（同濟(jì)大學(xué)，上海 200092）

成都地區(qū)卵石土層主要分布于岷江水系一級、二級階地，分布分為廣，厚度10～50m以上不等，特別是成都西部地區(qū)，卵石層厚度大，最厚地段該層厚度達(dá)100m以上。

一級階地卵石土層時代為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al），卵石多為灰～褐灰色，混有20～40%砂、礫石及少量粘性土，常有薄層砂透鏡體及極個別地段的淤泥、淤泥質(zhì)土、腐木等夾層，卵石成分以巖漿巖及變質(zhì)巖為主，卵石以弱風(fēng)化為主，個別強(qiáng)風(fēng)化，磨圓度佳。

二級階地卵石土層時代為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl），卵石多為黃～黃灰色，混砂、礫石及粘性土，有薄層砂透鏡體及極個別地段的淤泥、淤泥質(zhì)土、腐木等夾層，卵石成分以巖漿巖及變質(zhì)巖為主，個別卵石已達(dá)強(qiáng)風(fēng)化，磨圓度佳。

兩個階地卵石土層除沉積時代、成因、顏色及充填物略有差別外，其物理力學(xué)指標(biāo)等相差不大。根據(jù)《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DB51/T5026－2001）及成都地區(qū)工程經(jīng)驗，將該層細(xì)劃分為松散卵石、稍密卵石、中密卵石和密實卵石四個亞層。

成都地區(qū)高層建筑越來越多，高層建筑多設(shè)1～3層地下室，而該深度范圍往往為卵石土層，作為具有承載力高、壓縮變形小等特點的卵石土層，常作為天然地基基礎(chǔ)持力層。而通過大量的工程實例表明，卵石土地基高層建筑（以30層為例）封頂后1～2年的總沉降量多為20～30mm左右，個別沉降小的在15mm左右，正常的沉降量一般不超過40mm。這與《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）第5.3.4條及表5.3.4建筑物地基變形允許值200mm還相差甚大。但也有個別建筑沉降量偏大，甚至達(dá)到60mm以上。針對該情況，筆者在接觸的范圍內(nèi)，從以下幾個方面，試圖對沉降偏大的原因進(jìn)行分析探討，以求更好的總結(jié)及指導(dǎo)今后的工作。

1 卵石土密實度差異及夾層對沉降的影響

1.1 卵石土密實度差異對沉降的影響

卵石土地基承載力的確定有許多方法手段，如載荷試驗，野外原位（主要為N120超重型動力觸探）測試查表，理論計算，當(dāng)?shù)亟?jīng)驗等等。在確定地基承載力時，有時需要幾種方法綜合確定，從成都地區(qū)勘察經(jīng)驗及相關(guān)測試成果，成都地區(qū)卵石土承載力及壓縮模量等與密實度關(guān)系很大。一般卵石土（包括砂夾層等）物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 卵石土主要物理力學(xué)指標(biāo)

對具體高層建筑（以30層為例）而言，采用天然地基，筏板基礎(chǔ)，按規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）第5.3.5條的沉降計算公式

分別計算以稍密、中密及密實卵石作基礎(chǔ)持力層計算地基最終沉 降量計算值s。上述公式各數(shù)據(jù)按如下取值：p0=600KPa ，稍密卵石Eo=24，中密卵石Eo=32，密實卵石Eo=45，計算深度Zn按高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ72—2004）附錄B第B.0.2條，Zn= （Zm+ξβ）。

