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展，越來越多的高層建筑物開始涌現。高層建筑的特點是層數多，重量大，結構復雜。現代高層建筑一般具有復雜的功能，可以用作住房或商用等，建筑內部的系統也較為復雜，建設要求指標較高，對施工方的建設水平有較高的要求。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，使建筑物主體結構發生地基沉降現象，地基沉降現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象。具體的沉降形式有：瞬時沉降、固結沉降和次固結沉降三種情況。細微的沉降在允許范圍內是可以忽略不計的，但是幅度過大的超限沉降，尤其是不均勻沉降現象會使建筑物外皮開落，墻身發生開裂、傾斜甚至導致建筑物坍塌。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，是由地基自身地質條件而產生的沉降。土的工程性質與土的形成環境、過程、成分、結構、構造密切相關。在自然條件的綜合作用下，形成各種結構性質的土壤類型。不同類型土壤的結構組成和顆粒級配也大不相同。物理性質更是千差萬別。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，是由設計者結構設計失誤而產生的沉降。結構設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計風格需要而設計建筑物結構復雜、長度過長、凹凸角過多，甚至結構層高相差過大，建筑物承載數值不準確以及建筑物整體剛度設計不足等，都是導致建筑物發生沉降的原因。

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，對工程地質條件沒有做詳細的勘察，對土壤的土質條件，包括成分、土層結構是否均勻、物理化學性質未做認真檢測。對土壤勘察深度不夠，未發現內部的暗洪、坑洞等惡劣的地質條件，報告中，未能正確顯示地下水水位流向、土層性質，使設計人員分析錯誤，從而出現結構問題。在施工階段，建筑物基礎部分圍護結構與混凝土柱之間未按規范進行施工，建筑物基礎部分直接在墊層部分砌筑或者基礎設計不合理，在混凝土澆筑過程中，偷工減料導致水灰比失調，造成灰縫砂漿強度分布不均勻，強度不足，建筑物基礎產生裂縫，致使建筑物主體結構產生不均勻沉降。部分建筑物竣工后，住戶自行進行拆改，導致建筑物荷載發生變化，也是造成建筑物主體結構沉降的主要原因。

基于以上原因分析，對預防地基沉降應相應的采取如下措施：對于自身地質條件造成的地基沉降，應在地質勘察階段，做好測量的數據采集與土質檢驗工作。對于建筑物的巖土工程勘察，應在搜集建筑物上部載荷、功能特點、結構類型、基礎形式、埋置深度和變形限制等方面相關資料的基礎上進行。地基基礎的處理好壞直接影響建筑物的堅固耐久性，隨著氣候和自然環境的變化，不同地域的地質條件也會發生變化，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。當地質條件不滿足施工條件時，可以采用人工方法進行地質條件改善。常見的人工地基有采用分層填土方式換土墊層，對土層進行反復碾壓夯實，通過排水的方式使土壤固結，向土體加入化學物質加固土層。

對于設計失誤造成的沉降，應盡力保證勘察報告的完整性，可靠性，真實性。在確保數據準確的基礎上，對建筑物的結構進行進行設計。對建筑物的外形設計，力求簡單，避免出現過的凹凸轉角；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，具體的縫寬和構造之間的關系參考有關規范。各建筑物間預留沉降量，當有管道貫通建筑物時，應預留出足夠的孔洞，或采用柔性接頭。在進行地基基礎部分設計的時候，應考慮變形值，通過設置圈梁和混凝土構造柱來抵消這部分變形。另外，在保證力學性能的同時，減少建筑物自身重量，也是預防變形的方法。

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，改善其變形性質或滲透性質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，應準確掌握設計要求，采用合理的施工工藝將砂石等原材料依據質量、顆粒級配，選擇合適的配合比攪拌均勻，在施工過程中，應檢查分層厚度、分段施工時搭接部分壓實情況、加水量、壓實遍數、壓實系數。施工結束后，應檢驗砂石地基的承載能力。施工過程中，應采取保護措施保護基坑邊坡土體穩定，防止坍塌。當建筑物出現高低和輕重差別的部分時，應先施工樓層高、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，應待兩部分都有一定沉降量后再進行連接。避免產生沉降差異。在進行主體部分施工時，應嚴格按照設計強度等級，進行施工。在基坑周圍，不要放置質量較重的物品，防止出現附加沉降。

綜上所述，隨著高層建筑的逐步發展，對于地基部分的要求越來越高。從而對勘查人員、設計人員、施工人員的要求也越來越高，這就需要工程技術人員充分運用自身的專業知識，掌握最真實準確的數據，采用最合理、正規的方法，對土層進行勘察、測量、施工，科學的預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、穩定性和耐久性，從而建設出質量一流的高層建筑。

（作者單位：秦皇島職業技術學院）