關于某住宅樓不均勻沉降分析

陳雪清

（福建巖土工程勘察研究院有限公司廈門分公司）

1 工程概況

該住宅樓位于廈門市集美杏林杏濱路，建筑面積為1267m2，建筑物長度30.9m，寬為8m，層高為3m，為5層的小型砌塊建筑，其平面見圖1。該房屋坐落在軟弱土地基上，設計采用不埋式板基礎，于當年3月開工，8月完工，歷時僅5個月。竣工驗收時，房屋兩端3～5層的縱墻上有正八字細裂縫出現，逐設點觀測。當年9月22日至次年元月5日共進行量測4次，除證實了建筑物縱向有明顯鍋底狀變形外，還發現房屋往南傾斜，板基南面比北面累計平均多沉降了4.24cm。后因人為原因，未能長期監測。竣工9年后復查，發現該住宅橫向往南最大傾斜達10.8cm，已超過《危險房屋鑒定標準》（CJ13-86）第2.5.14條，關于建筑物墻體的最大傾斜不得超過墻體總高度0.7%的限值；且房屋兩斷的各層縱墻上正八字裂縫發展較快，頂層D軸線縱墻上的最大裂縫已達6mm。但該房屋四大角、中部及樓梯間設有構造柱，并層層均有圈梁拉通，頂層圈梁雖多處被拉斷，破壞仍不算嚴重。因此，決定進行加固處理。

圖1 住宅平面及樁位圖

2 工程地質

本工程在加固時，又進行了一次鉆探，其地質情況大致如下：

（1）填土：為棕紅色紅粘土回填，呈軟塑狀。其面層厚0.3～0.6m，為雜填土，含有不均勻雜亂分布的碎石、石塊和碎磚等，下層厚0.8～1.7m為素填土。該層平均厚為1.6m。

（2）粉土：灰黃色，結構松散，呈軟塑狀，含有機質，層厚1.2～2.1m，平均厚1.7m。

（3）粘土：褐色，呈可塑——軟塑狀態，層厚2.0～3.8m，平均厚3.0m。

（4）紅粘土：棕紅色，結構致密，呈硬塑狀態，層厚1.6～2.8m，平均層厚2.2m。

（5）砂卵石層：結構緊密，整體性好，層厚2.2～4.5m，平均厚3.3m。本層以下即為基巖。

3 事故分析

（1）住宅南面地基長期被水浸泡。不埋式板基礎持力層為填土層，在施工中遇雨使土壤含水量過多，未經翻曬就進行碾壓，曾形成橡皮土。后雖在面層加石塊、碎磚碾壓，但質量未能達到設計要求。填土層下②、③軟弱土層，分布不均勻，厚度差異大，結構松散，土質較弱，屬高壓縮性土層。加上建筑物南面中部櫥廁下水道滲漏，其室外水溝（25～40cm深）較淺，長期又被淤泥堆積堵塞，排水不暢，使附近板基下軟土層長期被浸泡，更增加土層的壓縮性；而建筑物北面臨道路的水溝深達2.0m，其地下水位比南面相對較低（加固鑿開板基也證實這一情況），土較干燥，壓縮性也較小。因此，地基產生了不均勻沉降。

（2）形心與重心偏差大。住宅設計中基礎板四周的外擴長度，未能按調整板基形心與上部結構荷載合力點相重合的計算方法來確定，在B和D軸線均往外擴長1.6m，房屋兩端擴長1.5m.。從住宅平面橫向布置分析，不難看出荷載偏重于南面，各層荷載較重的櫥廁、樓梯間及屋頂水箱均布置在中心線南側，計算得橫向偏心距達12.1cm，上部結構總荷載15378kN，基礎自重3307kN，偏心力距為1861kN·m，致使建筑物向便重的南面傾斜。從住宅平面縱向布置分析，兩端板基外擴較長，其上部荷載偏小；而中部擴長板基上，尚有樓梯間和底層陽臺等荷載，地基壓應力比兩端大，在板基厚僅25cm、剛度教差的情況下，建筑物縱向會產生鍋底狀不均勻沉降。

