地基土质对建筑物产生的非结构性不利影响浅析

白燕

天津市环亚建筑工程环境质量检测有限公司 天津 300385

在建筑学中“将承受上部结构荷载影响的那一部分土体，叫作地基。”在工程地质学中对地基的定义为：“由于建筑物的兴建，导致岩土中某一范围内原来的应力状态发生了变化。这部分由建筑物荷载引起应力变化的岩土体叫作地基。”基地的土质情况对建筑物的设计和施工影响很大，处理不当，将出现各种问题，给使用者造成不便。

1 项目建设和使用基本情况

本项目占地面积为49276平方米，总建筑面积为21232.54平方米，其中地上建筑面积为20801.5平方米，地下建筑面积为431.04平方米。由7个区域建筑组成，一、二、四区均为二层，五、六为二层建筑，七区为一下沉式体育馆，三区大部分为三层，局部四层，餐厅在一层。各区建筑交接处均设置100毫米宽变形缝。一区至六区层高为：一层、二层均为3.90米，三区局部三层、四层均为3.90米，七区地下一层为5.4米，地上一层为3.90米，室内外高差为0.45米。一层建筑主体檐口高度为4.35米、二层为8.25米、局部四层为16.05米。结构形式为：除七区，即体育馆，屋面采用钢结构焊接空心球网架、轻型复合彩钢屋面板除外，其余均为钢筋混凝土框架填充墙结构。建筑使用年限为50年。非承重的外围护墙采用200毫米厚的砂加气混凝土砌块，M5的混合砂浆砌筑。

项目于2010年8月正式开始使用，前三年只使用了一、二、三区的部分房间。从2014年开始使用的面积逐渐增加，至2016年使用了七个区域的绝大部分房间，仍有少部分房间尚未使用，或较少使用。在使用了6年后，通过结构安全鉴定得知，本建筑的结构不存在安全问题。

图1 项目总平面示意图

2 项目所在地区的地质情况

本项目所在地的土层分步为，第一层为素填土，厚度为0.7～1.7米，板顶标高为-0.52～-0.33米，填垫时间不足十年，土质不均匀，以黏性土为主，为可塑状态；第二层为粉质黏土，厚度为1～1.7米，板顶标高为-1.87～-1.09米，土质不均匀，属中压缩性土，承载力为90kPa；第三层为的第一部分为淤泥质黏土，厚度为3.4～4.4米，板顶标高为-3.17～-2.48米，土质不均，流塑状态，属高压缩性土，承载力为70kPa；第三层的第二部分为粉质黏土，厚度为6.5～8.2米，板顶标高为-7.02～-6.11米，土质不均，流塑状态，属中压缩性土，承载力为90kPa。这种通过填垫土形成的建设用地，在沿海地区，比较普遍，通常与本项目相同，选择桩基础，以保障建筑本身的沉降不影响结构安全[1]。

3 存在的问题和原因分析

3.1 室外散水及台阶下沉、开裂

（1）问题产生、发展过程和现状表现

据使用方介绍，室外散水和台阶下沉的现象从2011年就已发现，裂缝逐渐加大。2011年和2012年分别进行过两次整修，2012年将所有有问题的台阶，都进行重新修复。到2013年底散水下沉开裂的最大处已有50毫米左右，目前最大处已经达到100毫米，台阶两侧也破损严重（见图2、3）。建筑主入口处的弧形台阶平面面积较大，在结构柱外层，以花岗岩面砖为线，也出现最大30毫米的沉降。另一处虽然散水也发生沉降，但是并没有和建筑主体的外墙面脱离，而是窗下的墙体部位与窗户的下框开裂，而且裂缝的宽度与散水下沉的裂缝相同（见图4）。

图2 台阶下沉的主要表现

图3 散水下沉的主要表现

图4 窗下墙下沉的表现

（2）室外散水和台阶下沉的原因分析

在设计图纸中，对室外场地和建筑基础以外回填土的工程做法没有明确要求，对散水和台阶给出了营造做法，为：面层为60厚C20混凝土随打随抹，垫层为100厚的C10混凝土，下面就是素土夯实了。台阶的做法为，在面层和结合层以下，为100厚的C15混凝土，300厚3：7灰土垫层，最下面是素土夯实。在竣工图中给出了室外各类场地的营造做法，其中绿地在1米厚种植土下面，为200毫米厚的石屑淋水层，0.2毫米的聚酯纤维无纺布，素土夯实；广场砖下面为300厚3：7灰土，分两步夯实，最后为素土夯实；草皮砖和沥青路面的地基处理均为180厚的二灰碎，360厚12%灰土，分两步夯实，360厚的5%戗灰。这种做法为普通地基的处理方法，处理的深度最大不超过1米，说明大部分室外场地的持力层作用在第一土层上。该层土虽以黏性土为主，但为可塑状态，在地质勘查报告中并未给出承载力的数值，不适于作为持力层。

