地基土質對建筑物產生的非結構性不利影響淺析

白燕

天津市環亞建筑工程環境質量檢測有限公司 天津 300385

在建筑學中“將承受上部結構荷載影響的那一部分土體，叫作地基。”在工程地質學中對地基的定義為：“由于建筑物的興建，導致巖土中某一范圍內原來的應力狀態發生了變化。這部分由建筑物荷載引起應力變化的巖土體叫作地基。”基地的土質情況對建筑物的設計和施工影響很大，處理不當，將出現各種問題，給使用者造成不便。

1 項目建設和使用基本情況

本項目占地面積為49276平方米，總建筑面積為21232.54平方米，其中地上建筑面積為20801.5平方米，地下建筑面積為431.04平方米。由7個區域建筑組成，一、二、四區均為二層，五、六為二層建筑，七區為一下沉式體育館，三區大部分為三層，局部四層，餐廳在一層。各區建筑交接處均設置100毫米寬變形縫。一區至六區層高為：一層、二層均為3.90米，三區局部三層、四層均為3.90米，七區地下一層為5.4米，地上一層為3.90米，室內外高差為0.45米。一層建筑主體檐口高度為4.35米、二層為8.25米、局部四層為16.05米。結構形式為：除七區，即體育館，屋面采用鋼結構焊接空心球網架、輕型復合彩鋼屋面板除外，其余均為鋼筋混凝土框架填充墻結構。建筑使用年限為50年。非承重的外圍護墻采用200毫米厚的砂加氣混凝土砌塊，M5的混合砂漿砌筑。

項目于2010年8月正式開始使用，前三年只使用了一、二、三區的部分房間。從2014年開始使用的面積逐漸增加，至2016年使用了七個區域的絕大部分房間，仍有少部分房間尚未使用，或較少使用。在使用了6年后，通過結構安全鑒定得知，本建筑的結構不存在安全問題。

圖1 項目總平面示意圖

2 項目所在地區的地質情況

本項目所在地的土層分步為，第一層為素填土，厚度為0.7～1.7米，板頂標高為-0.52～-0.33米，填墊時間不足十年，土質不均勻，以黏性土為主，為可塑狀態；第二層為粉質黏土，厚度為1～1.7米，板頂標高為-1.87～-1.09米，土質不均勻，屬中壓縮性土，承載力為90kPa；第三層為的第一部分為淤泥質黏土，厚度為3.4～4.4米，板頂標高為-3.17～-2.48米，土質不均，流塑狀態，屬高壓縮性土，承載力為70kPa；第三層的第二部分為粉質黏土，厚度為6.5～8.2米，板頂標高為-7.02～-6.11米，土質不均，流塑狀態，屬中壓縮性土，承載力為90kPa。這種通過填墊土形成的建設用地，在沿海地區，比較普遍，通常與本項目相同，選擇樁基礎，以保障建筑本身的沉降不影響結構安全[1]。

3 存在的問題和原因分析

3.1 室外散水及臺階下沉、開裂

（1）問題產生、發展過程和現狀表現

據使用方介紹，室外散水和臺階下沉的現象從2011年就已發現，裂縫逐漸加大。2011年和2012年分別進行過兩次整修，2012年將所有有問題的臺階，都進行重新修復。到2013年底散水下沉開裂的最大處已有50毫米左右，目前最大處已經達到100毫米，臺階兩側也破損嚴重（見圖2、3）。建筑主入口處的弧形臺階平面面積較大，在結構柱外層，以花崗巖面磚為線，也出現最大30毫米的沉降。另一處雖然散水也發生沉降，但是并沒有和建筑主體的外墻面脫離，而是窗下的墻體部位與窗戶的下框開裂，而且裂縫的寬度與散水下沉的裂縫相同（見圖4）。

圖2 臺階下沉的主要表現

圖3 散水下沉的主要表現

圖4 窗下墻下沉的表現

（2）室外散水和臺階下沉的原因分析

在設計圖紙中，對室外場地和建筑基礎以外回填土的工程做法沒有明確要求，對散水和臺階給出了營造做法，為：面層為60厚C20混凝土隨打隨抹，墊層為100厚的C10混凝土，下面就是素土夯實了。臺階的做法為，在面層和結合層以下，為100厚的C15混凝土，300厚3：7灰土墊層，最下面是素土夯實。在竣工圖中給出了室外各類場地的營造做法，其中綠地在1米厚種植土下面，為200毫米厚的石屑淋水層，0.2毫米的聚酯纖維無紡布，素土夯實；廣場磚下面為300厚3：7灰土，分兩步夯實，最后為素土夯實；草皮磚和瀝青路面的地基處理均為180厚的二灰碎，360厚12%灰土，分兩步夯實，360厚的5%戧灰。這種做法為普通地基的處理方法，處理的深度最大不超過1米，說明大部分室外場地的持力層作用在第一土層上。該層土雖以黏性土為主，但為可塑狀態，在地質勘查報告中并未給出承載力的數值，不適于作為持力層。

