某高层商住楼沉降原因检测与分析

安 炳

(甘肃土木工程科学研究院，甘肃 兰州 730020)

某高层商住楼沉降原因检测与分析

安 炳

(甘肃土木工程科学研究院，甘肃 兰州 730020)

通过对某高层商住楼的检测，分析了造成建筑物不均匀沉降的主要原因，指出基础后浇带的设置位置和封闭时间、复合地基软弱下卧层及上部受力不均是造成不均匀沉降不可忽视的重要因素。

检测，沉降，后浇带，地基

1 工程概况

某高层商住楼为地下1层、地上17层钢筋混凝土结构，裙房为框架剪力墙结构，主楼为剪力墙结构，平板式筏形基础，地基处理采用孔内深层强夯法(DDC法)整片处理，地基基础设计等级为甲级(全部消除湿陷性)。建筑物地下室为库房，层高为4.20 m，地上1层层高3.30 m，2层层高为3.30 m，3层层高为3.60 m，4层～17层层高均为2.80 m，建筑室内外高差为0.30 m，建筑总高度为49.70 m。裙楼共3层，总长68.60 m，塔楼长27.80 m，宽20.60 m，总建筑面积为10 606.77 m2，其中地下建筑面积为875.01 m2，地上建筑面积9 731.76 m2。结构平面布置图见图1。商住楼于2012年9月进行复合地基处理施工，2013年3月开始主体结构施工，2013年9月主体结构封顶。2014年年初，现场施工单位在进行外墙装修及电梯安装施工过程中发现外墙及电梯井道存在倾斜变形现象，随后对该建筑物做了进一步变形观测，观测发现该建筑物结构顶部四角出现明显偏向西南方向的趋势，且倾斜量较大，同时在楼内发现底部裙楼框架梁上已出现裂缝现象。

2 检测目的

受该项目建设单位委托，在施工单位的现场配合下，我单位对该商住楼进行了现场检测及验算分析，观测建筑物的倾斜程度，分析造成建筑物不均匀沉降的主要原因，并为后期的建筑物纠偏加固提供可靠的技术依据。

3 地质条件

3.1 场地地形地貌

该地地貌单元上划分属关川河西岸二级阶地后缘，场地原为梯田地，东北低西南高，最大高差22.10 m。部分场地已整体土方开挖外运整平呈斜坡状，最大高差9.90 m，场地宽阔。勘察期间据对场地周围踏勘调查，未发现水洞、黄土碟形洼地、坍塌滑落痕迹，无已有建筑，植被稀疏。

3.2 场地地层岩性

③泥岩(N)：呈褐红色，致密状，主要成分为粘土矿物，泥质结构。1.5 m以上强风化，矿物成分已显著变化，岩芯呈破碎状。1.5 m以下中等风化，矿物成分部分发生变化，岩芯呈短柱状。

建设现有场地上，筏板顶标高均为1 913.00 m。南侧主楼设2层地下室，室外地面标高1 920.50 m，基础顶面以上填土高度为7.50 m，东侧及北侧裙房均设1层地下室，室外地面标高1 916.90 m，基础顶面以上填土高度为3.90 m，建筑物两侧填土高度相差3.60 m。

4 地基基础现场检测

4.1 地基处理要求

根据建设单位提供资料，地基采用孔内深层强夯法(DDC法)进行整片处理，以消除地基土的湿陷性及提高地基承载力。DDC法整片处理地基有关要求如下：DDC桩采用成孔400 mm，工后550 mm，间距为800 mm的正三角形布置，深度20 m，要求其填料压实系数不得小于0.97，桩间土经挤密后的平均挤密系数不应小于0.95，最小挤密系数不应小于0.93。顶端做500 mm厚3∶7灰土垫层夯实。

4.2 地基检测

在楼的周边分别开挖5个探井进行桩体土和桩间土的检测，探井开挖深度自筏板垫层底向下20.0 m，试验土样自3∶7灰土垫层底起，向下每1.0 m取土样做土工试验，并做6组桩体土击实试验和桩间土击实试验，分别换算出平均压实系数和平均挤密系数，同时测定处理深度内桩间土的压缩性和湿陷性。经开挖取样，实验室实验，各个探井的压实系数均在0.93～0.99之间，含水率在13.4%～29.2%，湿陷系数最大0.012，结合以上实验数据，测得基础施工符合要求。

4.3 基础检测

结合现场实际情况，发现主楼与裙房筏板基础相连，主楼与裙房间仅在东侧交界处设置一道800 mm宽沉降后浇带。由施工方提供的封闭时间来看，关于后浇带的封闭时间都在6个月以上。但实际合理的布置，不单单是在主群楼交界的东侧设置，还应在交界处的北侧设置另一条后浇带。

