，會(huì)在漏漿孔處出現(xiàn)較多的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而影響樁的承載力。這樣不僅可以適當(dāng)使鋼管樁與巖壁之間形成水泥漿固體，既包裹了鋼管防止鋼管銹蝕及則增強(qiáng)鋼管與孔壁之間粘結(jié)力，提高樁的承載力。所以灌漿孔上部4m不開孔，4m以下部分沿豎向每隔250mm鉆兩個(gè)直徑10mm，鉆孔交錯(cuò)布置。

（3）上部結(jié)構(gòu)處理方法。對(duì)于2層磚皮被壓碎的山墻，采取將壓碎山墻逐段切除，采用C30混凝土澆筑托換的方法處理。對(duì)于1層端部開裂和產(chǎn)生了斜裂縫的托粱。通過(guò)新增柱將托梁兩端抬起的方式即可得到處理。對(duì)于存在的裂縫，分以下幾種情況進(jìn)行：對(duì)于寬度小于0.2mm的微細(xì)裂縫，采用在混凝土表面涂刷防水涂膜以封閉微細(xì)裂縫的方法修補(bǔ)，防止混凝土保護(hù)層的碳化和有害離子對(duì)混凝土的腐蝕；對(duì)于底框梁側(cè)寬度為2.3mm的混凝土裂縫。采用低壓注漿法修補(bǔ)，再沿裂縫粘貼長(zhǎng)600mm、寬250mm的碳纖維布予以補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)于梁底出現(xiàn)的貫通裂縫，采用在梁側(cè)、底粘貼碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的方式處理。

4.施工效果及其驗(yàn)證。試驗(yàn)表明，對(duì)于泥質(zhì)灰?guī)r上的鋼管樁加載達(dá)到260kN時(shí)，托梁仍處于彈性狀態(tài)，而載荷試驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到了1.5倍鋼管樁豎向承載力設(shè)計(jì)值，這表明碳質(zhì)灰?guī)r區(qū)的鋼管樁承載力可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此本工程處理的鋼管樁設(shè)計(jì)是合理的。新增柱的內(nèi)力監(jiān)測(cè)表明，繼續(xù)施工的上部結(jié)構(gòu)的荷載主要施加在沒(méi)有沉降的原柱和采用鋼管樁作基礎(chǔ)的新增柱上，這與預(yù)期目的也是相符的。

目前，隨著建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象大量出現(xiàn)，人們對(duì)建筑工程基礎(chǔ)沉降的原因進(jìn)行了研究。建筑工程中需要采取必要的技術(shù)措施，避免或減輕基礎(chǔ)沉降的危害，這也是建筑工程界一個(gè)重要的課題。廣大建筑工程人員必須詳細(xì)了解建筑工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降的成因，并根據(jù)具體的工程狀況采取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理的控制措施，來(lái)降低基礎(chǔ)沉降從而提高建筑物的結(jié)構(gòu)安全。

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