磚混結構住宅樓不均勻沉降成因分析及治理

安 臨 斐

(山西省陽泉市建筑工程質量監督站，山西 陽泉 045000)

?

磚混結構住宅樓不均勻沉降成因分析及治理

安 臨 斐

(山西省陽泉市建筑工程質量監督站，山西 陽泉 045000)

針對某磚混結構住宅樓不均勻下沉導致墻體開裂的問題進行了監測分析，闡述了回填地基存在的不均勻性、欠固結性及地下水的作用對地基的影響，并提出了住宅樓不均勻沉降的治理方法，增強了地基承載力，有效阻止了建筑物的變形。

住宅樓，不均勻沉降，變形監測，高壓旋噴樁

1 工程概況

某住宅樓建筑平面尺寸為62.9 m×21 m，建筑面積9 246.3 m2，磚混結構，6層帶地下室，場地原為一沖溝，后經人工回填并進行了強夯處理。基礎形式為筏板基礎。該工程2007年開工建設，2008年年底竣工。2010年7月發現建筑物墻體部分出現斜裂縫，2010年8月開始對建筑物進行變形監測，直至2011年10月斜裂縫有不斷增加的趨勢。

2 變形監測

2.1 沉降監測

1)監測點高程變化匯總。

通過對建筑物的沉降監測，分析判斷變形原因、規律及其發展趨勢，準確判定沉降變形程度和對正常使用功能及耐久性影響。

在建筑物周圍距室外地坪高度0.3 m～0.5 m部位均勻布設監測點，見圖1。

監測點沉降量變化規律如圖2所示。

2)各監測點變形階段特征。

從2010年8月～2011年10月，歷時14個月，建筑物變形經歷了兩個活躍期。第一個活躍期為2010年8月～10月，按變形曲線可分為兩種類型：1)單個峰谷型即曲線緩慢上升，達到頂峰，緩慢下降，曲線基本對稱;2)波狀多谷峰非對稱型。第1)種類型說明建筑物變形不均勻，起伏變化大，第2)種類型說明建筑物變形較均勻，起伏變化小，屬波動型。第二個活躍期為2011年3月～10月，且9月～10月達到高峰，之后變形趨于平緩。

根據以上分析，第一個活躍期屬于上部荷載作用下的壓密過程，地基壓密由大到小，地基土孔隙減小，以后趨于彈性壓密衰減，最終壓密與附加荷載基本達到平衡且處于緩慢壓密。該階段地基在上部荷載作用下的壓密使地基達到了一定的密實度，其強度和密實度滿足了上部荷載的需要，二者處于暫時的平衡狀態，2010年10月～2011年3月建筑物的變形緩慢亦證明了此點。第二活躍期，地基土在上部荷載作用下地基附加應力開始向深層地基土作用，繼續對其壓密，由于地基回填土厚度不一，產生了顯著的沉降差異，以2011年8月～10月為主要變形波動期，第一個活躍期后，累計沉降除A-3上升0.4 mm外，其余均下沉0.3 mm～0.7 mm，最大沉降差為1.1 mm。第二個活躍期后該樓的變形規律為從西向東沉降量逐漸增大，其中北側的4個監測點差異沉降最大為1 mm，而南側的4個監測點最大差異可達2.5 mm。從第二個活躍期開始樓房的差異沉降更加明顯，并產生了較第一個活躍期不同的變形量及較快的變形速率。

3)建筑物變形規律分析。

從變形監測結果分析，對建筑物的變形經歷了第一活躍期(2010年8月～10月)、過渡期(2010年11月～2011年3月)、第二個活躍期(2011年8月～10月)，活躍期變形較為激烈具振動型特點，過渡期較平穩，具近水平直線型特征。

