建筑结构基础不均匀沉降的防治

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【摘 要】建筑结构的基础产生不均匀沉降主要是由于地基土质软弱以及上部建筑结构荷载不均匀等因素造成的,从而引起上部结构的过大变形、开裂、倾斜甚至破坏.如何解决地基不均匀沉降对上部结构产生的过大变形、裂缝、倾斜甚至倒塌等不利影响是工程建设和地基基础科学面临的重大问题.对建筑结构基础不均匀沉降的原因及防治对策进行了探讨.

【关 键 词】地基；不均匀沉降；防治

建筑结构基础不均匀沉降往往引起建筑上部结构的过大变形、开裂、倾斜甚至破坏.现实中这样的例子比比皆是.著名的意大利比萨斜塔就是由于基础的不均匀沉降导致上部结构产生过大的倾斜,苏州市虎塔也是由于地基不均匀沉降,塔身向北方向严重倾斜,不仅塔顶离中心线已达2.31m,而且底层塔身产生生了不少裂缝,成为危险建筑而封闭一段时间.

1建筑结构基础不均匀沉降的原因分析

当地基基础产生不均匀沉降时,其表现形式大多是底层墙体开裂,严重时可能向上继续延伸.斜裂缝一般发生在建筑物纵墙的两端,或建筑物的中部以及建筑物的阳角.斜裂缝成因是由于地基局部沉降,使墙体承受较大的剪力,当砌体受拉应力超过其抗拉强度时,即发生断裂；水平裂缝多发生在窗间墙.当发生局部不均匀沉降时,沉降单元上部受到阻力,使窗间墙受到较大的水平剪力,当砂浆强度不足以抵抗该剪力时,即发生水平裂缝.垂直裂缝大多在较宽窗的窗台中部.当发生不均匀沉降时,窗间墙因受荷载较大,窗台因其上伏有窗重,荷载很小,因此窗台墙相当于反梁而窗间墙相当于反梁支座,窗台墙因反向变形过大而开裂,上宽下窄.地基的不均匀沉降主要原因：

1.1施工中出现的问题.由于施工时地基处理的不好,或因地质勘探不细,没有发现地下的某些不良地质现象,如暗洪、坑洞等,因未作处理或者处理不善.或者墙体砌筑时,砂浆强度偏低,灰缝不饱满；砖砌组砌不当,通缝多,断砖集中使用；拉结筋不按规定标准设置；墙体留槎违反规范要求等等从而引起地基的不均匀沉降.

1.2建成后使用过程中的意外影响.由于地下水管的大量漏水引起地基局部下沉,或因为临时的大量的地面堆载而引起局部下沉,另外还有相邻新建筑产生的影响等.

1.3计算过程中的不正确因素的影响.主要是计算过程中,沉降经验系数的取值及一些人为的计算方法选择的影响.

1.4设计方面的问题.建筑物长度太长；建筑体型比较复杂凹凸转角多；未在适当的部位设置沉降缝；基础及建筑物整体刚度不足,建筑物层高相差大所受荷载差异大；地基土的压缩性显著不同、地基处理方法不同；以及设计方面的错误都会引起建筑物产生过大的不均匀沉降.平面形状复杂的建筑物,如“工”字形,Top,字形,“E”字形,“L”字形等,在纵横交叉处,基础密集,地基中应力重叠,沉降量增加.同时,此类建筑物整体性差,刚度不对称,容易遭受地基不均匀沉降的危害而产生开裂.

1.5地基处理方法选取不当.地基处理方法多种多样,每种处理方法都有各自适用的范围,并且对不同的工程要求处理的效果也不相同.不同的地质条件千差万别,同一地区的不同工程或者同一工程的不同部位地质条件也不尽相同,因此有可能需要同时运用多种地基处理方法,但为了施工方便,实际工程中有可能会使用同一方法处理不同软弱地基,而这往往是造成差异沉降的隐蔽因素.

2建筑结构基础不均匀沉降的防治措施

2.1设计措施

a.控制建筑物的长高比.根据调查,二层以上的砌体结构长高比不宜大于2.5,对于平面简单、内外墙贯通、横墙间隔较小的结构,长高比不宜大于3.0,不符合上述要求的,要设沉降缝.软弱地基上的三层及以上房屋,其长高比不大于2.5.

b.设置圈梁.这是防止裂缝出现和防止裂缝发展的有效措施.对于地表变形很大的地区,阻止裂缝出现不可能的情况下,为防止房屋的突然倒塌,保持带裂缝房屋的整体性至关重要,需采用构造柱、圈梁等.圈梁对帮助减小沉降裂缝是不容忽视的,墙内设置的圈梁能增强墙体承受挠曲应力的能力,圈梁又如钢筋,主要承受拉力,能在一定程度上弥补砌体抗拉强度低的弱点,但是圈梁必须与砌体结构结合成整体,否则不能发挥其应有的作用.

c.合理布置纵横墙.当地基发生不均匀沉降时,墙身是主要的受力构件,纵墙应尽量避免转折或中断,防止刚度消弱而损坏,建筑物横墙能起到加强整体刚度的影响.间距不宜过大并注意与外墙妥为连接,并加强基础的刚度和强度.基础对不均匀沉降的调整能力依次为：箱型基础、筏形基础、混凝土十字交叉条形基础、条形基础.总结各地的经验建议,在软弱地基或较软地基上的建筑采用桩基础,而不宜采用整板基础,不应采用条形基础.要采取有效措施,避免上部结构因支座的移动产生很大的附加应力.

