林 萍

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，福建 南平 353000）

1 引言

隨著城市建設(shè)的擴(kuò)展，閩北山區(qū)削坡造地建房越來越多，挖填方、高填方、半挖半填地基極為普遍，加上本身地質(zhì)構(gòu)造不均勻，閩北山區(qū)工程極易產(chǎn)生過大沉降差，引起基礎(chǔ)不均勻沉降，進(jìn)而引發(fā)相關(guān)工程質(zhì)量事故。其中，輕微事故導(dǎo)致房屋墻體開裂，有些裂縫會對稱發(fā)生在縱墻的兩端，向沉降較大的方向傾斜，有的裂縫沿著門窗洞口約成45°角、呈正八字形等，裂縫會破壞室內(nèi)外的裝修，影響建筑物的整體美觀。情況嚴(yán)重會破壞房屋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性，引發(fā)局部或整體性傾斜，甚至導(dǎo)致建筑物垮塌，危及人們的生命財產(chǎn)安全。

2 地基基礎(chǔ)不均勻沉降原因分析

根據(jù)相關(guān)理論可知，任何地基上的建筑物都會在一定程度上發(fā)生沉降，這種現(xiàn)象貫穿于建筑物的整個生命周期，是必然存在的問題。但是在不同情況下，建筑物沉降程度存在一定差異。如果建筑物所在地基是均勻沉降，那么，所受影響可以忽略不計(jì)。但是，如果地基是不均勻沉降且沉降較大時，建筑物可能會受到較為嚴(yán)重的破壞，給人們帶來巨大損失，因此，對于地基不均勻沉降的研究具有現(xiàn)實(shí)意義，其產(chǎn)生原因可以從以下幾方面考慮。

2.1 工程地質(zhì)方面原因

地基土大部分是由土組成，土是由巖石經(jīng)過風(fēng)化而形成的松散堆積物，它的主要物質(zhì)成分包括固體顆粒以及填充在孔隙中的水和氣體，具有壓縮性。地基土不是單一的均勻材料，通常由不同性質(zhì)的土組成，且厚度不均，軟硬程度也是千差萬別，呈不規(guī)則分布。因此，受不同區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、不同巖石的風(fēng)化程度以及沉積環(huán)境的影響，導(dǎo)致各土層分布不均勻、土層厚度性能差異較大。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面原因

設(shè)計(jì)建筑物時，如果房屋結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、實(shí)際長度過長，都會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)荷載不均勻，地基出現(xiàn)較大沉降。雖然設(shè)計(jì)時，認(rèn)真準(zhǔn)確地計(jì)算數(shù)據(jù)，但計(jì)算過程中，有關(guān)沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的取值和計(jì)算方法的選擇，無法確保建筑物能夠均勻沉降。

2.3 施工技術(shù)工藝方面原因

施工方面的不合理行為也會導(dǎo)致不均勻沉降的發(fā)生。例如：施工前，沒有對土體再次進(jìn)行勘察，在這種情況下，土體的強(qiáng)度降低；施工過程中，隨意擺放荷載大的物體，不按照建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工等，都可能導(dǎo)致不均勻沉降。

3 地基基礎(chǔ)不均勻沉降控制措施

3.1 建筑措施

3.1.1 沉降縫

沉降縫的設(shè)置能夠減少不均勻沉降的程度，根據(jù)沉降縫能形成沉降單元、緩解不均勻沉降的原理，可以在以下幾個關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)沉降縫：一是長高比超過標(biāo)準(zhǔn)的地方；二是所在地基土質(zhì)不一樣的地方；三是建筑物的轉(zhuǎn)折部位等。

3.1.2 建筑物間距

由于地基應(yīng)力具有擴(kuò)散作用，如果相鄰建筑物太近，會互相影響，使建筑物間產(chǎn)生附加沉降。所以，要合理安排相鄰建筑物間距離，并控制附近地區(qū)的荷載情況。

3.1.3 建筑物標(biāo)高

設(shè)計(jì)建筑物標(biāo)高時，要考慮沉降的影響，如：設(shè)計(jì)地下設(shè)施時，要根據(jù)預(yù)計(jì)的沉降量調(diào)整標(biāo)高。

3.2 結(jié)構(gòu)措施

軟弱地基是減小基礎(chǔ)不均勻沉降的根本措施。減小建筑物基底壓力及基底附加應(yīng)力；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度；將上部結(jié)構(gòu)做出靜定體系等都是減輕地基不均勻沉降的有效措施。

