非对称分布地下室对建筑物不均匀沉降的影响分析*

付宪章，叶胜林，赵庆亮，武登辉

(1.山东建勘集团有限公司，山东 济南 250031； 2.山东省基坑与边坡工程研究中心，山东 济南 250031)

0 引言

建筑主体下方及周边通常设有地下室，地下室基础能够分担主体结构的部分荷载，若主体结构周边的地下室不是对称分布的，可能会引起主楼地基应力分布不均匀，从而导致主楼发生不均匀沉降。结合具体工程实例，分析非对称分布地下室对建筑物不均匀沉降的影响。

1 工程概况

山东某高层住宅楼为地下2层，地上34层，剪力墙结构，建筑总高度98.90m，采用天然地基筏板基础，地基基础设计为甲级，地基持力层为花岗闪长岩风化层。筏板厚800mm，北侧基础外伸多为0.6m，南侧基础外伸为0.7m，垫层厚100mm，筏板垫层底标高-7.150m；电梯井筏板垫层底标高-8.750m，集水坑筏板垫层底标高-10.050m。主楼北侧设1层地下车库，车库底板与主楼底板相连，距主楼外墙1.90～3.15m处设有后浇带，车库采用混凝土框架结构，基础为独立基础加防水板，防水板厚300mm，垫层厚100mm，垫层底标高-6.650m；主楼南侧不设车库。

该住宅楼于2013年10月开始施工，施工范围为后浇带以南、以东区域，主体结构于2015年5月完工，6月开始主体装修；主楼北侧、西侧地下车库于2014年10月开始施工，同年12月主体完工。2015年6月主楼周边后浇带封闭，8月主楼南侧基坑肥槽局部回填，回填厚度约5.0m。

主楼施工至±0.000后开始沉降监测，频率为每层监测1次。根据该工程的沉降观测资料(观测周期2014年3月—2015年10月)，该工程累计沉降量为40.03～97.90mm，其中北侧累计沉降量为40.03～56.92mm，南侧累计沉降量为81.32～97.90mm，累计沉降差为30.2～43.6mm，整体累计倾斜率为2.0‰～2.9‰，在主体加荷未完成的情况下倾斜率已超出规范要求，需查找原因，并采取纠偏措施。主楼累计沉降曲线如图1所示。

图1 地基沉降量时间曲线

2 倾斜原因分析

在对该建筑进行不均匀沉降原因分析时，最初以为是地基的不均匀引起了建筑物的不均匀沉降，因为在风化岩地区不均匀地基十分常见，因此首先对主楼建筑场地进行了补充勘察以确定主楼的实际地层情况。

补充勘察分别在建筑南侧、北侧各布设7个勘探点，并在东、西两单元电梯间各布设1个勘探点，共计16个勘探点。

通过钻探揭示，在地基压缩层范围内主要有3层岩土，分别为第②层全风化花岗闪长岩、第③1层强风化花岗闪长岩和第③层强风化花岗闪长岩，以下为中～微风化岩，按不可压缩层考虑。

补充勘察结果显示，场地地层确实呈不均匀分布，不过与预估刚好相反：主楼北侧地层偏弱，全风化层明显较厚，但该侧沉降量较小；主楼南侧地层相对较好，但沉降量反而偏大。显然，造成建筑物发生不均匀沉降的主因并不是地基的不均匀性，而是附加荷载的不均匀。

进一步分析发现，造成荷载不均匀的原因可能有两个，一是主楼自身结构原因，二是主楼南侧基坑回填，相当于主楼周边堆载。南侧基坑于2015年8月刚部分回填，主楼倾斜早在之前已发生，因此主因并非主楼倾斜超限。因此，造成主楼不均匀沉降过大、倾斜超限的主因应为建筑结构自身。

