山西某建筑物墻體開裂變形原因分析

李 晶 晶

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

1 工程概況

山西柳林某建筑物平面布置呈“L”型，該建筑物由住宅樓和綜合辦公樓兩棟樓組合形成，兩幢建筑物基礎(chǔ)為斷開形式，中間設(shè)一道沉降縫，其中住宅樓占地面積為9.6 m×30.9 m，5層框架結(jié)構(gòu)，高度19.75 m，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，無地下室，基礎(chǔ)埋深2.0 m，要求地基承載力不小于90 kPa；辦公樓占地面積為25.6 m×33.4 m，4層框架結(jié)構(gòu)，高度15.80 m，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，無地下室，基礎(chǔ)埋深2.0 m，要求地基承載力不小于72 kPa。建筑地基處理采用整片換填3∶ 7灰土墊層的處理方法，處理范圍以基礎(chǔ)邊線外擴1 m，換填厚度1.0 m。

2 場地工程地質(zhì)條件

2.1 地基土構(gòu)成

根據(jù)勘察資料顯示，建筑物下地基土自上而下描述如下：

2.2 場地地下水

場地勘察深度范圍內(nèi)未見穩(wěn)定水位，但第②層粉土層底、③層粉質(zhì)粘土頂處土體非常濕，為飽和土體。

3 墻體開裂過程、現(xiàn)狀

該建筑物于2009年—2013年施工完成，在使用過程中，2016年開始發(fā)現(xiàn)房屋的內(nèi)外墻均出現(xiàn)了細微的裂縫，并持續(xù)發(fā)展，裂縫于整幢樓內(nèi)各層均有發(fā)育，尤以中部較為嚴重，裂縫情況如圖1,圖2所示。

4 墻體開裂原因分析

根據(jù)建筑物開裂現(xiàn)狀以及地質(zhì)環(huán)境，分析造成建筑物開裂的原因有以下幾點。

4.1 填土的濕陷性

建筑物于2013年施工完成，2016年開始出現(xiàn)裂縫，建筑物至今已經(jīng)使用5年。通過勘察發(fā)現(xiàn)，①層素填土經(jīng)建筑荷載5年的壓密及填土自重固結(jié)后，該層土部分地段仍然為濕陷性土，可見，其余地段的填土可能在使用前也為濕陷性土。另外，根據(jù)原地基土與現(xiàn)地基土的對比發(fā)現(xiàn)，建筑物基底下地基土的含水量增高，由此可推斷，對于勘察認為無濕陷性地段的土體，可能在使用期間已經(jīng)產(chǎn)生濕陷，造成地基土下沉，從而引起建筑物開裂。

勘察濕陷地段填土的濕陷起始壓力為43 kPa～69 kPa，而該地段的飽和自重壓力為74 kPa～93 kPa，大于其濕陷起始壓力，因此，本地段填土受水浸濕后，仍會產(chǎn)生濕陷。

4.2 填地基的不均勻性

勘察資料顯示，兩幢建筑物基底部分位于②層粉土原地層上，部分位于①層素填土上，素填土厚度為1.2 m～12.9 m，主要成分以粉土為主。而①層素填土承載力較低，其工程特性與②層粉土差異比較大，且在兩幢建筑物南北方向上，①層素填土厚薄不同，建筑物南側(cè)較厚，北側(cè)比較薄。建筑物西側(cè)、東側(cè)基底持力層底面坡度均大于10%，持力層及其下臥層在基礎(chǔ)寬度方向上的厚度差值大于0.05b，同時基底地層分布不均勻，故該建筑物地基屬不均勻地基。

4.3 水對地基土的影響

根據(jù)勘察結(jié)果，場地第②層粉土層底、③層粉質(zhì)粘土頂處土體處于飽和狀態(tài)，而原勘察報告中顯示，本場地?zé)o地下水，可見，建筑物在使用期間，建筑物下地基土已經(jīng)受水浸濕，含水量增大，被水軟化，導(dǎo)致其強度降低，在荷載的作用下產(chǎn)生壓縮變形。

另外，根據(jù)本次勘察結(jié)果與建筑物修建前勘察結(jié)果相比，建筑物基底下同一位置處土體的含水量、飽和度、孔隙比及壓縮模量均發(fā)生了改變，變化情況如圖3～圖6所示。

根據(jù)上述對比圖可以看出，基底下填土、粉土的含水量、飽和度、壓縮模量有明顯增大趨勢，孔隙比的變化不是很明顯。壓縮模量降低約50%，含水量增大約5%。可見，地基土在使用期間力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，含水量增大，引起建筑物不均勻沉降，致使墻體產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。

4.4 素填土的工程特性

人工填土由于土質(zhì)疏松，密度差、均勻性差、抗剪強度小、承載力低。其壓縮性與相同干密度的天然土相比要高得多，尤其是隨著土中含水量的增加，壓縮性會急劇增大。根據(jù)擊實試驗結(jié)果，場地內(nèi)素填土最大干密度為1.81 g/cm3，最優(yōu)含水量為14.4%。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定并結(jié)合設(shè)計要求，確定女工樓、綜合樓場地填土壓實系數(shù)不小于0.96。素填土的壓實系數(shù)統(tǒng)計見表1。

表1 素填土鉆孔土干密度隨深度變化統(tǒng)計表

根據(jù)表1可以看出，兩幢建筑物場地①層素填土的壓實系數(shù)λc介于0.80～0.93，其壓實系數(shù)小于設(shè)計要求的0.96。故該建筑物場地①層素填土為欠壓密、不均勻的狀態(tài)。

綜上所述，引起建筑物出現(xiàn)不同程度的裂縫原因可歸納為：1)建筑物基底下填土具有濕陷性；2)建筑物基底下填土的不均勻性、欠壓密性；3)地基土含水量增大，土體產(chǎn)生濕陷，強度降低；4)女工樓、綜合樓建筑物的荷載存在差異。

5 加固方案建議

依據(jù)現(xiàn)場實際情況，本著安全、經(jīng)濟的原則，計算、分析和比選，建議采取以下兩種加固治理方案：1)高壓旋噴樁加固。采用高壓旋噴樁提高地基土強度，并對基礎(chǔ)進行托換加固。高壓旋噴樁樁徑700 mm，樁間距1.5 m，樁長進入第③層粉質(zhì)粘土不小于2 m、布置范圍在兩幢建筑物中部裂縫嚴重部位。2)注漿加固。采用雙液壓力注漿法對地基土進行加固，改善其土質(zhì)，以提高地基土強度，從而使地基穩(wěn)定。設(shè)計注漿孔直徑65 mm，注漿孔間距1.5 m～2.0 m，排距1.5 m，孔深要求穿透填土層進入粉質(zhì)粘土層，布置范圍在兩幢建筑物中部裂縫嚴重部位。注漿材料采用水泥漿水玻璃混合雙液。水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.9，水玻璃模數(shù)為3.2，濃度為40°Be，水泥漿與水玻璃體積比為1.3∶ 1。

6 結(jié)語

引起該建筑物出現(xiàn)不同程度的裂縫原因可歸納為：1)建筑物基底下填土具有濕陷性；2)建筑物基底下填土的不均勻性、欠壓密性；3)地基土含水量增大，土體產(chǎn)生濕陷，強度降低；4)住宅樓和綜合辦公樓建筑物的荷載存在差異。因此，采用高壓旋噴樁加固或?qū)ㄖ锏鼗吝M行注漿加固可有效提高地基土強度，防止建筑物繼續(xù)下沉。