5 地基基础验算分析

5.1 地基变形计算

5.1.1 复合地基处理调查

根据本工程岩土工程勘察报告，1号楼场地地下水位标高为1 888.00 m。根据原设计图纸及现场检测结果，±0.000 m标高相当于绝对标高1 917.20 m，筏板顶标高1 913.00 m，筏板厚度1 000 mm，筏板底标高1 912.00 m，筏板垫层底标高1 911.80 m，复合地基处理厚度20.00 m，复合地基层底标高1 891.80 m，角砾层顶面标高(平均值)1 873.70 m。由此可计算得，复合地基层底距地下水位3.80 m，复合地基层底距角砾层顶面18.10 m。

5.1.2 软弱下卧层

根据本工程岩土工程勘察报告，探井TJ2土工试验揭示：孔深28.50 m处(孔口标高1 919.50 m，取样标高为1 891.00 m)土样含水量达到30.9%，压缩模量Es=4.8 MPa，已达饱和状态，该位置距离复合地基层底0.8 m，已属毛细饱和带。

根据上述结果，复合地基层底土已属饱和状态，属软弱下卧层。复合地基层底距角砾层顶面18.10 m，因此，地基变形计算时软弱下卧层厚度取18.10 m，下卧层压缩模量取Es=4.0 MPa。

5.1.3 地基变形计算深度

根据现行国家标准GB 50007—2011建筑地基基础设计规范第5.3.7条：地基变形计算深度zn应符合下式的规定。当计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算。

因复合地基处理层以下天然土层含水量较高，属较软土层，因此，地基变形计算深度应计算至角砾层顶面，计算深度为基底以下38.10m，其中，复合地基厚度为20.0m，软弱下卧层厚度为18.10m。

5.1.4 复合地基压缩模量

根据现行国家标准JGJ79—2012建筑地基处理技术规范第7.1.1条：复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍，ξ值可按下式确定：

其中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa；fak为基础底面下天然地基承载力特征值，kPa。

依据本工程孔内深层强夯法(DDC法)处理地基施工质量检测报告，复合地基承载力特征值fak=280kPa；依据本工程岩土工程勘察报告，基础底面下天然地基承载力特征值fak=100kPa，压缩模量Es=7MPa，因此，可计算得复合地基压缩模量为Es=19.6MPa。

5.1.5 地基变形计算

1)地基土分层。

根据复合地基现状，地基变形计算时将地基土共划分为3层，基底以下计算深度为38.10m。a.基底以上填土层，层厚5.40m，压缩模量Es=7MPa，容重平均值γ=15.4kN/m3；b.基底以下挤密桩复合地基处理层，层厚20.0m，复合压缩模量Es=19.6MPa，容重平均值γ=19.5kN/m3；c.复合地基以下软弱下卧层，层厚18.1m，压缩模量Es=4.0MPa，容重平均值γ=17.4kN/m3。

2)地基变形计算。

采用中国建筑科学研究院PKPM软件JCCAD中筏板有限元计算程序按分层总和法计算筏板基础沉降变形。经计算，在标准恒载(1.0恒)作用下，筏板计算最大沉降变形量224mm，其中，复合地基层计算最大沉降变形量为30mm，软弱下卧层计算最大沉降变形量为194mm。由计算结果分析可知，地基变形主要发生在复合地基以下的软弱下卧层。

经计算，在标准恒载(1.0恒)作用下，筏板计算最大沉降变形量224mm，最大沉降位于筏板主楼一侧的西南角，筏板最小沉降变形量85mm，最小沉降位于筏板最北端。经分析，筏板最北端与西南角计算沉降差达139mm，筏板计算倾斜量达0.004，倾斜方向由北侧偏向西南侧方向，与现场已测得的结构整体倾斜方向一致。

5.2 筏板验算

5.2.1 筏板反力验算

经验算，荷载效应标准组合下地基最大反力278kPa，小于处理后的复合地基承载力特征值为280kPa，地基承载力满足设计要求。

5.2.2 筏板抗冲切验算

经验算，框架柱、剪力墙对筏板抗冲切验算结果均满足规范要求。

5.2.3 筏板偏心验算

经验算，荷载效应准永久组合下，筏板偏心验算e/(0.1w/A)=9.03，大于GB50007—2011建筑地基基础设计规范规定的1.0的限值，筏板偏心验算结果不满足规范要求。

5.2.4 筏板配筋验算

经验算，筏板实际配筋满足计算要求。

6 沉降原因分析

1)后浇带设置对基础沉降的影响。后浇带是目前解决主群楼差异沉降常用的办法，封闭时间以及浇筑前期的理论计算是不可少，当计算所得的主群楼相邻跨沉降差小于1‰时，才可封闭[1]。应用相关软件，对该楼的实际后浇带设置位置进行计算，主楼范围内筏板沉降量在150mm～240mm之间，北侧裙房范围内筏板沉降量在85mm～160mm之间，相比之下筏板计算倾斜量达4‰。而在上面的偏心计算中，偏心高达e/(0.1w/A)=9.03，筏板偏心距明显过大，在上部荷载作用下筏板重心明显偏离裙房，而偏向主楼一侧，而北侧裙房与主楼间未设置后浇带，导致北侧裙房筏板与主楼筏板之间产生较大的差异沉降无法消除，引起整个筏板基础整体倾斜，而上部结构随之出现整体倾斜。因此后浇带的设置，对沉降造成了不可忽视的影响。

