1、建筑结构基础不均匀沉降的原因分析
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。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。
地基的不均匀沉降主要原因:a、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,因而未作处理或处理不善。或者墙体砌筑时,砂浆强度偏低,灰缝不饱满;砌砖组砌不当,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。b、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。c、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。d、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等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。e、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。不同地区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的防治措施
2.1 设计措施
建筑物地基所受的荷载中,建筑物的自重所占比例很大,减轻自重的主要措施有:减少墙体重量;选用轻型结构。要增强建筑物的刚度和强度。(1)控制建筑物的长高比。长高比是决定砌体结构空间刚度的一个主要因素。L/H越小,建筑物的刚度越好,对地基不均匀沉降的调整能力也越大。(2)设置圈梁。在建筑物墙体内设置圈梁,可增强建筑物的整体性,提高砌体的抗剪、抗拉能力,这是防止裂缝出现和防止裂缝发展的有效措施。(3)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。
2.2 建筑措施
(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)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。(3)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。(4)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,可采取下列措施控制: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。
2.3 结构措施
(1)应尽量减小建筑物自重,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。(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、甚至全部建筑物的重量,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)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、筏形和箱形基础,提高基础的抗变形能力,以调整不均匀沉降。
2.4 施工措施
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:(1)逆作法,逆作法可以减少排土量,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。(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。(3)后浇带法。为解决高层主楼和低层裙房基础的差异沉降引起的结构内力,可在高低层相连处留施工后浇带。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。
