蔡永生

（上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200093）

0 引 言

作為我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，廣泛地分布著軟弱土層，這給工程建設(shè)帶來了不少的問題，例如地基承載力偏低、沉降偏大和穩(wěn)定性問題等。近年來，類似的工程問題層出不窮，引起了人們的高度關(guān)注［1-3］。

本文針對沿海某倉庫出現(xiàn)的大規(guī)模沉降問題，對其原因進(jìn)行了分析。通過對其場地成因、地基沉降和建筑結(jié)構(gòu)安全的計(jì)算和分析，闡釋了導(dǎo)致大規(guī)模沉降的原因。在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個(gè)倉庫的施工進(jìn)程，提出了修復(fù)加固方案。本文的相關(guān)分析內(nèi)容對類似工程的設(shè)計(jì)和施工具有借鑒和指導(dǎo)意義。

1 工程背景

1.1 工程概況

擬建建筑主要包括 1 幢高層綜合樓、1 幢配套辦公樓、1 幢變配電房、3 幢門衛(wèi)、4 幢倉庫，總用地面積102 117m2，規(guī)劃建設(shè)用地面積 86 834m2，總建筑面積61 621m2。單幢倉庫建筑面積約為 7 060 m2；建筑結(jié)構(gòu)選型采用門式剛架結(jié)構(gòu)，輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系；建筑結(jié)構(gòu)的安全性等級為二級，建筑設(shè)計(jì)使用年限為 25年，抗震設(shè)防烈度為小于 6 度。

根據(jù)設(shè)計(jì)，場地地坪采用素土夯實(shí) +300 mm 厚級配碎石 +180 mm 厚 C30 混凝土面層的處理方式，邊跨采用Φ500@1 300 攪拌樁加固，梅花形布置，有效樁長 11 m。內(nèi)部采用 Φ500@2 000 攪拌樁加固，梅花形布樁，樁長 10 m。

柱下采用樁基礎(chǔ)，樁基采用 PC 400（95）A 管樁，有效樁長 26 m，單樁承載力 550 kN，以 ⑤2層黏土，⑤2a層含黏性土圓礫和 ⑤2b層粉細(xì)砂層為聯(lián)合持力層。

1.2 工程地質(zhì)概況

擬建項(xiàng)目位于東部沿海地區(qū)，場地屬湖沼積平原區(qū)，地形開闊平坦，場地原為農(nóng)田、菜地等，現(xiàn)已進(jìn)行宕渣填筑，現(xiàn)地面高程一般為 3.50～4.56 m。

根據(jù)勘察結(jié)果，結(jié)合地基土層的成因、性質(zhì)及室內(nèi)土工試驗(yàn)、現(xiàn)場原位測試成果等，將勘察深度（最深 50 余米）揭示的地基巖土劃分為 8 個(gè)工程地質(zhì)層組。各層主要物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

2 沉降分析與計(jì)算

2.1 工程概況

倉庫結(jié)構(gòu)封頂后，場地出現(xiàn)較大沉降，最大沉量約15 cm，場坪開裂，場地差異沉降明顯，如圖1 所示。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測資料，場地沉降并未穩(wěn)定，仍在快速發(fā)展，對結(jié)構(gòu)安全和后期使用功能均可能產(chǎn)生不利影響。因此，需采取有效的加固措施來減小地基的沉降量以及差異沉降。而在此之前，需對地基沉降進(jìn)行分析計(jì)算。

圖1 現(xiàn)場沉降照片

根據(jù)勘察資料與設(shè)計(jì)方案分析可知，引起場地出現(xiàn)較大沉降與差異沉降的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1）上部存在分布范圍較廣的附加荷載。由于場地整平的需要，現(xiàn)場大面積回填了厚度約為 1.00～2.00 m 的宕渣。此外，倉庫室內(nèi)地坪標(biāo)高高出室外地坪 1.0 m，該部分亦采用宕渣回填，導(dǎo)致倉庫區(qū)域回填厚度最大達(dá)到了 3 m。由于場地地層以黏性土為主，回填引起的沉降往往需要較長的時(shí)間才能完全固結(jié)。因此，在倉庫施工過程中，回填引起的沉降仍在持續(xù)不斷地發(fā)展，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的沉降。

表1 地層分布及物理力學(xué)參數(shù)

2）攪拌樁加固深度偏小。擬建場地分布有厚度較大的淤泥，而攪拌樁加固時(shí)并未穿過該軟弱土層進(jìn)入性質(zhì)相對較好的土層中，導(dǎo)致淤泥層出現(xiàn)較大的壓縮量，引起場地出現(xiàn)較大的沉降。

