工業廠房剛性地面局部沉陷處理方法研究

白偉亮，楊龍江，邸 鑫，張瑞云

（1.中國電子工程設計院有限公司，北京 100142；2.中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100142）

0 引 言

剛性地面，顧名思義指的是平面內剛度較大的地面。一般在基礎施工完成后，在壓實的回填土上直接做整體性地面，主要類型包括細石混凝土地面、水泥砂漿地面、水磨石地面等［1-3］。這類地面荷載直接作用在土體上傳遞至持力層，并且具有施工簡便的特點，因此被廣泛應用于首層地面荷載較大的工業廠房中［4-6］。然而隨著使用年限增加，很多剛性地面在使用過程中出現沉陷問題。本文結合實際工程案例介紹了沉陷調查、原因分析、處理方案選擇的具體操作方法，希望可以拋磚引玉為解決此類工程問題提供參考。

1 地面沉陷調查

對地面沉陷進行調查分析，全面了解地面沉陷的范圍、沉陷深度，沉陷區域結構構件變形情況。根據沉陷調查結果分析造成沉陷的原因。

1.1 地基問題

地基承載力不足，出現局部不均勻沉降，剛性地面隨之沉降變形，這種情況下結構構件會出現較大變形，結構存在安全隱患。

1.2 回填土問題

回填土在施工階段未壓實，隨著時間推進逐漸固結未完成，由于局部荷載較大等原因出現不均勻沉降的現象，由于剛性地面非結構構件，未受到主體結構約束，故隨土體產生不均的沉陷，此種情況對結構安全影響較小。

2 處理原則

根據沉陷調查結果選擇處理方案，應綜合考慮以下方面因素進行選擇。

1）對原結構的影響。優先選擇對原結構影響較小的處理方案。

2）施工周期。優先選擇施工周期短的方案。

3）工程造價。優先選擇造價低的方案。

4）地面承載力要求。備選方案應與地面承載力設計值相適應。

剛性地面沉陷處理流程如圖1 所示。

圖1 剛性地面沉陷處理流程圖

3 工程案例

3.1 工程概況

某框架結構廠房建于 2003 年，地上 3 層，局部地下 1 層，于 2006 年在 3 層頂增加 1 層鋼框架，經過 15 年的使用，現首層剛性地面出現了不同程度的沉陷。基礎與剛性地面信息如圖2 所示。

1）基礎形式。基礎為柱下條形基礎，基礎底標高 -4.0 m，基礎頂設置地梁，梁頂標高 -1.8 m。

2）地基承載力。地基持力層為粉質黏土，地基承載力標準值fk≥150 kPa，地基持力層以下不存在軟弱下臥層。

圖2 剛性地面與基礎位置關系圖

3）剛性地面。基礎采用素土回填，厚度約為 3.8 m，回填夯實后在正負零標高做 200 mm 厚現澆混凝土地面。

3.2 地面沉陷現場調查

地面沉陷情況調查分為 3 個部分：①地面沉陷情況普查。對廠房地面的整體沉陷情況做一個全面的檢查（見圖3～圖5），給出定性判斷；②地面沉陷深度檢測。采用全站儀檢測各個沉陷區域的沉陷深度；③沉陷區域結構構件變形檢測。選取沉陷嚴重區域，檢測結構構件的變形情況。

圖3 現場檢測照片

圖4 地面沉陷區域積水

圖5 沉陷區域地面剔鑿外觀

經現場調查與檢測，得出以下結論。

1）首層地面均出現不同程度的沉陷，地面沉陷普遍存在，屬于共性問題；其中 10-11～E-G 區域（沉陷高差 178 mm）及 2-3～C-D 區域（沉陷高差 43 mm）沉陷較嚴重，其他區域沉陷高差普遍在 0～40 mm。

