工业厂房刚性地面局部沉陷处理方法研究

白伟亮，杨龙江，邸 鑫，张瑞云

（1.中国电子工程设计院有限公司，北京 100142；2.中电投工程研究检测评定中心有限公司，北京 100142）

0 引 言

刚性地面，顾名思义指的是平面内刚度较大的地面。一般在基础施工完成后，在压实的回填土上直接做整体性地面，主要类型包括细石混凝土地面、水泥砂浆地面、水磨石地面等［1-3］。这类地面荷载直接作用在土体上传递至持力层，并且具有施工简便的特点，因此被广泛应用于首层地面荷载较大的工业厂房中［4-6］。然而随着使用年限增加，很多刚性地面在使用过程中出现沉陷问题。本文结合实际工程案例介绍了沉陷调查、原因分析、处理方案选择的具体操作方法，希望可以抛砖引玉为解决此类工程问题提供参考。

1 地面沉陷调查

对地面沉陷进行调查分析，全面了解地面沉陷的范围、沉陷深度，沉陷区域结构构件变形情况。根据沉陷调查结果分析造成沉陷的原因。

1.1 地基问题

地基承载力不足，出现局部不均匀沉降，刚性地面随之沉降变形，这种情况下结构构件会出现较大变形，结构存在安全隐患。

1.2 回填土问题

回填土在施工阶段未压实，随着时间推进逐渐固结未完成，由于局部荷载较大等原因出现不均匀沉降的现象，由于刚性地面非结构构件，未受到主体结构约束，故随土体产生不均的沉陷，此种情况对结构安全影响较小。

2 处理原则

根据沉陷调查结果选择处理方案，应综合考虑以下方面因素进行选择。

1）对原结构的影响。优先选择对原结构影响较小的处理方案。

2）施工周期。优先选择施工周期短的方案。

3）工程造价。优先选择造价低的方案。

4）地面承载力要求。备选方案应与地面承载力设计值相适应。

刚性地面沉陷处理流程如图1 所示。

图1 刚性地面沉陷处理流程图

3 工程案例

3.1 工程概况

某框架结构厂房建于 2003 年，地上 3 层，局部地下 1 层，于 2006 年在 3 层顶增加 1 层钢框架，经过 15 年的使用，现首层刚性地面出现了不同程度的沉陷。基础与刚性地面信息如图2 所示。

1）基础形式。基础为柱下条形基础，基础底标高 -4.0 m，基础顶设置地梁，梁顶标高 -1.8 m。

2）地基承载力。地基持力层为粉质黏土，地基承载力标准值fk≥150 kPa，地基持力层以下不存在软弱下卧层。

图2 刚性地面与基础位置关系图

3）刚性地面。基础采用素土回填，厚度约为 3.8 m，回填夯实后在正负零标高做 200 mm 厚现浇混凝土地面。

3.2 地面沉陷现场调查

地面沉陷情况调查分为 3 个部分：①地面沉陷情况普查。对厂房地面的整体沉陷情况做一个全面的检查（见图3～图5），给出定性判断；②地面沉陷深度检测。采用全站仪检测各个沉陷区域的沉陷深度；③沉陷区域结构构件变形检测。选取沉陷严重区域，检测结构构件的变形情况。

图3 现场检测照片

图4 地面沉陷区域积水

图5 沉陷区域地面剔凿外观

经现场调查与检测，得出以下结论。

1）首层地面均出现不同程度的沉陷，地面沉陷普遍存在，属于共性问题；其中 10-11～E-G 区域（沉陷高差 178 mm）及 2-3～C-D 区域（沉陷高差 43 mm）沉陷较严重，其他区域沉陷高差普遍在 0～40 mm。

2）沉陷区域结构构件变形符合规范要求，沉陷不影响结构安全。

3）通过剔凿沉陷区域混凝土地面发现混凝土板下回填土已趋于稳定状态，较为密实。

3.3 沉陷过程分析

现场检测表明，沉陷区域范围内结构构件变形在正常范围内，基础未发生不均匀沉降。因此认为刚性地面沉陷主要由地面以下回填土（厚度约 3.8 m）发生不均匀沉降所致，由于首层地面为刚性地面，属于非结构构件，并未受到主体结构的约束，故发生沉陷（地面沉陷发展过程见图6）；可能引起回填土产生不均匀沉降原因有：施工阶段未夯实、土体浸水、局部地面超载等。

图6 地面沉陷发展过程（单位：mm）

3.4 处理方案

针对本工程刚性地面以下回填土发生的沉陷问题，有诸多方案可供选择。查阅相关文献，可采用劲性体加桩帽和褥垫层的地基处理方案［7］、采用水泥-水玻璃双液浆注浆加固回填土［8］、采用高压旋喷桩+压力注浆［9］、注浆加固法［10］等。根据本工程项目特点，对沉降较为严重的区域（10-11～E-G 区域），提出以下 4 种解决方案。

3.4.1 方案一：回填土夯实

采用土体夯实方案进行处理（见图7），具体工作步骤如下。

1）原有刚性地面混凝土楼板切割、拆除。

2）混凝土板下土体回填至 -0.3 m 并压实，压实系数 0.94。

3）压实后做 100 mm 厚混凝土垫层，后浇 200 mm厚 C30 现浇混凝土板，板底配双向采用植筋与四周混凝土板连接。

图7 回填土夯实处理（单位：mm）

3.4.2 方案二：碎石桩+褥垫层

采用碎石桩+褥垫层进行处理（见图8），具体工作步骤如下。

1）拆除沉陷区域混凝土楼板，采用碎石桩进行回填土区域的地基处理。

2）碎石桩桩径 400 mm，桩间距 1 600 mm，桩长4 m，材料为碎石，最大粒径≤30 mm。

3）褥垫层厚度 200 mm，材料碎石，最大粒径≤30 mm，夯填度≤0.90。

图8 碎石桩+褥垫层处理（单位：mm）

3.4.3 方案三：地基梁上增设框架

采用在地基梁上增设框架的方案，具体工作步骤如下。

1）原有刚性地面混凝土楼板切割、拆除。

2）在区格四周基础梁上做混凝土短柱至首层地面标高。

3）短柱设置梁板体系构成局部框架结构，现浇混凝土板后做地面。

3.4.4 方案四：注浆加固

采用压力灌浆处理方案，具体工作步骤如下。

1）在沉陷区域布置灌浆孔，放入注浆管。

2）采用高压灌浆机将水泥浆注入板下回填土中，将沉陷区土体填实并固结。

3.5 方案比较

从对原结构的影响、施工周期、工程造价、地面承载力要求 4 个方面综合对比（见表1），并考虑 4 个方案的不利因素选择最佳处理方案。

考虑到本工程地面沉降是由回填土局部不均匀沉降造成的，且经过 10 余年的时间，回填土基本已经固结完成，达到稳定密实的状态。通过方案对比，分析各方案的特点后，最终选择回填土夯实方案进行处理，此种方案对原结构基本无影响，且施工周期与工程造价具有一定优势，鉴于本工程地面荷载设计值并不大，回填土夯实法完全可以满足设计要求。同时对于其他沉陷较小的区域，采用灌浆法填充混凝土板与回填土之间的缝隙。

表1 处理方案对比表

4 结 论

刚性地面沉陷问题是很多工业厂房普遍存在的问题，如何解决好这类工程问题，需要广大工程师按图索骥地分析其原因，量体裁衣地选取处理方案。本文所述刚性地面采用回填土方案处理后收到了良好的效果，后期未有沉陷情况发生，对类似工程问题处理具有一定的借鉴意义。