（3）房屋整體剛度較差，施工速度過快。該建筑物的長高比L/H=2.05﹤2.5，當房屋整體剛度好時，一般不會產生裂縫。但從住宅平面可看到，其兩外縱墻所開門窗洞口過多，又無直連通的內縱墻，因而整體剛度欠佳，對不均勻沉降調節能力差；加上該房屋施工速度過快。一般經驗，對高壓縮土在施工期間，沉降約完成沉降量15～20%。施工加荷過速，使砌筑過程中釋放大部分變形能量；還有小砌塊砌體的抗剪能力比粘土磚又低近兩倍。因此，導致房屋墻體開裂更為嚴重。

4 加固設計

綜上所述，造成住宅產生橫向傾斜、縱向鍋底狀不均勻沉降的主要原因是：板基下軟土層局部被水浸泡，及上部結構荷載的合力點與板基形心不重合而產生較大偏心力矩而造成。針對這些原因，除需清理水溝及修補有滲漏的下水道，使水流暢，避免水向板基滲透外，決定采用在板基內壓入少量鋼筋混凝土樁，使之形成疏樁基礎，來進行糾偏。疏樁基礎中樁與樁間土工作，主要有如下特點：

（1）疏樁基礎需樁數比一般常規樁基要少，當樁距大于6d（樁徑）且樁徑小時，形不成群樁塊體基礎，因而樁承載力可不考慮群樁效應，即單樁承載力之和就是樁的總承載力。

（2）為了使樁與板基共同工作，要求樁間土與板基不能脫空，即樁的沉降量不能小于板基的沉降量。因此，要求持力層不一定堅硬，需使樁有足夠的刺入量。一般這種樁是摩擦樁，只要樁距足夠大，即可不考慮它們之間的相互影響。

（3）當板基產生一定沉降時，樁應能充分發揮并開始始終保持其全部極限承載力，能分擔板基部分荷載，并把它傳到深層較好的土層中去，起到應力擴散作用，從而能有效地減少地基的沉降量。

將上述特點，應用到加固工程設計中，具體實施方法如下：

（1）在板基內布樁時，樁數與樁徑要疏而小，使壓入樁的總承載力即為單樁承載力之和。并且，樁在荷載便重的板基中部及南面多設，壓樁力也是中部大兩端小；要通過試算來選擇恰當的偏心距，使壓入樁的反力距，盡量與上部結構荷載偏心力矩相等。本住宅板基加固，我們僅選擇了21根樁，壓樁力兩端及中部分別為250kN及300kN，總壓樁力為5.9×103kN，是上部結構荷載的38.3%，布樁位置見圖1，這里僅計算壓入樁的橫向偏心距及偏心反力距。

偏心距：

y=（1200×2.3+1600×2.7+600×5.2）/5900+（300×5.5+2200×8.5）/5900=5.18m

e=11÷2-5.18=0.32m

偏心反力距：

M=5900×0.32=1888kN.m＞1881kN·m

即與上部荷載偏心造成的力矩很接近。

（2）從地基容許承載力驗算可知，對板基下持力土層及軟弱下臥層的承載力均可滿足設計要求，唯板基底面地基的平均壓力P=50.1kPa，雖小于地基容許承載力f=60kPa，但考慮到地基壓力不均衡性，實際富余并不多；加上住宅竣工已使用9年，板基下雜填土已固結，沉降量不會很大。因此，壓入樁應采取預壓再封頂施工。這時，由于總壓樁力占上部結構荷載比例不大，既不會造成板基與樁間土脫空而影響樁土共同工作，又可使樁不必在等待板基產生一定沉降后才參與工作。樁一封頂就能始終保持達到壓樁力，立即能分擔板基上部部分荷載，傳入深層紅粘土層中去，板基下地基壓力減少12.7～18.2kPa，從而使地基壓縮變形減少。