基礎(chǔ)寬度、長度比按常規(guī)的1～4.5取值，計算Zn=6～9米，取最大值9米。

計算結(jié)果如下：

稍密卵石作基礎(chǔ)持力層s’=56.25mm，中密卵石作基礎(chǔ)持力層s’=42.08mm，密實卵石作基礎(chǔ)持力層s’=29.92mm。

按規(guī)范要求，沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ψs取0.2，則：

稍密卵石作基礎(chǔ)持力層s=11.25mm，中密卵石作基礎(chǔ)持力層s=8.42mm，密實卵石作基礎(chǔ)持力層s=5.98mm。

該計算結(jié)果與成都地區(qū)實測結(jié)果有一定差異，筆者收集了20個工程的沉降資料，結(jié)果表明沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ψs取0.2偏小，計算結(jié)果與實際相比較，ψs取0.5～0.6較為合適。如ψs取0.5，則最終沉降量為：

稍密卵石作基礎(chǔ)持力層s=28.13mm，中密卵石作基礎(chǔ)持力層s=21.04mm，密實卵石作基礎(chǔ)持力層s=14.96mm。該計算結(jié)果與實際觀測結(jié)果較為一致。

上述計算表明，在承載力滿足要求的情況下（承載力經(jīng)深寬修正后滿足要求），以稍密、中密及密實卵石作基礎(chǔ)持力層，計算得出的最終沉降量差別不大。

1.2 卵石土內(nèi)夾層對沉降的影響

成都地區(qū)卵石土內(nèi)多分布有砂層透鏡體及層狀砂層，甚至局部地段有古河道分布，淤泥質(zhì)土、淤泥及腐木等也在勘察過程中有發(fā)現(xiàn)。軟弱夾層對高層建筑沉降具一定影響。

仍以上述計算公式，計算軟弱夾層對最終沉降量的影響。

p0=600KPa ，淤泥及淤泥質(zhì)土Eo=2，砂土Eo=9，松散卵石Eo=15，稍密卵石Eo=24，中密卵石Eo=32，密實卵石Eo=45，計算深度Zn=9米

根據(jù)成都地區(qū)施工經(jīng)驗，卵石層施工時須進(jìn)行現(xiàn)場釬探工作，釬探深度一般為1.5米左右，釬探深度過深，下部擊數(shù)失真嚴(yán)重；過淺，不能有效判別持力層深度內(nèi)卵石土密實度。本次計算按持力層中密卵石下1.5米深度下夾層厚度1.0米，其下仍為中密卵石層，計算結(jié)果如下：

夾 層 為 砂 層，s’=54.13mm，Es=24.93，按規(guī)范，ψs取0.2，s =10.83mm

夾層為松散卵石，s’=47.47mm，Es=28.41，按規(guī)范，ψs取0.2，s =9.49mm

夾層為淤泥及淤泥質(zhì)土，s’=112.41mm，Es=12.00，按規(guī)范，ψs取0.63，s =70.24mm

通過以上計算，卵石層內(nèi)夾淤泥及淤泥質(zhì)土對沉降影響巨大。而局部砂層及松散夾層對沉降影響相對較小。

考慮夾層為淤泥及淤泥質(zhì)土，計算夾層厚度0.5米及下臥層3.0米以下兩種情況：

如1.5米深度下淤泥及淤泥質(zhì)土夾層為0.5米，則s’ =77.26mm，Es=17.46，按規(guī)范，ψs取0.30，s =23.30mm

如3.0米深度下淤泥及淤泥質(zhì)土夾 層 為 1.0米， 則 s’ =112.90mm，Es=11.95， 按 規(guī) 范，ψs取 0.30，s=71.04mm

通過以上計算，如淤泥及淤泥質(zhì)土厚度為0.5米，其對沉降影響不大；如淤泥及淤泥質(zhì)土厚度大于1.0米，即使埋深相對較深，其對沉降影響仍然很大。

以上計算結(jié)果，通過大量的工程實例，得到了驗證。

2 基坑降水對沉降的影響

成都卵石層為主要含水層，卵石層滲透系數(shù)大，一般滲透系數(shù)在15～40左右，含水層厚度大，地下水（主要為孔隙水和孔隙潛水）豐富， 水位較淺，一般水位埋深在卵石層頂面，埋深為3～6米左右。成都地區(qū)高層建筑一般設(shè)地下室1～3層，天然地基基礎(chǔ)施工須對地下水（孔隙水及孔隙潛水）采用降水措施，成都地區(qū)針對卵石層降水通常采用管井法。