第一活躍期：變形簡單，相對穩定區和下沉區沉降差異小，變形無明顯趨勢性，該階段是建筑物竣工兩年后的變形趨勢，這種變形態勢為上部結構、基礎和地基三者相互作用的初始階段，上部荷載通過基礎均勻作用于地基。地基施工階段對擾動帶裂隙空洞的密壓及上部結構自身對薄弱地帶的緊固作用形成了如圖1所示的建筑物變形場。基礎較穩定的變形引起上部結構的局部開裂，通過基礎的應力調整，地基、基礎和上部結構所處應力場達到了新的暫時平衡，這個過程從2010年8月～10月，大體經歷了3個月，之后建筑物變形規律發生了變化。建筑物變形進入了過渡期。

過渡期：如圖2所示，過渡期為2010年11月～2011年3月，在這5個月中監測點均處于緩慢下沉過程，該過程最大的特點是第一活躍期中的相對穩定區已不復存在，開始與下沉區一起非同步下沉。此種變形規律的變化為第二活躍期的變形發展奠定了基礎，同時，建筑物變形規律的轉化，也預示著基礎應力調整能力的下降。

第二活躍期：該活躍期為2011年3月～10月，經歷了8個月，在該階段建筑物的變形發生了質的變化，預示著地基在上部結構附加荷載作用下，地基的壓密效應和自重固結效應真正開始。在此階段建筑物的變形經歷了兩個亞階段，第一亞階段為2011年4月～7月，屬于起始階段；第二亞階段為2011年8月～10月，該亞階段屬變形高峰波動階段。

第一亞階段的起始變形場見圖3。

在過渡期應力重新分配后，東部區域受附加應力增大，地基變形隨之增加，從中部向東部依次增大，下沉量呈現東大西小的傾斜下沉。

第二亞階段的變形圖式見圖4，特點是：變形場模式規律化強勢發展，造就了建筑物以A-6，A-7，A-2點為范圍的傾伏式“向斜構造”變形圖式，從北側邊線A-6下沉0.5 mm，至南側邊線A-2點下沉1.9 mm，傾斜式向斜構造軸線斜率為4‰，其東翼端部A-8點上升了0.6 mm，A-1點下沉了0.4 mm，西翼端部A-5點基本未變，A-4點抬升了0.3 mm，軸部A-7點下沉了0.4 mm。

地基應力場由過渡期的由西向東漸次增大變成了沿軸線受力大(Ⅱ區)，兩翼受力小(Ⅰ區)的應力場，此種應力場使沿軸線傾伏端受力最大，仰起端受力較小，由軸線向翼部方向受力漸次減小，應力場的演化結果，使地基的變形更趨不均勻。

基礎應力場由過渡期的較均勻受力演變成了非均勻受力，Ⅱ區軸線范圍，由于受Ⅰ區即兩翼基礎的斜向擠壓，逐步演化成集中受力區，使基礎產生縱向(平行褶皺軸)的縱張裂隙帶和橫向裂隙帶，使基礎的完整性遭到破壞，上部結構在地基和基礎的應力場演化過程中應力會重新分配，其結果是基礎應力集中區墻體、地板受壓，導致局部壓碎；兩翼尤其是端部墻體、地板受拉，產生張拉裂縫。

2.2 室內裂縫變形監測

1)裂縫分布規律。由于樓房已入住，監測點布設于地下室不同區域的9處，地下室裂縫的分布規律：a.以斜裂縫為主，近水平裂縫次之，垂向裂縫發育程度差，僅7號點墻部位1處。b.裂縫橫向、豎向延展多1 m～2 m，貫通墻體者較少。c.同一部位單條者少，多為平行成組出現。d.裂縫寬度一般0.5 mm～1 mm，最大寬度1.5 mm，如圖5所示。