2.2建筑措施

2.2.1控制建筑物的长高比

建筑物的长高比是决定结构整体刚度的主要因素.过长的建筑物,纵墙将会因较大挠曲出现开裂.有调查资料表明,若将建筑物的长高比控制在2.5左右,再对上部结构和基础采取一些加强刚度的措施,基本上可以控制不均匀沉降.

2.2.2合理布置纵横墙

地基不均匀沉降最易产生在纵向挠曲上,因此一方面要避免纵墙开洞、转折、中断而削弱纵墙刚度；另一方面应使纵墙尽可能与横墙联结,缩小横墙间距,以增加房屋整体刚度,提高抵御不均匀沉降的能力.

a.设置沉降缝.用沉降缝将建筑物分割成若干独立的沉降单元,这些单元体型简单、长高比小、整体刚度大、荷载变化小、地基相对均匀、自成沉降体系,因此可有效地避免不均匀沉降带来的危害.

b.控制与调整建筑物各部分标高.基础变形会改变建筑物各组成部分的标高,影响正常使用.为减轻不均匀沉降对使用上的影响,可采用下列措施控制：适当提高室内地坪和地下设施的标高；对结构或设备之间的联结部分,适当将沉降大者的标高提高；在结构物与设备之间预留足够的净空；有管道穿过建筑物时,预留足够尺寸的孔洞或采用柔性管道接头.

3结构措施

3.1应尽量减少建筑物自重,有如下措施：采用轻质材料或构件,如加气砖、多孔砖、空心楼板、轻质隔墙等；采用轻型结构,例如预应力钢筋混凝土结构、轻型钢结构、轻型空间结构（如悬索结构、充气结构等）；采用自重轻、覆土少的基础型式,例如空心基础、壳体基础、浅埋基础等.3.2减小或调整基底的附加压力

设置地下室或半地下室,利用挖除的土重去补偿一部分、甚至全部建筑的重量,有效地减少基底的附加压力,起到均匀与减小沉降的目的.此外,也可通过调整建筑与设备荷载的部位以及改变基底的尺寸,来达到控制与调整基底压力,改变不均匀沉降量.

3.3增强基础刚度

在软弱和不均匀的地基上采用整体刚度较大的交叉梁、筏形和箱型基础,提高基础的抗变形能力,以调整不均匀沉降.

3.4设置圈梁

设置圈梁可增强砖石承重墙房屋的整体性,提高墙体的抗挠、抗拉、抗剪的能力,是防止墙体裂缝产生与发展的有效措施,在地震区还起到抗震作用.因为墙体可能受到正向或反向的挠曲,一般在建筑物上下各设置一道圈梁,下面圈梁可设置在基础顶面处,上面圈梁可设在顶层门窗以上（可结合作为过梁）.更多层的建筑,圈梁数可相应增多.圈梁在平面上应成闭合系统,贯通外墙、承重內纵墙和内横墙,以增强建筑物的整体性.

4施工措施

4.1在具体施工中,可以有多种方法防治建筑结构基础的不均匀沉降,如逆作法,逆作法可以减排土量,并与主体结构重量进行平衡,从而使沉降量大幅度降低.逆作法施工的基本原理是沿建筑物的外墙（必要时包括内墙）位置施工地下连续墙,作为地下室外墙,同时也作为挡土围护结构.在建筑物内部的适当位置,打下中间支撑桩,若为桩箱基础,中间桩可选定在相应的桩上.

4.2应力解除法

应力解除法是应用土力学的原理,在建筑物沉降较小的一侧按照一定的角度打斜孔,解除地基中的局部应力,从而使地基土中的应力发生重分布,局部沉降量增大,从而达到控制不均匀沉降的目的.在施工过程中,边打孔边用高压水冲孔,促使泥浆随水流流出.钻孔造成了其有效承载面积的减小,局部应力相对增大,在孔壁附近产生应力集中,孔周土侧向挤出；与此同时,因边界条件的改变,引起应力重分布并形成塑性区,迫使整个基础范围内的土体产生沉降,沉降速率外侧大于内侧.由于饱和软粘土的灵敏度高,触变性大,钻孔后严重扰动土体,土体的抗剪强度大大降低,钻孔后在地基土内形成的空腔,土体在自重作用下沿孔的径向移动,采用降水的辅助措施后孔内的水被排走,土体在自重和水的渗透压力作用下,沿孔径向的变形明显加大,促使建筑物局部下沉.

4.3后浇带法

此带设在裙房一侧,宽度不小于800.具体做法是,先把高层主楼和低层裙房分开施工,从基础到裙房屋顶各构件的钢筋均断开,到灌后浇带之前把钢筋焊接.后浇带应采用浇筑水泥或硫铝酸盐水泥等早强快硬无收缩的水泥配置混凝土进行浇灌.后浇带施工措施适用于变形稳定快,沉降量较小的地基.如砂类土在施工期间可认为其地基变形已基本完成,又如低压缩性土地基亦可采用后浇带.对变形量大、变形延续时间长的地基则不宜采用.

4.4通过控制地下水位控制不均匀沉降

通过使地下水位上升控制建筑物的沉降,是在建筑物的施工中,对下降的地下水位在各施工工序中相继完成中,使其徐徐上升,并同时采用挡水墙和灌水的综合方法使水位上升,以便对沉降进行控制,这种做法实际上有效利用浮力作用于建筑物的地下结构,使沉降得到控制.

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