基坑降水降深一般較深，出水量大，降水施工造成兩個后果。一為降水引起的附加沉降，一為降水措施不得當(dāng)，往往造成卵石層內(nèi)充填的細(xì)小顆粒被帶走，從而造成充填物流失，卵石層壓縮變形大。

2.1 降水引起的附加沉降

在降水作用下，隨著地下水位的降低，卵石土層浮力減小，等于增加了附加荷重，有效應(yīng)力增加，引起固結(jié)沉降[1]。由于地下水水頭降低產(chǎn)生的沉降可用分層總和法進(jìn)行計算：

考慮到卵石層滲透系數(shù)大，固結(jié)時間短，沉降發(fā)生快，對單一卵石層，上式可簡化為：

考慮降深5米，卵石層厚度5米，卵石層為稍密卵石，壓縮模量Es取24，計算結(jié)果為：

s =10.42mm

盡管基坑降水引起卵石層固結(jié)時間短，沉降發(fā)生快，降水施工前期、基礎(chǔ)施工前已引起了附加沉降，但由于卵石層滲透系數(shù)大，地表水（包括雨水及施工用水）大量補給，基礎(chǔ)及主體施工時仍然沉降地下水的快速抽降變化，故基礎(chǔ)施工后期及主體施工階段仍然存在降水引起的附加沉降。大量觀測結(jié)果表明，由于基坑降水引起的附加沉降在5～10mm左右，與上述計算結(jié)果一致。

2.2 降水對卵石密實度影響

基坑降水形成的水力坡度大于臨界水力坡度時，在滲流應(yīng)力作用下將卵石層充填的細(xì)顆粒帶走、掏空，形成機(jī)械潛蝕。在上部荷載作用下，卵石層粗顆粒重新排列、壓密而引起地面沉降。這種情況在降水施工時經(jīng)常發(fā)生。降水施工階段由于措施不得當(dāng)，出砂量不能很好的控制，卵石層內(nèi)充填物的流失常常使卵石層變?yōu)椤肮饴咽?，從而使卵石層密實度大幅度降低，卵石骨架重新排列，引起幅度較大的沉降。

某建筑為地上33層，一個單元為地下1層，一個單元為地下2層，由于降水井設(shè)置于筏板基礎(chǔ)外側(cè)僅距筏板基礎(chǔ)邊緣4米左右，且降水井設(shè)置不規(guī)范，在建筑主體結(jié)束后靠降水井最近的沉降觀測點反應(yīng)的該處沉降量已達(dá)60mm以上且沉降不斷加大，在筏板基礎(chǔ)上開孔進(jìn)行取芯表明卵石層內(nèi)充填物流失嚴(yán)重，筏板基礎(chǔ)下1～4米內(nèi)基本“光卵石”?；谶@種情況，立即進(jìn)行了地基加固工作，加固結(jié)束后沉降得到了抑制。

實例表明，由于機(jī)械潛蝕造成的沉降量很大，地基的不均勻沉降現(xiàn)象明顯。

3 施工的不規(guī)范性引起的沉降

3.1 施工階段人為原因引起的沉降

高層建筑建筑電梯井、積水坑等位置往往挖深較深，有些高層建筑兩個單元高差不同而采用放坡處理，基礎(chǔ)施工時上述地段側(cè)壁往往回填不密實，在荷載作用下，該處沉降往往較大，引起建筑的不均勻沉降，甚至有些時候引起電梯井、放坡處的開裂，更有甚者影響電梯等的使用功能。

某高層建筑地上30層，地下2層，由于電梯井施工時側(cè)壁未能回填密實，主體結(jié)束后電梯井處沉降一直未能穩(wěn)定，工程竣工4年后，該處沉降才基本滿足規(guī)范要求，而該處沉降量已達(dá)52mm，與該建筑的其它沉降觀測點的平均沉降量28mm相差很大。

