高層建筑物沉降的形成原因及處理方法

張楊

隨著社會城市化進程的不斷發(fā)展，越來越多的高層建筑物開始涌現(xiàn)。高層建筑的特點是層數(shù)多，重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。現(xiàn)代高層建筑一般具有復(fù)雜的功能，可以用作住房或商用等，建筑內(nèi)部的系統(tǒng)也較為復(fù)雜，建設(shè)要求指標(biāo)較高，對施工方的建設(shè)水平有較高的要求。大多采用鋼筋混凝土作為施工材料，造價昂貴，比重大。

然而，由于各種因素的綜合影響，使建筑物主體結(jié)構(gòu)發(fā)生地基沉降現(xiàn)象，地基沉降現(xiàn)象是一種建筑物的地基土層在上部壓力作用下，不斷壓密而形成的地基表面下沉現(xiàn)象。具體的沉降形式有：瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三種情況。細微的沉降在允許范圍內(nèi)是可以忽略不計的，但是幅度過大的超限沉降，尤其是不均勻沉降現(xiàn)象會使建筑物外皮開落，墻身發(fā)生開裂、傾斜甚至導(dǎo)致建筑物坍塌。因此，分析地基沉降成因，并進行有效的控制，是避免發(fā)生以上事故的有效手段。

地基沉降的形成原因：

第一種情況，是由地基自身地質(zhì)條件而產(chǎn)生的沉降。土的工程性質(zhì)與土的形成環(huán)境、過程、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造密切相關(guān)。在自然條件的綜合作用下，形成各種結(jié)構(gòu)性質(zhì)的土壤類型。不同類型土壤的結(jié)構(gòu)組成和顆粒級配也大不相同。物理性質(zhì)更是千差萬別。尤其是承載力和可壓縮性是影響建筑物沉降的重大原因。

第二種情況，是由設(shè)計者結(jié)構(gòu)設(shè)計失誤而產(chǎn)生的沉降。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在工程初期對建筑物進行建模計算，為了追求建筑物的外形美觀或者滿足設(shè)計風(fēng)格需要而設(shè)計建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、長度過長、凹凸角過多，甚至結(jié)構(gòu)層高相差過大，建筑物承載數(shù)值不準(zhǔn)確以及建筑物整體剛度設(shè)計不足等，都是導(dǎo)致建筑物發(fā)生沉降的原因。

第三種情況，是由施工人員造成的沉降。在工程可行性行研究階段，對工程地質(zhì)條件沒有做詳細的勘察，對土壤的土質(zhì)條件，包括成分、土層結(jié)構(gòu)是否均勻、物理化學(xué)性質(zhì)未做認真檢測。對土壤勘察深度不夠，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的暗洪、坑洞等惡劣的地質(zhì)條件，報告中，未能正確顯示地下水水位流向、土層性質(zhì)，使設(shè)計人員分析錯誤，從而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題。在施工階段，建筑物基礎(chǔ)部分圍護結(jié)構(gòu)與混凝土柱之間未按規(guī)范進行施工，建筑物基礎(chǔ)部分直接在墊層部分砌筑或者基礎(chǔ)設(shè)計不合理，在混凝土澆筑過程中，偷工減料導(dǎo)致水灰比失調(diào)，造成灰縫砂漿強度分布不均勻，強度不足，建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫，致使建筑物主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降。部分建筑物竣工后，住戶自行進行拆改，導(dǎo)致建筑物荷載發(fā)生變化，也是造成建筑物主體結(jié)構(gòu)沉降的主要原因。

