建筑工程病害地基的原因分析及加固技術的應用

林 海

（中科院廣州化灌工程有限公司，廣東 廣州 510650）

建筑工程與國家戰略、建設規劃、社會經濟發展息息相關，“一帶一路”倡議與建設、“粵港澳大灣區”規劃與建設、深中通道建設項目等正推動建筑工程領域進入了新的高速發展期，使我國建筑市場持續繁榮，而這些項目均離不開軟土地基及軟基處理。各種軟基處理施工技術以及設備越來越先進，使工程造價大幅度下降，既提高了經濟效益，又縮短了工期。但也可能導致一些新的質量問題出現，影響建筑工程的整體質量，并埋下了嚴重的安全隱患。

軟土地基經常出現一些質量問題（即病害地基），對后期的工程建設是極為不利的，可能會導致基礎連同上部結構發生不均沉降，進而出現結構裂縫，甚至倒斜，嚴重影響建筑物的正常使用。基于此，必須對病害地基采取有效措施進行加固處理。文章結合軟土地基受力特點以及發生病害的原因進行分析，采取科學的加固技術手段，避免加固過程中出現附加沉降以及次生結構裂變等情況。

1 建筑工程地基問題的概述

經過長時間的發展，如今建筑工程領域已經取得了重大突破，建筑物質量得到了有效確保。在地基處理方面，由于地質環境的復雜性，需要采用不同的地基處理方法。但是不同的地質環境導致地基土具有不同的物理力學特征，如果缺乏對這方面的深入考慮，就會導致地基處理方法存在一些不科學性，最終在施工建設過程中就有可能出現安全問題，并且給后期建筑物投入使用帶來了嚴重的安全威脅。

除此之外，優化成本已經成為現代施工建設單位的一項工作重點。但是一些管理不科學的施工單位低價中標后施工中往往存在偷工減料的情況，地基處理過程比較復雜，涉及的工序繁多，各種材料的使用量也比較多，如果在對地基進行處理的過程中，一些施工工藝技術參數控制不科學，或者是材料質量或數量不達標，就會嚴重影響地基的承載力，使工程達不到國家相關標準。此類建筑在經過一段時間的使用之后，在面臨復雜的環境（如連日暴雨、水浸、凍融等）時，就很有可能會出現不均勻沉降或者是傾斜的情況，甚至造成巨大的人員財產損失。

目前導致地基存在問題的原因有許多種，其中比較突出的原因包括材料質量不達標、隨意改變地基設計方案、填土或墊層存在碾壓密實問題等。現階段國家相關規定中，對建筑物的各方面都具有比較嚴格的規定，在傾斜值方面已經制定了比較明確的標準，一旦傾斜值過大，也就意味著該建筑物不再安全，必須進行加固處理，甚至要采取糾偏措施，使傾斜值維持在正常的范圍。加固過程必須嚴格按照特定的規范進行，嚴格控制技術參數。一旦發現存在結構性裂縫等情況，就需要立即調整加固方案。現階段，一些信息化技術的應用，使地基加固的效果更好，能夠直接反饋出建筑物最真實的參數變化特征，有利于加強管控，避免再次出現附加沉降和傾斜，延長建筑物的使用壽命。

2 案例分析

2.1 案例背景介紹

以某一小區住宅樓工程為例研究建筑工程地基方面的問題。該住宅樓共有8層，其中地上7層，地下1層，整棟樓高約23m，設定混凝土強度為C30。建設施工單位在對地基進行處理時，結合當地的地理條件，最終確定為使用水泥土攪拌樁復合地基，布樁形式為正三角形，考慮到成本支出以及施工難度，最終確定為使用煤矸石作為墊層材料。從相關設計手冊中可知，要求該地基的承載力特征值為160kPa。地基土主要是由粉土、粉質黏土、粉細砂組成，地下水具有潛水性質，根據相關化學測試實驗表明，地下水對混凝土具有中等腐蝕性。

2.2 加固工作前的沉降觀測結果

該小區在完成了建設之后，在用戶尚未入住之前，就發現存在一定的傾斜情況。在3個月后，可以很清晰地看出房屋整體結構由西向東傾斜。為此，在地基加固之前設置了8個沉降觀測點，以便得到更加真實的沉降觀測數據。沉降觀測點的布置示意圖如圖1所示。這8個沉降觀測點很好地覆蓋了建筑物，能夠反饋出建筑物最真實的沉降情況，從而獲得更加可靠的數據，以便進行數據推算，確定建筑物沉降問題的嚴重性。

建筑物的首期沉降觀測點觀測結果如表1所示，二期沉降觀測點觀測結果如表2所示。

圖1 沉降觀測點布置示意圖

表1 首期沉降觀測點觀測結果

表2 二期沉降觀測點觀測結果

最終，由具有豐富資歷的工程師確定，如果全部滿足國家相關標準，該建筑物的正常沉降則應當是在35～60mm。但是通過對這8個沉降觀測點的數據進行收集和處理，最終確定沉降和沉降差數值不正常，存在嚴重的不均勻沉降和傾斜問題。根據相關國家規定表明，這種情況下該建筑物已經不能再投入使用。根據數據分析的結果還可以推斷，沉降將繼續加劇，沉降速率遠超國家規定，也就意味著如果不進行加固處理，經過較長一段時間之后，該建筑物有可能出現坍塌的情況。