5 施工方法

本工程采用住宅底層開墻洞，在洞口上增設承頂梁，利用上部結構自重壓樁的一種方法。工程中使用了21根樁，壓入室內地坪下總長148m，其具體施工程序如下：

（1）構件制作。構件有3種：承頂梁長1.0m，截面190mm×250mm，短挑梁長0.4m，截面同承頂梁；短樁截面為200mm×200mm，除有樁靴的頭節樁長1.5m外，其余均為1.0m，接樁采用頭連接。

（2）安裝承頂梁。在住宅底層樁位處扒開墻0.8m×1.8mm的缺口，安裝承頂梁，并在梁面上用M10早強砂漿砌兩皮K4的實心砌塊。

（3）鑿樁位孔。在樁位孔處將板基鑿開500mm×500mm孔洞，坑深要求50cm，并將板基下孔周邊各再擴寬10cm。在影響壓樁的原板基配筋處，應從中燒斷，扳彎后繞過樁位外，再用短筋接長焊接。坑底擴寬部分也應先放入812，綁扎成井字筋備用。

（4）壓樁。采用千斤頂加工具墊塊進行壓樁。壓樁時，不宜中途停歇，否則因間歇時間過長，使壓樁阻力增大，難以壓入。用壓樁力及壓入深度雙控制來保證壓樁質量。當壓樁滿足壓樁力時，要查明是否碰到障礙物，必要時需進行補樁處理；當樁壓入紅粘土持力層而未達到壓樁力時，采用增加壓入樁長度，直至滿足雙控制標準為止。

壓樁順序：先壓住宅南面樓梯間及中部9根樁，其次壓北面中部的4跟樁，最后再壓兩端的8根樁。這樣可以避免板基南面及中部沉降，促進北面及兩端的板基在壓樁前下沉，從而達到糾偏的目的。

（5）封頂。當樁加荷壓到標準后，安裝上樁頂短挑梁，在壓樁力不變的情況下再維持10min，作為提高樁尖段摩阻力和對樁尖嵌入深度的補償。然后，在千斤頂兩側，用2根工字鋼（或鋼管）支雜樁頂短挑梁上，頂住承頂梁，并同時打緊鋼楔，只要轉移10%荷載，就能有效的阻止樁的回彈，使樁立即參加工作。接著，將板基處樁身鑿毛，清洗樁位孔浮渣，澆C25微膨脹混凝土，在墻兩側立模用C15混凝土灌滿，封頂即告結束。

6 結語

（1）基礎加固前后測量結果顯示，板基南面B軸線上，幾乎沒有再發生沉降。而北面C軸線上平均沉降量為37.7mm，板基東、西兩端平均沉降量分別為30.4mm，及29.3mm。該建筑物橫向往南傾斜已減少到61mm，加固后是內原裂縫作過修補，一年后回訪未發現異常，說明加固措施是有效的。

（2）在軟弱土地基上的基礎設計，有時不能采用天然地基牽地基方案，其原因并不是天然地基強度明顯不足，而是由于天然地基會產生過大沉降的緣故。因此設計時不應忽略計算沉降量，并應注意加強房屋的整體剛度；特別對上部結構荷載合力作用點與基礎平面形心不重合而產生偏心距時，在設計上地基承載力不宜用足。而且，一定要采取切實可行的措施，來避免導致建筑物傾斜的現象發生。

（3）對軟弱土地基不埋式板基的不均勻沉降事故，用本文介紹的壓入樁來承擔上部荷載30～70%，使之形成疏樁基礎的加固糾偏方案，對控制板基不均勻沉降有顯著效果。施工方法簡單，安全經濟，質量可開，可在不搬遷的情況下進行工程處理，是行之有效的方法之一，有一定的推廣價值。

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