基于以上原因分析，對預(yù)防地基沉降應(yīng)相應(yīng)的采取如下措施：對于自身地質(zhì)條件造成的地基沉降，應(yīng)在地質(zhì)勘察階段，做好測量的數(shù)據(jù)采集與土質(zhì)檢驗工作。對于建筑物的巖土工程勘察，應(yīng)在搜集建筑物上部載荷、功能特點、結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式、埋置深度和變形限制等方面相關(guān)資料的基礎(chǔ)上進行。地基基礎(chǔ)的處理好壞直接影響建筑物的堅固耐久性，隨著氣候和自然環(huán)境的變化，不同地域的地質(zhì)條件也會發(fā)生變化，但是無論如何變化，作為施工人員，都要保證地基基礎(chǔ)對高層建筑具備足夠的承載力。因此，做好地基加固工作，是進行下一步施工的基本要求。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不滿足施工條件時，可以采用人工方法進行地質(zhì)條件改善。常見的人工地基有采用分層填土方式換土墊層，對土層進行反復(fù)碾壓夯實，通過排水的方式使土壤固結(jié)，向土體加入化學(xué)物質(zhì)加固土層。

對于設(shè)計失誤造成的沉降，應(yīng)盡力保證勘察報告的完整性，可靠性，真實性。在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，對建筑物的結(jié)構(gòu)進行進行設(shè)計。對建筑物的外形設(shè)計，力求簡單，避免出現(xiàn)過的凹凸轉(zhuǎn)角；建筑物的長高比越小，整體剛度越好，一般控制在2.5～3之間。通過變形縫將建筑物分割成若干個獨立的單元，各單元發(fā)生沉降，互不造成影響。建筑物越高，沉降縫越寬，具體的縫寬和構(gòu)造之間的關(guān)系參考有關(guān)規(guī)范。各建筑物間預(yù)留沉降量，當(dāng)有管道貫通建筑物時，應(yīng)預(yù)留出足夠的孔洞，或采用柔性接頭。在進行地基基礎(chǔ)部分設(shè)計的時候，應(yīng)考慮變形值，通過設(shè)置圈梁和混凝土構(gòu)造柱來抵消這部分變形。另外，在保證力學(xué)性能的同時，減少建筑物自身重量，也是預(yù)防變形的方法。

對于施工過程中可能造成的沉降，可以采用以下方法進行預(yù)防。在基坑開挖階段，做好地基處理。常見的方法有：換填墊層法、強夯法、強夯置換法、振沖法、砂石樁法、碎石樁法等。地基處理是為了提高地基的承載能力，改善其變形性質(zhì)或滲透性質(zhì)而采取的人工處理地基的方法。處理對象主要是指軟弱地基和特殊土地基。通過地基處理之后的土層，有效的提高地基土的強度，改善低地基土的變形性質(zhì)及均勻性，滲透性，消除特殊土的特殊性。在進行地基處理之前，應(yīng)準(zhǔn)確掌握設(shè)計要求，采用合理的施工工藝將砂石等原材料依據(jù)質(zhì)量、顆粒級配，選擇合適的配合比攪拌均勻，在施工過程中，應(yīng)檢查分層厚度、分段施工時搭接部分壓實情況、加水量、壓實遍數(shù)、壓實系數(shù)。施工結(jié)束后，應(yīng)檢驗砂石地基的承載能力。施工過程中，應(yīng)采取保護措施保護基坑邊坡土體穩(wěn)定，防止坍塌。當(dāng)建筑物出現(xiàn)高低和輕重差別的部分時，應(yīng)先施工樓層高、重的部分，待該部分有一定沉降后，再施工樓層低、輕的部分，如果需要管道貫通兩個部分，應(yīng)待兩部分都有一定沉降量后再進行連接。避免產(chǎn)生沉降差異。在進行主體部分施工時，應(yīng)嚴格按照設(shè)計強度等級，進行施工。在基坑周圍，不要放置質(zhì)量較重的物品，防止出現(xiàn)附加沉降。

綜上所述，隨著高層建筑的逐步發(fā)展，對于地基部分的要求越來越高。從而對勘查人員、設(shè)計人員、施工人員的要求也越來越高，這就需要工程技術(shù)人員充分運用自身的專業(yè)知識，掌握最真實準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，采用最合理、正規(guī)的方法，對土層進行勘察、測量、施工，科學(xué)的預(yù)防地基沉降帶給建筑物的破壞作用。從而保證社會城市化進程的步伐，確保建筑物的安全性、穩(wěn)定性和耐久性，從而建設(shè)出質(zhì)量一流的高層建筑。

（作者單位：秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院）