3 非对称分布地下室对主楼不均匀沉降影响分析

依据主楼不均匀沉降原因的初步分析结果，设计单位对主楼荷载重新建模核验，主楼总竖向荷载作用点与主楼筏板基础形心南北向偏心距e为0.268m。

依据JGJ6—2011《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》第5.4.3条提供地基沉降量计算公式，对主楼地基沉降量s进行估算，其中各层岩土变形模量E0是依据原位测试结果，并结合地区经验确定，如表1所示。

表1 各层岩土变形模量

计算时结合不同深度地基土所受自重应力和附加应力，对变形模量E0进行分段调整。计算得主楼沉降量平均值为69.92mm，同实际监测平均值69.49mm基本吻合，说明计算所取岩土参数基本合理。但南北两侧沉降差仅为15.59～21.99mm，远小于实测值30.2～43.6mm，说明主楼实际地基附加应力分布的不均匀性远大于因主楼荷载偏心造成的应力分布不均匀。

进一步分析主楼结构和其施工过程，发现主楼北侧与地下车库相连，虽然设有后浇带分开，但后浇带距主楼外墙1.90～3.15m，地下车库底板厚度为300mm，后浇带以南设有1排独立柱，独立柱基础高度与主楼筏板厚度相同，为800mm，主楼与车库独立柱间在车库底、顶板处设有连梁，可见后浇带以南地下车库结构整体刚度还是较大的。后浇带以南地下车库与主楼同期施工，因其整体刚度较大，在地基变形引起结构变形时有较好的传力能力，相当于加大了主楼基础外伸，从而改变了主楼地基附加应力分布，加大了主楼荷载偏心作用，导致主楼的不均匀沉降加剧。考虑北侧地下车库结构对主楼基础外伸增加0，0.25，0.5，0.75m 和至后浇带等5情况分别估算主楼地基附加应力和地基沉降量，估算结果如表2，3所示。

表2 沉降监测点处附加应力计算

主楼南北向监测累计沉降差为30.2～43.6mm，平均值为37.18mm，最后1次监测数据在主楼主体完工5个月后，装修荷载已大部分添加，依据地区同类场地沉降监测经验，此时主楼沉降量约为总沉降量的85%，反算在不进行纠偏处理的前提下，主楼南北向最终沉降差约为43.74mm，稍大于基础外伸增加0.75m时主楼沉降差估算值，相当于该主楼北侧地下车库结构对主楼基础有0.75m以上的外伸增加作用，导致主楼的偏心作用十分明显，引起主楼南北向沉降差异显著，倾斜超标。

4 主楼纠偏处理

2015年12月建设单位委托某建筑加固单位对主楼进行了纠偏处理，首先自主楼北侧筏板边缘处将地下车库与主楼切割分离，并挖除主楼南侧基坑肥槽填土，后期结合主楼沉降监测结果，北侧局部采取了基础下取土增沉措施，纠偏施工至2016年5月完工，主楼北侧沉降增加50.71～63.42mm，平均值57.18mm，南侧沉降增加15.61～33.42mm，平均26.58 mm，南北沉降差为5.43～12.15mm，2016年12月主楼沉降基本稳定，对主楼北侧地下车库与主楼进行了重新连接。2017年主楼投入使用，2018年4月沉降稳定停止监测，最终沉降量为107.65～133.42mm，最大沉降差16.57mm，最大倾斜值0.11%，满足规范要求。

表3 沉降监测点处沉降量估算 mm

5 结语

通过对造成高层住宅楼倾斜超标的原因分析以及后续纠偏处理，得出以下结论。

1)天然地基塔楼周边地下结构可有效分担塔楼荷载，周边地下结构刚度越大分担作用越明显。

2)塔楼周边地下室非对称分布，会导致地基附加荷载分布不均匀，甚至引起地基的不均匀沉降量过大，倾斜超标，建筑设计时应尽量对称设置地下室。

3)非对称布置地下室与塔楼间为减小建筑物不均匀沉降的后浇带宜近塔楼基础布置。

4)对于非对称地下室布置造成不均匀沉降的塔楼，分离非对称地下结构与塔楼的连接是有效的纠偏方案，必要时可辅助掏土增沉措施。