經仔細勘察發現，建筑外立面與大面積室外場地相接的部分，下沉量相對均勻，最大可以達到100毫米，最小的也有60毫米，只有臺階的沉降相對較小，最大的也達50毫米（見圖5）。不論哪種室外地面，如路面、廣場磚、綠地、散水等均未發現明顯凹凸不平的地方。只有被建筑物圍合的室外部分沉降量較小，但也有10-20毫米。這說明本項目散水、臺階、場地地面等下沉的主要原因為地基的整體下沉。原因一是第三土層的第一部分為流塑狀態的土層，當其承壓后，自身會隨著時間發生一定的沉降。但隨著時間的推移，這種沉降將趨于穩定；二是承載室外地面的第二和第一土層分別為粉質黏土層和回填土，經過雨水的多年沉積，土層也會逐漸沉實，而發生地面沉降。

圖5 室外臺階下沉的表現

（3）窗下墻體與窗戶下框開裂的原因分析

中學部五區實驗室弧形外窗處，共五個窗戶，在中間的一窗戶下，雖然散水也下沉了，但是散水并沒有和建筑主體的外墻面脫離，而是窗下的墻體部位與窗戶的下框開裂，而且裂縫逐漸增大，大約在圓弧中央的位置，達到最大，約100毫米。從裂縫中能看到安裝窗戶時使用的錨栓和密封材料，都已暴露在外。經在變形最大點和開始產生變形兩處剔鑿后發現，此窗下墻體以窗框為界分為兩個部分，窗框以里為砌體結構，以外為80毫米寬混凝土梁外包保溫材料。開裂下沉的為窗框以外的部分。經查，設計圖紙中只顯示窗下為混凝土梁。所以推測，由于該段為弧形，而混凝土梁一次性澆筑成弧形有一定困難，則在具體施工中采用的方法為，按照弧形走向分段澆筑，然后對內用砌體結構，對外用保溫材料和抹灰等方式完成最終的造型。而弧形的中間段梁最靠外，而安裝窗戶的人并不知道墻的具體構造，每個窗戶的位置都應相同，所以導致這一段的窗框正好安裝在了砌體結構和混凝土梁的中間。安裝窗戶用的錨栓也正好有幾個打在這兩層結構的中間部位，使這里成為比散水和外墻連接處更為薄弱。當地面整體下沉時，這里便首先產生了裂縫。隨著地面下沉的增加，此裂縫也不斷加大。

3.2 墻面出現斜裂紋的原因分析。

據使用方介紹，該建筑在使用后一年，墻上就出現了裂紋，并開始進行維修。到目前雖仍有裂紋，但數量在減少。在現場勘察過程中發現，墻面上有斜向45℃的裂紋（見圖6、7），有豎向垂直地面的通體裂紋，有梁下局部裂紋等。

這其中的斜裂縫是由于沉降不均造成的。該建筑雖然選用了樁基，而且通過沉降觀測看，其建筑整體沉降值也達到了設計要求。但建筑中不同部位仍有沉降不均的現象，有的累計沉降值相差一倍多。所以當框架柱之間產生了較小的不均勻沉降時，梁柱的變形會使墻體受到剪應力，如果墻體的整體性很好，將導致墻體出現45℃的斜裂縫。但這些裂縫不影響結構安全，經過一定時間后，沉降趨于穩定，裂縫就基本不再繼續發展。

圖6 內隔墻上最嚴重的斜裂縫

圖7 內隔墻上的斜裂縫

3.3 室內雨水管排水不暢和漏水問題的原因分析。

據使用方反應，近兩三年發現，沿建筑圖中D軸附近設置的室內雨水管，在一區、三區、五區的一層都有漏水現象，尤其當下大雨時，雨水從立管下部連接處冒出來。陰濕了墻面，反復陰濕就導致墻表面的膩子和漆脫落。另外，在2011年左右，建筑物主入口一側的廁所也曾經發生排水不暢問題，多次疏通仍無效果。后經開挖后發現，室外排水管道由于下沉被切斷造成堵塞。

由于室外地面沉降，土體壓縮雨水管變形使排水不暢。當雨水量過大時不能及時排出，停留在立管中，從粘接薄弱的地方溢出。

4 預防措施

項目建設是一個系統工程，每個建設項目，從立項開始，到投入使用，要經過項目論證、可行性研究、設計、開工準備、施工、監理、調試運行等各個階段。前一階段的工作成果，是后一階段的工作依據，后一階段工作也是前一階段成果的深化和細化。在進行施工圖設計時，應根據地質勘查報告的內容，針對不同的地質情況，對各專業的構造做法采取必要的預防措施。同時，還要針對這種措施的技術、經濟的可行性進行甄別和選擇。

針對這種情況，提出三種預防措施：

（1）將散水、臺階等與建筑物相連的部位，和外排的雨水和污水管道處，采用全部換填土至第二土層，并分步夯實，有必要的，還可以增加灰土和二灰碎的厚度。

（2）將臺階的結構部分與建筑主體結構構件相連接，也可減少臺階開裂的問題。

（3）將外墻外表面處理到散水以下一定位置，預留可能預見到的散水沉降的量。

遇到這種地質情況時，需要設計單位加以重視，不僅結構專業，其他專業也要采取相應應對措施。在設計階段可以預見，并能采取相應防范措施解決的問題，比在施工中發現問題再變更設計，甚至在使用過程中遇到問題再維修，投入的精力和資金少，效率高。因此，希望進一步關注地基土質對建筑物產生的不利影響，注重設計階段的細節處理，提高建筑產品的質量和品質。