某倉庫地面沉降病害分析

蔡永生

（上海勘察設計研究院（集團）有限公司，上海 200093）

0 引 言

作為我國經濟較為發達的東部沿海地區，廣泛地分布著軟弱土層，這給工程建設帶來了不少的問題，例如地基承載力偏低、沉降偏大和穩定性問題等。近年來，類似的工程問題層出不窮，引起了人們的高度關注［1-3］。

本文針對沿海某倉庫出現的大規模沉降問題，對其原因進行了分析。通過對其場地成因、地基沉降和建筑結構安全的計算和分析，闡釋了導致大規模沉降的原因。在分析計算的基礎上，根據各個倉庫的施工進程，提出了修復加固方案。本文的相關分析內容對類似工程的設計和施工具有借鑒和指導意義。

1 工程背景

1.1 工程概況

擬建建筑主要包括 1 幢高層綜合樓、1 幢配套辦公樓、1 幢變配電房、3 幢門衛、4 幢倉庫，總用地面積102 117m2，規劃建設用地面積 86 834m2，總建筑面積61 621m2。單幢倉庫建筑面積約為 7 060 m2；建筑結構選型采用門式剛架結構，輕鋼屋蓋結構體系；建筑結構的安全性等級為二級，建筑設計使用年限為 25年，抗震設防烈度為小于 6 度。

根據設計，場地地坪采用素土夯實 +300 mm 厚級配碎石 +180 mm 厚 C30 混凝土面層的處理方式，邊跨采用Φ500@1 300 攪拌樁加固，梅花形布置，有效樁長 11 m。內部采用 Φ500@2 000 攪拌樁加固，梅花形布樁，樁長 10 m。

柱下采用樁基礎，樁基采用 PC 400（95）A 管樁，有效樁長 26 m，單樁承載力 550 kN，以 ⑤2層黏土，⑤2a層含黏性土圓礫和 ⑤2b層粉細砂層為聯合持力層。

1.2 工程地質概況

擬建項目位于東部沿海地區，場地屬湖沼積平原區，地形開闊平坦，場地原為農田、菜地等，現已進行宕渣填筑，現地面高程一般為 3.50～4.56 m。

根據勘察結果，結合地基土層的成因、性質及室內土工試驗、現場原位測試成果等，將勘察深度（最深 50 余米）揭示的地基巖土劃分為 8 個工程地質層組。各層主要物理力學參數如表1 所示。

2 沉降分析與計算

2.1 工程概況

倉庫結構封頂后，場地出現較大沉降，最大沉量約15 cm，場坪開裂，場地差異沉降明顯，如圖1 所示。根據現場監測資料，場地沉降并未穩定，仍在快速發展，對結構安全和后期使用功能均可能產生不利影響。因此，需采取有效的加固措施來減小地基的沉降量以及差異沉降。而在此之前，需對地基沉降進行分析計算。

圖1 現場沉降照片

根據勘察資料與設計方案分析可知，引起場地出現較大沉降與差異沉降的原因主要有以下幾個方面。

1）上部存在分布范圍較廣的附加荷載。由于場地整平的需要，現場大面積回填了厚度約為 1.00～2.00 m 的宕渣。此外，倉庫室內地坪標高高出室外地坪 1.0 m，該部分亦采用宕渣回填，導致倉庫區域回填厚度最大達到了 3 m。由于場地地層以黏性土為主，回填引起的沉降往往需要較長的時間才能完全固結。因此，在倉庫施工過程中，回填引起的沉降仍在持續不斷地發展，導致出現較大的沉降。

表1 地層分布及物理力學參數

2）攪拌樁加固深度偏小。擬建場地分布有厚度較大的淤泥，而攪拌樁加固時并未穿過該軟弱土層進入性質相對較好的土層中，導致淤泥層出現較大的壓縮量，引起場地出現較大的沉降。

3）基礎形式的差異。由于柱下采用樁基礎，以⑤2層黏土、⑤2a層含黏性土圓礫和⑤2b層粉細砂層為聯合持力層，沉降量相對較小，而其他區域采用攪拌樁復合地基，沉降量相對較大，導致柱下基礎與其他區域產生較大的差異沉降。

2.2 沉降計算

依據國家標準 GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》［4］對地坪的沉降進行計算。考慮到倉庫區域回填土厚度約 2.0～3.0 m，主要由宕渣組成，該層土的壓縮量有限，計算時可忽略回填土自身的壓縮變形。

在新近回填土的作用下，下臥地基土尚未完全固結，因此需考慮該部分荷載引起的地基沉降；同時，需考慮使用荷載引起的地基沉降。地基總沉降即為以上兩部分沉降之和。回填土厚度按最大厚度取值，則該部分附加荷載約 60 kPa，倉庫設計使用荷載為 50 kPa，合計附加荷載約 110 kPa。由附加應力的組成可以看出，回填部分的占比約為 54 %，如果忽略該部分荷載則會導致計算量明顯偏小。采用分層總和法計算地基最終沉降量約 70 cm。同時，根據行業標準 JGJ 94-2008《建筑樁基技術規范》［5］計算柱下樁基沉降量約為 6 cm，由此可見，柱下樁基的沉降量遠遠小于其他區域的沉降，導致差異沉降明顯，引起地坪開裂。

3 加固方案

根據現場沉降發展情況分析，單純的攪拌樁處理很難滿足后期的使用要求。為了充分發揮已經施工的攪拌樁的作用，采用攪拌樁+混凝土預制方樁聯合加固的方式，采用長短樁的設計思路，如圖2 所示。混凝土預制方樁截面為 300 mm×300 mm，樁長為 25 m，以 ⑤2層黏土、⑤2a層含黏性土圓礫和 ⑤2b層粉細砂層為聯合持力層，間距 4 m，采用梅花形布置。

4 有限元分析

圖2 加固方案示意圖

根據場地地質條件及倉庫設計圖紙，以單個柱下樁基及周圍影響區域作為分析對象，建立有限元模型，尺寸為 21 m×4 m×48 m，如圖3 所示。將倉庫地板與柱下樁基承臺和地梁脫開，分別計算加固前后地基沉降量。

圖3 有限元模型示意圖（單位：m）

圖4為有限元分析結果，由計算結果可知，采用攪拌樁+混凝土預制方樁聯合處理的方法，能夠明顯降低地基沉降，估算最大沉降約 21 cm，與柱子的差異沉降約 4 cm。考慮到加固前地基已經產生了約 15 cm 的沉降量，在后續使用過程中，地基沉降量基本控制在 10 cm 以內，基本能夠滿足倉庫的正常使用。在實際使用過程中，倉庫并未出現較大的沉降量以及差異沉降，加固效果良好，如圖5 所示。

圖4 有限元計算結果

圖5 倉庫使用情況照片

5 結 語

本文針對沿海軟土地區某倉庫出現的大面積沉降的工程問題，采用規范計算方法和有限元模擬的手段分析了造成這一問題的主要原因，并獲得了以下結論與建議。

1）在地基基礎設計過程中，部分設計方案往往注重地基的承載力設計，而容易忽視地基的沉降問題，導致在建設或者使用過程中出現較大的地基沉降。

2）在沉降計算時，新近回填土層的自重應計入附加應力當中，否則，計算的沉降量將會小于實際值，導致出現工程問題。

3）后期加固由于限制條件較多，往往造成加固造價偏高，施工效率偏低，因此在設計時應該充分考慮潛在風險，優化設計，從而避免出現工程問題。Q