2）沉陷區域結構構件變形符合規范要求，沉陷不影響結構安全。

3）通過剔鑿沉陷區域混凝土地面發現混凝土板下回填土已趨于穩定狀態，較為密實。

3.3 沉陷過程分析

現場檢測表明，沉陷區域范圍內結構構件變形在正常范圍內，基礎未發生不均勻沉降。因此認為剛性地面沉陷主要由地面以下回填土（厚度約 3.8 m）發生不均勻沉降所致，由于首層地面為剛性地面，屬于非結構構件，并未受到主體結構的約束，故發生沉陷（地面沉陷發展過程見圖6）；可能引起回填土產生不均勻沉降原因有：施工階段未夯實、土體浸水、局部地面超載等。

圖6 地面沉陷發展過程（單位：mm）

3.4 處理方案

針對本工程剛性地面以下回填土發生的沉陷問題，有諸多方案可供選擇。查閱相關文獻，可采用勁性體加樁帽和褥墊層的地基處理方案［7］、采用水泥-水玻璃雙液漿注漿加固回填土［8］、采用高壓旋噴樁+壓力注漿［9］、注漿加固法［10］等。根據本工程項目特點，對沉降較為嚴重的區域（10-11～E-G 區域），提出以下 4 種解決方案。

3.4.1 方案一：回填土夯實

采用土體夯實方案進行處理（見圖7），具體工作步驟如下。

1）原有剛性地面混凝土樓板切割、拆除。

2）混凝土板下土體回填至 -0.3 m 并壓實，壓實系數 0.94。

3）壓實后做 100 mm 厚混凝土墊層，后澆 200 mm厚 C30 現澆混凝土板，板底配雙向采用植筋與四周混凝土板連接。

圖7 回填土夯實處理（單位：mm）

3.4.2 方案二：碎石樁+褥墊層

采用碎石樁+褥墊層進行處理（見圖8），具體工作步驟如下。

1）拆除沉陷區域混凝土樓板，采用碎石樁進行回填土區域的地基處理。

2）碎石樁樁徑 400 mm，樁間距 1 600 mm，樁長4 m，材料為碎石，最大粒徑≤30 mm。

3）褥墊層厚度 200 mm，材料碎石，最大粒徑≤30 mm，夯填度≤0.90。

圖8 碎石樁+褥墊層處理（單位：mm）

3.4.3 方案三：地基梁上增設框架

采用在地基梁上增設框架的方案，具體工作步驟如下。

1）原有剛性地面混凝土樓板切割、拆除。

2）在區格四周基礎梁上做混凝土短柱至首層地面標高。

3）短柱設置梁板體系構成局部框架結構，現澆混凝土板后做地面。

3.4.4 方案四：注漿加固

采用壓力灌漿處理方案，具體工作步驟如下。

1）在沉陷區域布置灌漿孔，放入注漿管。

2）采用高壓灌漿機將水泥漿注入板下回填土中，將沉陷區土體填實并固結。

3.5 方案比較

從對原結構的影響、施工周期、工程造價、地面承載力要求 4 個方面綜合對比（見表1），并考慮 4 個方案的不利因素選擇最佳處理方案。

考慮到本工程地面沉降是由回填土局部不均勻沉降造成的，且經過 10 余年的時間，回填土基本已經固結完成，達到穩定密實的狀態。通過方案對比，分析各方案的特點后，最終選擇回填土夯實方案進行處理，此種方案對原結構基本無影響，且施工周期與工程造價具有一定優勢，鑒于本工程地面荷載設計值并不大，回填土夯實法完全可以滿足設計要求。同時對于其他沉陷較小的區域，采用灌漿法填充混凝土板與回填土之間的縫隙。

表1 處理方案對比表

4 結 論

剛性地面沉陷問題是很多工業廠房普遍存在的問題，如何解決好這類工程問題，需要廣大工程師按圖索驥地分析其原因，量體裁衣地選取處理方案。本文所述剛性地面采用回填土方案處理后收到了良好的效果，后期未有沉陷情況發生，對類似工程問題處理具有一定的借鑒意義。