2)裂縫變形規律。經現場觀測3號、4號、8號、9號墻均位于中單元北側，其標記裂縫寬度逐步加寬，其寬度值在0.04 mm～0.28 mm不等，從2011年4月～10月，裂縫變形的時程曲線完整，其變化規律在過渡期或波狀或緩慢變大，在第二活躍期內裂縫漸次變寬至最大，10月份又處緩慢變窄態勢；5號墻體位于中單元中部區域，裂縫寬度變化時程曲線較完整，其變化規律是2011年4月～6月裂縫緩慢變小至最低值，7月～10月波狀變寬；7號墻體位于中單元南墻西側，時程曲線不完整，裂縫近于垂直，裂縫呈波狀變化；6號墻體位于中單元東部南墻，裂縫寬度變化時程曲線不完整，4月～5月裂縫呈折線變化；2號墻體位于東單元南墻西側，裂縫寬度基本未變，據此分析，中北部墻體裂縫變寬，應為建筑物南向北傾斜下沉所致。基于樓房裂縫寬度變化規律分析，裂縫變化呈波狀起伏，說明樓房變形未終止，北側8月～10月裂縫寬度變大，南側相對變窄，說明建筑整體向南側斜下沉，這與沉降測量檢測結果一致。另一方面，由于樓房裂縫以斜裂縫、平緩斜裂縫為主，垂直豎向裂縫較小，由此，裂縫寬度的變化與基礎變形的對應關系，在變形圖式反復變化的條件下難以確定，但裂縫寬度的變化對于判斷建筑物的變形程度及其穩定性是可行的。

2.3 變形的原因

1)回填土厚度差異是建筑物變形的關鍵因素。該建筑物地基坐于溝谷地域，西側填土平均厚度8.25 m，東側填土平均厚度22 m，縱向填土厚度相差13.75 m，橫向北側填土厚度9 m，南側12 m，填土厚度相差3 m。由于填土厚度大，回填過程中雖經分層處理，并采用了強夯，但地基回填土的均質性及力學特性對大面積深厚填土而言，難以做到均勻，強夯對于填土厚度大的區域，也難以使深層固結，因此，地基的均勻性和力學特性的差異是影響建筑物變形的關鍵因素。

2)原始地形特征對建筑物地基變形的影響。建筑物南側屬山麓斜坡，其上堆積了多道廢棄堆積物，回填地基土時，此部分可能不會處理，因此與新填地基土間就會存在軟弱界面，而北側不存在此種廢棄物填埋場，即不存在此種軟弱界面，當樓房地基應力調整過程中可能產生地基土的深層滑動，致使南側在第二變形活躍期產生深層滑動，導致中東部南側沉降大，北側抬升的局面。

3)地下水效應對地基變形的影響。該樓兩側變形活躍期均發生在8月～10月份，這并非偶然，由于地基沿原始沖溝走向分布，溝谷兩側北為狹長山脊，南為分布面積較大的山麓斜坡地形，溝谷中基巖與覆土接觸界面應有出露于原始地面的部分，界面出露部位有可能成為第四系潛水滲出點，賦存于出水點周圍，形成不均勻的滲水區域，隨著滲水量的增大，地下水位升高，對地基土的軟化效應范圍增大。另一原因則為大氣降雨沿地表的入滲水，造成對回填土地基的軟化，引起此階段下沉量偏大。

3 建筑物變形預期

回填土最大厚度為23 m，在6層樓帶地下室的上部荷載作用下，根據建筑地基的變形強度，地基的壓密和自重固結遠沒有完成。

1)地基壓縮層深度計算。

Zn=b(2.5-0.4lnb)。

其中，b為筏板基礎寬度，m；Zn為地基壓縮層深度，m。

2)地基沉降變形計算。

其中，S為地基最終變形量，mm；S′為按分層總法計算出的地基變形量，mm；ΨS為沉降計算經驗采數，取0.4；Po為對應荷載效應準永久組合的基底處的附加應力，kPa；Esi為基底第i層土的壓縮模量，MPa；Zi，Zi-1分別為第i層，第i-1層土的厚度；āi，āi-1分別為基礎底面處計算點距第i層，第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數。