3 原因分析

3.1 房屋荷載的偏心問題

目前已發現該小區建筑工程存在地基方面的問題，需要結合測試得到的數據以及收集整理到的各種信息進行深入研究。該房屋建筑在建設之前，已經對當地的地理條件進行了勘測，并由專業的設計單位做好了地基處理方案，且初步驗證了其可行性。但是在后期實際地基處理以及褥墊層施工之后，經過實際測量得知，該建筑物的實際情況與預期建設方案存在一定的空間平移，向西面平移了600mm，這就意味著與預期的設計方案相比，該建筑物的荷載重心和地基處理形心已經不再一致。其實最主要的原因還是在建設的過程中，施工建設單位在未獲得批準的情況下任意改變了整個結構設計，在建筑物的西面增加了懸挑結構，加劇了建筑物的傾斜。

3.2 復合地基的設計問題

該建筑設計方案中，經過多次實地調研，最終確定了使用軟弱土—中軟土作為地基土。這種地基土的塑性指數比較低，并且在實際的施工現場攪拌過程中，水泥和土之間不能完全融合，并且由于攪拌過程不能確保達到十分均勻的狀態。導致最終所使用的地基土存在融合性和均勻性方面的問題。通過整理得到的數據資料，最終計算得到加固前復合地基承載力特征值為120kPa，但是整個工程在建設之前就已經確定了該值必須達到160kPa，在和設計部門進行溝通之后確定主要的原因還是沒有提前對樁身強度進行驗算。在一些科學研究成果中指明：褥墊層的厚度對樁土應力比有的重要影響。褥墊層的厚度不宜設置過大，否則就會帶來不良影響。通過對建設方案進行查閱并進行實地勘探，發現褥墊層的厚度為500mm，加大了沉降變形。因此最終確定，無論是設計方案還是后期的施工建設過程中都存在一些問題，最終導致該小區建筑物出現了比較嚴重的傾斜情況。

3.3 施工過程存在的問題

在地基處理之前，要做好對當地地下水位的處理，采取相應的降水措施。通過對實際情況的調查得知，該建筑工程并未在降水方面投入必要的精力和周期，未嚴格開展相關工作，僅僅只是布設了一些集水坑，與行業內的相關規范存在較大的差異，遠遠達不到預期的降水效果。在對地區土進行碾壓時，墊層含水率不符合要求，出現了翻漿的情況。這種現象必然會限制碾壓的密實度，使施工效果達不到相關標準。該工程在實際施工過程中使用的卻是煤矸石墊層，這種材料的強度比較低，一旦受到具有腐蝕性的水體侵蝕時，會出現比較嚴重的軟化問題。這種情況也是導致建筑物出現沉降的重要原因。

4 加固技術的使用

4.1 確定加固方案

在已經確定了導致出現該小區建筑物不均勻沉降和傾斜的真實原因之后，就需要制定出具有可行性的加固方案。目前針對地基加固方面已經有了十分豐富的經驗，可以根據實際的情況進行科學選用，并嚴格控制可能存在的適應性問題和不確定性問題，避免出現次生結構裂變等不利情況。經研究，需要對該小區建筑物東西兩側采用樹根樁加擴展式托換基礎，實施東西兩側分期施工的加固糾偏方法。前一步操作主要目的是擴大基礎底面積，然后通過基礎拓展寬度的方式來調整荷載重心，最終使得荷載重心保持在預定的空間位置。采用樹根樁目的是為了提高地基承載力，應對建筑物繼續沉降變形的問題，避免問題進一步加重，帶來更加難以把控的后果。通過相關計算表明，使用東西兩側先后加固順序來調整沉降差是正確的方式，具體操作時首先等到東側下降到一定情況之后，然后再對東側進行加固，這種方式是比較合理的。

4.2 復核建筑物對地基土的壓力

通過對已經存在的建筑工程問題進行深入研究，并且依據數據分析的結果，最終確定基礎底面的平均壓力為118kPa，最大壓力為120kPa，最小壓力為116kPa。這種方案能夠很好地降低建筑物的基底應力，解決了現階段建筑物承載的荷載偏心問題。

4.3 技術要點

在加固方案執行的過程中需要嚴格根據一些技術要點來進行加固施工。在對樹根樁進行施工時，要采用泥漿護壁回旋鉆進工藝。將注漿管和鋼筋籠穩固地固定在一起，但是不是完全固定死，而是需要能夠保證上下活動，然后再填筑碎石骨料，并且要持續使用清水洗孔，等到骨料填完之后，還需要持續注入清水。最終可以判斷停止注入清水的條件為返出的水體不再渾濁，也是清水狀態即可停止。緊接著向孔內注入水灰比為0.6∶1的水泥漿，直至孔口完全返出濃水泥漿為止。注漿完成之后，要立刻拔出注漿管。建筑物西側率先使用自然迫降法進行處理，等到東西兩側的沉降差在一定的范圍之后，然后接下來再對東部進行處理。完成了加固施工之后，建筑物東西兩側的沉降差明顯降低，經過數據推算，大約在6個月之后，沉降情況將趨于穩定。測量得到的傾斜率也已經滿足國家相關標準，達到了預期加固治理的目的。

5 結束語

文章對某一建筑工程出現地基問題的情況進行深入分析，挖掘其深層次的原因。通過相關數據表明，該工程在設計方案方面存在一定的不科學性，并且在實際的施工建設過程中，與預期的建設方案存在一定的偏差。這樣就導致該建筑物出現了一定的傾斜情況，并且沉降速率比較快。結合實地勘察得到的真實數據，推測出了該建筑工程存在的真實問題，然后最終確定了相應的地基加固方案，經過實踐表明，該加固方案具有可行性。