3.2 施工未按設(shè)計圖紙進(jìn)行引起的沉降

高層建筑一般荷載較大，往往要求地基土反力不少于500KPa，而作為基礎(chǔ)持力層的稍密卵石，承載力特征值僅為300～350KPa，基礎(chǔ)設(shè)計首先進(jìn)行地基土深寬修正：fa=fak+ηbr（b-3）+ηdrm（d-0.5）

以稍密卵石為例，承載力特征值 fak=350，r=11.0kN/m3，b大 于 6米取b=6.0，ηb=3.0，ηd=4.4，考慮一層地下室，d=5.5m，rm=13.0 kN/m3，則：fa=635>600KPa。

上述計算是基于地基土周邊形成約束的前提下進(jìn)行的修正。要求施工階段保證建筑物修建至一定高度后須進(jìn)行地下室周邊的基坑回填工作。但有些施工單位未能按設(shè)計要求的情況進(jìn)行回填，加之基坑周邊往往采用放坡處理，從而使建筑物周邊約束降低，地基土不能按規(guī)范公式進(jìn)行修正，承載力不能滿足設(shè)計要求?；釉诘鼗良羟衅茐耐屏ψ饔孟率紫冗M(jìn)行垮塌，進(jìn)而造成建筑物向基坑側(cè)的不均勻沉降，造成傾斜。

結(jié)論

（1）成都卵石土天然地基高層建筑沉降偏大原因很多，影響因素很多。影響最大的因素是卵石層內(nèi)夾具一定厚度（1.0米以上）的淤泥及淤泥質(zhì)土以及由于基坑降水過程中出砂量未能有效控制從而造成的機(jī)械潛蝕作用，其它如卵石層內(nèi)夾砂層、施工不規(guī)范等也具一定影響。這就要求勘察階段須準(zhǔn)確探明地基土持力層分布情況，基坑降水階段嚴(yán)格按照《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T111-98）執(zhí)行，基礎(chǔ)施工階段嚴(yán)格按設(shè)計圖紙及相關(guān)施工規(guī)范執(zhí)行，設(shè)計階段應(yīng)明確基坑回填時期及回填材料及要求。

（2）在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）中，其最終沉降量計算公式中的沉降計算經(jīng)驗修正系數(shù)ψs的變化范圍從0.2～1.4，其對最終沉降的影響是很大的。目前，各地對修正系數(shù)的數(shù)值是不同的。如上海地基規(guī)范則規(guī)定其值隨附加壓力p0的增大可以從0.7變化到1.3;天津地基規(guī)范的修正系數(shù)值為基礎(chǔ)底面平均壓力p 與地基承載力設(shè)計值f 之間的比值;深圳地基規(guī)范則又不同。因此，各地應(yīng)該建立在沉降實測基礎(chǔ)上的本地經(jīng)驗修正系數(shù)，不能完全照搬國標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。在基礎(chǔ)的沉降計算中，沉降經(jīng)驗修正系數(shù)ψs應(yīng)該在沉降實測的基礎(chǔ)上建立當(dāng)?shù)氐男拚龢?biāo)準(zhǔn)。筆者認(rèn)為，根據(jù)成都地區(qū)大量工程經(jīng)驗，卵石土天然地基在Es>20的情況下沉降經(jīng)驗修正系數(shù)ψs取值應(yīng)該在0.5～0.6之間較為合適。

（3）針對卵石層分布有軟弱夾層及因降水引起卵石層內(nèi)充填物流失現(xiàn)象，及時進(jìn)行壓漿及旋噴樁處理，能有效地改善及抑制建筑物的沉降。

[1]陳仲頤，周景星，王洪瑾.土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.

[2]華南理工大學(xué)，等.地基及基礎(chǔ)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.