3）基礎(chǔ)形式的差異。由于柱下采用樁基礎(chǔ)，以⑤2層黏土、⑤2a層含黏性土圓礫和⑤2b層粉細(xì)砂層為聯(lián)合持力層，沉降量相對較小，而其他區(qū)域采用攪拌樁復(fù)合地基，沉降量相對較大，導(dǎo)致柱下基礎(chǔ)與其他區(qū)域產(chǎn)生較大的差異沉降。

2.2 沉降計(jì)算

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］對地坪的沉降進(jìn)行計(jì)算?？紤]到倉庫區(qū)域回填土厚度約 2.0～3.0 m，主要由宕渣組成，該層土的壓縮量有限，計(jì)算時(shí)可忽略回填土自身的壓縮變形。

在新近回填土的作用下，下臥地基土尚未完全固結(jié)，因此需考慮該部分荷載引起的地基沉降；同時(shí)，需考慮使用荷載引起的地基沉降。地基總沉降即為以上兩部分沉降之和?；靥钔梁穸劝醋畲蠛穸热≈?，則該部分附加荷載約 60 kPa，倉庫設(shè)計(jì)使用荷載為 50 kPa，合計(jì)附加荷載約 110 kPa。由附加應(yīng)力的組成可以看出，回填部分的占比約為 54 %，如果忽略該部分荷載則會導(dǎo)致計(jì)算量明顯偏小。采用分層總和法計(jì)算地基最終沉降量約 70 cm。同時(shí)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》［5］計(jì)算柱下樁基沉降量約為 6 cm，由此可見，柱下樁基的沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他區(qū)域的沉降，導(dǎo)致差異沉降明顯，引起地坪開裂。

3 加固方案

根據(jù)現(xiàn)場沉降發(fā)展情況分析，單純的攪拌樁處理很難滿足后期的使用要求。為了充分發(fā)揮已經(jīng)施工的攪拌樁的作用，采用攪拌樁+混凝土預(yù)制方樁聯(lián)合加固的方式，采用長短樁的設(shè)計(jì)思路，如圖2 所示?；炷令A(yù)制方樁截面為 300 mm×300 mm，樁長為 25 m，以 ⑤2層黏土、⑤2a層含黏性土圓礫和 ⑤2b層粉細(xì)砂層為聯(lián)合持力層，間距 4 m，采用梅花形布置。

4 有限元分析

圖2 加固方案示意圖

根據(jù)場地地質(zhì)條件及倉庫設(shè)計(jì)圖紙，以單個(gè)柱下樁基及周圍影響區(qū)域作為分析對象，建立有限元模型，尺寸為 21 m×4 m×48 m，如圖3 所示。將倉庫地板與柱下樁基承臺和地梁脫開，分別計(jì)算加固前后地基沉降量。

圖3 有限元模型示意圖（單位：m）

圖4為有限元分析結(jié)果，由計(jì)算結(jié)果可知，采用攪拌樁+混凝土預(yù)制方樁聯(lián)合處理的方法，能夠明顯降低地基沉降，估算最大沉降約 21 cm，與柱子的差異沉降約 4 cm?？紤]到加固前地基已經(jīng)產(chǎn)生了約 15 cm 的沉降量，在后續(xù)使用過程中，地基沉降量基本控制在 10 cm 以內(nèi)，基本能夠滿足倉庫的正常使用。在實(shí)際使用過程中，倉庫并未出現(xiàn)較大的沉降量以及差異沉降，加固效果良好，如圖5 所示。

圖4 有限元計(jì)算結(jié)果

圖5 倉庫使用情況照片

5 結(jié) 語

本文針對沿海軟土地區(qū)某倉庫出現(xiàn)的大面積沉降的工程問題，采用規(guī)范計(jì)算方法和有限元模擬的手段分析了造成這一問題的主要原因，并獲得了以下結(jié)論與建議。

1）在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，部分設(shè)計(jì)方案往往注重地基的承載力設(shè)計(jì)，而容易忽視地基的沉降問題，導(dǎo)致在建設(shè)或者使用過程中出現(xiàn)較大的地基沉降。

2）在沉降計(jì)算時(shí)，新近回填土層的自重應(yīng)計(jì)入附加應(yīng)力當(dāng)中，否則，計(jì)算的沉降量將會小于實(shí)際值，導(dǎo)致出現(xiàn)工程問題。

3）后期加固由于限制條件較多，往往造成加固造價(jià)偏高，施工效率偏低，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮潛在風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而避免出現(xiàn)工程問題。Q