經計算該樓壓縮層厚度為24.5 m，回填土處于壓縮層范圍，A-1點處回填土厚度23 m，最終壓縮量為48 mm，而監測累計沉降量為3.2 mm，說明沉降變形遠未完成，尚具有較大沉降空間。

4 補勘

對建筑物進行鉆孔補勘，共布置鉆孔15個，其中：圓錐動力觸探孔13個，一般性勘探孔1個，標準貫入試驗孔1個，累計鉆探總進尺251.4 m。鉆孔采用XY-100型液壓工程鉆機，鉆孔利用φ127 mm～φ108 mm硬質合金鋼鑲牙筒狀鉆頭不給水回轉鉆進，圓錐動力觸探及標準貫入試驗采用63.5 kg自動落錘。

通過補勘表明建筑物地基土內存在水源侵蝕，地基土局部被軟化，壓縮性增大，承載力降低，造成地基不均勻降低，導致建筑物上部結構多處變形、開裂。補勘結論與變形觀測分析一致。

5 治理方法

5.1 原理

在建筑物東側筏板基礎下，采用高壓旋噴樁(單噴與復噴相結合)施工工藝成樁，成樁后直接頂托原筏板基礎，通過高壓旋噴樁分擔上部結構荷載，阻止基礎及建筑物繼續下沉。同時利用施工返漿可以對密實度較差的基底以下土體間隙進行充填，增強原有地基承載力。

5.2 樁位布置及旋噴樁技術參數

在建筑物地下室布置旋噴樁，旋噴樁中心間距2.5 m～4.5 m，梅花形布置(見圖6)。

采用干法成孔，樁頂標高位于筏板基礎底面，樁深為地下室標高至粉質粘土下0.5 m，樁徑600 mm，選用42.5級普通硅酸鹽水泥，漿液采用純水泥漿液，水灰比0.8∶1，漿液中摻入2%～3%的速凝劑，旋噴壓力25 MPa～30 MPa，噴嘴孔徑及數目2 mm～3 mm(一個)，鉆桿旋轉速度15 r/min，鉆桿提升速度20 cm/min。

5.3 施工質量控制

先施工下沉比較嚴重的單元下伏樁體。如施工時因特殊原因造成停噴，接樁時應重新鉆入樁體內0.5 m，并在0.5 m內復噴2次。單噴時，坐底噴漿15 s，再按旋噴工藝提升噴射管，由下而上旋轉噴射注漿，提升過程中噴射管搭接長度不小于0.1 m。復噴時，在單噴基礎上，不改變噴射參數的條件下，對同一標高的土層做重復噴射，即提起一節旋噴桿，而后落下該節桿再提起，反復至噴完整根旋噴樁。旋噴完成后，由于漿液析水作用，使得樁頂部位回落，應及時用水泥漿液進行回灌。地基經治理后，對該建筑物進行了為期3個月的監測，未再發現新沉降，證明采用高壓旋噴樁技術有效阻止了建筑物的繼續下沉。

6 結語

回填地基雖經強夯處理，但存在不均勻性和欠固結性，這些特征與地下水的不利效應組合，導致了建筑物的變形開裂，通過監測分析與補勘，采用高壓旋噴樁加固提升了地基承載力，有效阻止了建筑物的變形。

On analysis of uneven settlement of brick-concrete structural living building and its treatment

An Linfei

(ShanxiYangquanArchitecturalEngineeringQualityMonitoringStation,Yangquan045000,China)

According to the wall cracks caused by the uneven settlement of some brick-concrete structure, the paper undertakes the monitoring analysis, illustrates the influence of the unevenness, incomplete consolidation and underground water of the refilling foundation on the foundation, so as to enhance the foundation loading capacity and prevent the building from being deformed.

living building, uneven settlement, deformation monitoring, high-pressure jet grouting pile

2016-11-21

安臨斐(1961- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0084-03

TU433

A