经仔细勘察发现，建筑外立面与大面积室外场地相接的部分，下沉量相对均匀，最大可以达到100毫米，最小的也有60毫米，只有台阶的沉降相对较小，最大的也达50毫米（见图5）。不论哪种室外地面，如路面、广场砖、绿地、散水等均未发现明显凹凸不平的地方。只有被建筑物围合的室外部分沉降量较小，但也有10-20毫米。这说明本项目散水、台阶、场地地面等下沉的主要原因为地基的整体下沉。原因一是第三土层的第一部分为流塑状态的土层，当其承压后，自身会随着时间发生一定的沉降。但随着时间的推移，这种沉降将趋于稳定；二是承载室外地面的第二和第一土层分别为粉质黏土层和回填土，经过雨水的多年沉积，土层也会逐渐沉实，而发生地面沉降。

图5 室外台阶下沉的表现

（3）窗下墙体与窗户下框开裂的原因分析

中学部五区实验室弧形外窗处，共五个窗户，在中间的一窗户下，虽然散水也下沉了，但是散水并没有和建筑主体的外墙面脱离，而是窗下的墙体部位与窗户的下框开裂，而且裂缝逐渐增大，大约在圆弧中央的位置，达到最大，约100毫米。从裂缝中能看到安装窗户时使用的锚栓和密封材料，都已暴露在外。经在变形最大点和开始产生变形两处剔凿后发现，此窗下墙体以窗框为界分为两个部分，窗框以里为砌体结构，以外为80毫米宽混凝土梁外包保温材料。开裂下沉的为窗框以外的部分。经查，设计图纸中只显示窗下为混凝土梁。所以推测，由于该段为弧形，而混凝土梁一次性浇筑成弧形有一定困难，则在具体施工中采用的方法为，按照弧形走向分段浇筑，然后对内用砌体结构，对外用保温材料和抹灰等方式完成最终的造型。而弧形的中间段梁最靠外，而安装窗户的人并不知道墙的具体构造，每个窗户的位置都应相同，所以导致这一段的窗框正好安装在了砌体结构和混凝土梁的中间。安装窗户用的锚栓也正好有几个打在这两层结构的中间部位，使这里成为比散水和外墙连接处更为薄弱。当地面整体下沉时，这里便首先产生了裂缝。随着地面下沉的增加，此裂缝也不断加大。

3.2 墙面出现斜裂纹的原因分析。

据使用方介绍，该建筑在使用后一年，墙上就出现了裂纹，并开始进行维修。到目前虽仍有裂纹，但数量在减少。在现场勘察过程中发现，墙面上有斜向45℃的裂纹（见图6、7），有竖向垂直地面的通体裂纹，有梁下局部裂纹等。

这其中的斜裂缝是由于沉降不均造成的。该建筑虽然选用了桩基，而且通过沉降观测看，其建筑整体沉降值也达到了设计要求。但建筑中不同部位仍有沉降不均的现象，有的累计沉降值相差一倍多。所以当框架柱之间产生了较小的不均匀沉降时，梁柱的变形会使墙体受到剪应力，如果墙体的整体性很好，将导致墙体出现45℃的斜裂缝。但这些裂缝不影响结构安全，经过一定时间后，沉降趋于稳定，裂缝就基本不再继续发展。

图6 内隔墙上最严重的斜裂缝

图7 内隔墙上的斜裂缝

3.3 室内雨水管排水不畅和漏水问题的原因分析。

据使用方反应，近两三年发现，沿建筑图中D轴附近设置的室内雨水管，在一区、三区、五区的一层都有漏水现象，尤其当下大雨时，雨水从立管下部连接处冒出来。阴湿了墙面，反复阴湿就导致墙表面的腻子和漆脱落。另外，在2011年左右，建筑物主入口一侧的厕所也曾经发生排水不畅问题，多次疏通仍无效果。后经开挖后发现，室外排水管道由于下沉被切断造成堵塞。

由于室外地面沉降，土体压缩雨水管变形使排水不畅。当雨水量过大时不能及时排出，停留在立管中，从粘接薄弱的地方溢出。

4 预防措施

项目建设是一个系统工程，每个建设项目，从立项开始，到投入使用，要经过项目论证、可行性研究、设计、开工准备、施工、监理、调试运行等各个阶段。前一阶段的工作成果，是后一阶段的工作依据，后一阶段工作也是前一阶段成果的深化和细化。在进行施工图设计时，应根据地质勘查报告的内容，针对不同的地质情况，对各专业的构造做法采取必要的预防措施。同时，还要针对这种措施的技术、经济的可行性进行甄别和选择。

针对这种情况，提出三种预防措施：

（1）将散水、台阶等与建筑物相连的部位，和外排的雨水和污水管道处，采用全部换填土至第二土层，并分步夯实，有必要的，还可以增加灰土和二灰碎的厚度。

（2）将台阶的结构部分与建筑主体结构构件相连接，也可减少台阶开裂的问题。

（3）将外墙外表面处理到散水以下一定位置，预留可能预见到的散水沉降的量。

遇到这种地质情况时，需要设计单位加以重视，不仅结构专业，其他专业也要采取相应应对措施。在设计阶段可以预见，并能采取相应防范措施解决的问题，比在施工中发现问题再变更设计，甚至在使用过程中遇到问题再维修，投入的精力和资金少，效率高。因此，希望进一步关注地基土质对建筑物产生的不利影响，注重设计阶段的细节处理，提高建筑产品的质量和品质。