2)软弱下卧层对基础沉降的影响。在对基础进行检测过程中，发现在探井的底部20m以下，出现了含水率30.9%，已达饱和状态18.1m的软弱下卧层。通过计算，基础计算最大沉降变形量224mm，其中，复合地基层计算最大沉降变形量为30mm，软弱下卧层计算最大沉降变形量为194mm。由计算结果分析可知，地基变形主要发生在复合地基以下的软弱下卧层。

3)复合地基含水量对基础沉降的影响。a.地基土含水量分析对比。根据1号楼地基检测土工试验结果，桩体土含水量在10.3%～29.2%之间，平均为16.8%，桩间土含水量在7.9%～23.5%之间，平均为14.7%，本次检测桩体及桩间部分土样含水量高于地基施工质量检测报告中桩体及桩间土最大含水量。b.地基土含水量对沉降的影响。经分析，主楼南侧探井桩体土及桩间土含水量偏高，南侧1号探井桩体土最大含水量22.1%，桩间土最大含水量23.1%，南侧2号探井桩体土最大含水量29.2%，桩间土最大含水量23.5%。根据主楼南侧1号、2号探井土样揭示，主楼南侧复合地基局部范围含水量偏高，导致复合地基承载力下降，压缩模量减小，地基变形增大，而筏板范围内地基变形不均匀易引起筏板基础向地基变形较大一侧出现倾斜。

4)主楼与裙房基础覆土高度不同对基础沉降的影响。依据原设计及现状，主楼与裙房基础相连，均为1 000mm厚筏板基础，筏板顶标高均为1 913.00m。南侧主楼设2层地下室，室外地面标高1 920.50m，基础以上填土高度为7.50m，东侧及北侧裙房均设1层地下室，室外地面标高1 916.90m，基础以上填土高度为3.90m，建筑物两侧填土高度相差3.60m，使整个筏板偏向主楼一侧的填土自重应力相对较大，主楼筏板边缘上填土荷载作用较大，地基变形相对较大，而北侧、东侧裙房填土的自重应力相对较小，裙房筏板边缘上填土荷载作用相对较小，地基变形相对较小。因此，主楼与裙房基础覆土高度不同、筏板边缘覆土不均匀使地基基础不均匀沉降加剧，导致筏板倾斜加剧。

在工程实践中，同样的地质层情况，作用在地基上的荷载差异性很大时，其下部地基的沉降速度和时间上也是不同的，结合土力学基本理论，固结沉降时间和上部作用的力是息息相关的，但从结构上分析，在不同的力的作用下，封闭处由于后期的沉降量不同步，也会造成封闭带筏板的应力集中，对于有软弱层的不均匀沉降就更为突出，最终致使上部结构倾斜。

7 结语

1)本工程检测分析结论及处理建议。

根据对该建筑物的现场检测及理论分析，对本工程的检测分析结论及处理建议归纳如下：

a.基础后浇带设置不当、基础下存在软弱下卧层、复合地基含水量过大、主楼与裙房基础覆土高度不同是造成基础产生显著不均匀沉降的主要原因。b.建议对地基软弱下卧层采取措施进行加固处理。c.建议在结构沉降趋于稳定之后及时地进行纠偏处理。d.建议在结构上设置永久性沉降观测点和水平位移观测点，并制定变形观测方案，定期进行沉降观测和水平位移观测，直至变形稳定。

2)针对同类工程的实践意义。

通过对本工程的检测与分析，有助于结构及岩土工程师在工程前期勘察、设计及后期施工过程中对可能出现的此类问题引起足够的重视，对于同类工程，具有实际工程实践意义。

[1] 邸道怀.沉降后浇带封闭时间初探及工程实例[J].建筑科学，2012(28)：295-297.

[2] 张炳乾，李战胜.基于实测数据的沉降预测方法综述[J].山西建筑，2014，40(22)：48-49.

[3]JGJ79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[4]GB/T50783—2012，复合地基技术规范[S].

Settlement of a building detection and analysis

An Bing

(GansuInstituteofCivilEngineering,Lanzhou730020，China)

The whole detection of a commercial building, and analyze the reasons that cause uneven settlement, after which the pouring position with the set-up and closing time, the differences of the lower and upper force of composite ground that the factors cause the uneven settlement can not be ignored.

detection, settlement, back strip, ground

2015-01-26

安 炳(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)10-0072-03

TU433

A