3.3 施工措施

不同結(jié)構(gòu)單元需要按照不同步驟進(jìn)行施工，總體原則是先對建筑物較高或較重的部分進(jìn)行施工。采用逆作法、應(yīng)力解除法、后澆帶法以及調(diào)整施工工藝等方式減輕不均勻沉降。

4 閩北山地工程地質(zhì)特點(diǎn)

閩北地區(qū)主要由武夷山脈貫穿整個地區(qū)，地貌以侵蝕剝蝕丘陵為主，間夾有山前沖洪積和山前堆積。因此，閩北山地地表除了覆蓋有結(jié)構(gòu)松散的粘土層外，下臥土層主要呈現(xiàn)為風(fēng)化殘坡積土層，其風(fēng)化程度通常隨埋置深度的增大而減弱，厚度因位置和母巖不同而不同。歸納而言，閩北山地地基土層分布有三個特點(diǎn)：一是地基土層以殘坡積土層為主，厚度不均勻，通?？可巾攤?cè)土層厚度較小，而近山腳側(cè)較大；二是殘積土層風(fēng)化程度隨埋置深度增大而減弱，其土層壓縮性通常趨于均勻，或壓縮性呈“上大下小”，或壓縮模量呈“上小下大”的分布特點(diǎn)；三是巖層埋藏深度較淺，一般強(qiáng)風(fēng)化巖與地表距離在30m 以內(nèi)，大多在5～20m 范圍內(nèi)。

5 淺基礎(chǔ)沉降與樁基礎(chǔ)選型分析

5.1 淺基礎(chǔ)沉降分析

淺基礎(chǔ)指常規(guī)方法施工的基礎(chǔ)，埋深一般小于5m。淺基礎(chǔ)按構(gòu)造形式分為獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)。獨(dú)立基礎(chǔ)之間無直接聯(lián)系，整體性較差，各基礎(chǔ)沉降基本取決于各自所受荷載和基礎(chǔ)地基條件。如果各基礎(chǔ)的荷載和地基條件有差異，各獨(dú)立基礎(chǔ)間就會發(fā)生沉降差。而對條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等連續(xù)性基礎(chǔ)而言，基礎(chǔ)本身剛度較大，通過合理設(shè)計(jì)可以較容易地控制地基的沉降差。

5.1.1 影響淺基礎(chǔ)差異沉降的因素

引起建筑物地基沉降的因素很多，主要包括建筑物荷載、地基壓縮層厚度、土層壓縮性以及地下水埋深、地下水滲透性等。

多層框架建筑結(jié)構(gòu)多數(shù)情況下，可考慮采用獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算時，各框架柱所受豎向荷載可按柱的荷載分?jǐn)偯娣e估算。柱距越大，層數(shù)越多，柱的荷載就越大。相鄰框架柱的柱距差異越大，層數(shù)差異越多，柱荷載的差異越大，如果地基條件和基底附加壓力相同，則差異沉降也越大。

地基沉降是由建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力造成的，即地基中附加應(yīng)力使土體產(chǎn)生了壓縮變形，我們把附加應(yīng)力作用產(chǎn)生壓縮變形的土層稱為壓縮層。隨著建筑物的施工過程，建筑層數(shù)和荷載不斷增大，地基中附加應(yīng)力的大小和范圍隨之增大。在一定地基條件下，基礎(chǔ)沉降隨之增大；地基中附加應(yīng)力大小和范圍確定，通常壓縮層厚度越大，沉降量也越大。

地基沉降量的大小，與土層壓縮模量有直接關(guān)系。壓縮層厚度大、壓縮模量值小的土層，土質(zhì)相對松軟，承受建筑荷載能力差，容易產(chǎn)生沉降；壓縮層厚度小、壓縮模量值大的土層，土質(zhì)相對堅(jiān)硬，承受建筑荷載能力強(qiáng)，不易產(chǎn)生沉降。因此，除了壓縮層厚度，壓縮模量也是影響沉降量和沉降差比較重要的因素。大量工程實(shí)踐證明，對結(jié)構(gòu)性地基土體，在基礎(chǔ)施工過程中，盡量減小對土體的干擾，能保持地基土的承載力和壓縮模量，對控制地基沉降量和沉降差十分有益。

5.1.2 按容許沉降差調(diào)整基底尺寸

獨(dú)立基礎(chǔ)沉降差，是指相鄰獨(dú)立基礎(chǔ)的地基在變形穩(wěn)定后，基礎(chǔ)底面中心點(diǎn)處沉降量的差值。要判定框架結(jié)構(gòu)的獨(dú)立基礎(chǔ)沉降差是否超出允許范圍，必須計(jì)算各獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降量。若沉降差超出允許范圍，必須采取相應(yīng)工程措施 。

設(shè)某均勻地基上有相鄰兩獨(dú)立基礎(chǔ)k、j，作用于基底的豎向外荷載分別為Nk=745kN、Nj=390kN，兩獨(dú)立基礎(chǔ)底尺寸分別為：Fk=2×3=6m2、Fj=1.5×2=3m2，兩獨(dú)立基礎(chǔ)中心點(diǎn)距離4m，如圖1所示。假定依據(jù)地質(zhì)資料和“規(guī)范法”計(jì)算得到的沉降系數(shù)為δkk=0.3 117mm/kN，δjj=0.4 100mm/kN，δjk=0.0 305mm/kN，δkj=0.0 207mm/kN。則兩獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降量分別為：Sk=240.3mm，Sj=182.6mm。試通過調(diào)整兩個獨(dú)立基礎(chǔ)底面尺寸：（1）使其沉降量均等于200mm。（2）使其沉降差不大于容許值[△]=0.0 02l=8mm（l=4 000mm）。

圖1 兩相鄰獨(dú)立基礎(chǔ)

算例表明：對壓縮性均勻的地基，增大基底尺寸，基底附加應(yīng)力隨之減小，基礎(chǔ)沉降量會有所減小。因此，當(dāng)?shù)鼗鶋嚎s性均勻時，可以通過調(diào)整基底尺寸達(dá)到減小相鄰基礎(chǔ)沉降差的目的。對地基壓縮性不均勻的地基，若持力層壓縮模量小而下臥層壓縮模量大，則應(yīng)增大基底尺寸，因發(fā)生主要壓縮變形的持力層的附加應(yīng)力減小，基礎(chǔ)沉降量減小會更顯著；而減小基底尺寸，因發(fā)生主要壓縮變形的持力層的附加應(yīng)力增大，基礎(chǔ)沉降量增大也會更顯著。此類不均勻地基，更適宜采用調(diào)整基底尺寸來減小相鄰基礎(chǔ)沉降差。如果持力層壓縮模量大，下臥層壓縮模量小，則應(yīng)增大基底尺寸，因持力層附加應(yīng)力減小，導(dǎo)致下臥層附加應(yīng)力增大，持力層減小的沉降可能會小于下臥層增大的沉降，基礎(chǔ)沉降量可能反而增大，效果適得其反。因此，此類不均勻地基，不適宜采用調(diào)整基底尺寸來減小相鄰基礎(chǔ)沉降差。

5.2 樁基礎(chǔ)選型分析

樁基礎(chǔ)是一種穩(wěn)定性和承載性好、沉降小的深基礎(chǔ)，適用范圍非常廣。樁基礎(chǔ)有多種類型，不同類型樁具有各自的特點(diǎn)和適用性。閩北山地具有比較特殊的地質(zhì)構(gòu)造和巖土層分布特點(diǎn)，為取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，在閩北山地進(jìn)行工程建設(shè)，樁基礎(chǔ)的選型分析是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一。

閩北地區(qū)常用的樁基礎(chǔ)按制作工藝不同，分為以下三種：人工挖孔灌注樁、預(yù)制PHC 管樁、鉆(沖)孔灌注樁。同一個建筑工程，技術(shù)上適用的樁基礎(chǔ)有很多種，但不同的樁基礎(chǔ)在施工工藝、造價、質(zhì)量控制、工期等方面都有所不同。因此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中，需要考慮多方面因素，包括上部結(jié)構(gòu)類型、建筑場地地形、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、周邊環(huán)境、樁的尺寸限制等情況，需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、工程質(zhì)量和工期條件等因素。

閩北山地覆蓋層以殘(坡)積土為主，多數(shù)情況下巖層埋藏深度不大，技術(shù)上適宜的樁基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁、沖(鉆)孔灌注樁、PHC 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。由于樁端持力層為巖層，樁長一般不大，因樁端巖層和樁身壓縮變形而引起的基礎(chǔ)沉降很小，基本不存在沉降過大和不均勻沉降的問題。

6 結(jié)語

閩北山地覆蓋層以性質(zhì)較為良好的殘(坡)積土為主，且?guī)r層埋藏深度較淺，中高層建筑適宜采用樁基礎(chǔ)方案，以強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層為樁端持力層，樁長不大，承載力較高，樁端巖層和樁身壓縮變形引起的基礎(chǔ)沉降很小，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理。如果在閩北山地建造低多層房屋，可先采用淺基礎(chǔ)方案，并通過相關(guān)措施使沉降均勻，滿足容許沉降差的要求，節(jié)省工程造價。