地基不均匀沉降案例分析

地基不均匀沉降造成的严重倾斜——苏州市虎丘塔 地基不均匀沉降案例分析 一，案例（1）; 地基不均匀沉降造成的严重倾斜——苏州市虎丘塔 l．工程事故概况: 虎丘塔位于苏州市西北虎丘公园山顶，原名云岩寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久历史。全塔七层，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。虎丘塔全部砖砌，外型完全模仿楼阁式木塔，每层都有八个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，十分美观，在建筑艺术上是一个创造。中外游人不绝。1961年3月4日国务院将此塔列为全国重点文物保护单位。 1980年6月虎丘塔现场调查，当时由于全塔向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达2．31m，而且底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑而封闭、停止开放。仔细观察塔身的裂缝，发现一个规律，塔身的东北方向为垂直裂缝，塔身的西南面却是水平裂缝。 虎丘塔倾斜全景（1980年6月） 虎丘塔Ⅰ-Ⅰ地质剖面图 2．事故原因分析 经勘察，虎丘山是由火山喷发和造山运动形成，为坚硬的凝灰岩和晶屑流纹岩。山顶岩面倾斜，西南高，东北低。虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成，块石最大粒径达1000mm。人工块石填土层厚1－2m，西南薄，东北厚。下为粉质粘土，呈可塑至软塑状态，也是西南薄，东北厚。底部即为风化岩石和基岩。塔底层直径13．66m范围内，覆盖层厚度西南为2．8m，东北为5．8m，厚度相差3．0m，这是虎丘塔发生倾斜的根本原因。此外，南方多暴雨，源源雨水渗入地基块石填土层，冲走块石之间的细粒土，形成很多空洞，这是虎丘塔发生倾斜的重要原因。在十年“文革”期间，无人管理，树叶堵塞虎丘塔周围排水沟，大量雨水下渗，加剧了地基不均匀沉降，危及塔身安全。 从虎丘塔结构上看有很大缺点，没有做扩大的基础，砖砌塔身垂直向下砌八皮砖，即埋深0．5m，直接置于上述块石填土人工地基上。估算塔重63000kN，则地基单位面积压力高达435kPa，超过了地基承载力。塔倾斜后，使东北部位应力集中，超过砖体抗压强度而压裂。 3．事故处理方法： 首先采取加固地基的办法。 第一期加固工程是在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙，其目的为减少塔基土流失和地基土的侧向变形。在离塔外墙约3m处，用人工挖直径1.4m的桩孔，深入基岩50cm，浇筑钢筋混凝土。人工挖孔灌注桩可以避免机械钻孔的振动。地基加固先从不利的塔东北方向开始，逆时针排列，一共44根灌注桩。施工中，每挖深80cm即浇15cm厚井圈护壁。当完成6－7根桩后，在桩顶浇筑高450mm圈梁，连成整体。 第二期加固工程进行钻孔注浆和树根桩加固塔基。钻孔注水泥浆位于第一期工程桩排式圆环形地下连续墙与塔基之间，孔径90mm，由外及里分三排圆环形注浆共113孔，注入浆液达26637rn3。树根桩位于塔身内顺回廊中心和八个壶门内，共做32根垂直向树根桩。此外，在壶门之间8个塔身，各做2根斜向树根桩。总计48根树根桩，桩直径90mm，安设3Ф16受力筋，采用压力注浆成桩。 这项虎丘塔地基加固工程，由上海市特种基础工程研究所改装了XJ．100－1型钻机，用干钻法完成，效果良好。 虎丘塔地基加固布置图 二，案例（2）；某工厂新建的一生活区地基不均匀沉降引起的事故  某工厂新建一生活区，共14幢七层砖混结构住宅（其中10幢为条形建筑，4幢为点式建筑）。在工程建设前，厂方委托一家工程地质勘察单位按要求对建筑地基进行了详细的勘察。工程于一九九三年至一九九四年相继开工，一九九五年至一九九六年相继建成完工。一年后在未曾使用之前，相继发现10幢条形建筑中的6幢建筑的部分墙体开裂，裂缝多为斜向裂缝，从一楼到七楼均有出现，且部分有呈外倾之势；3幢点式住宅发生整体倾斜。后来经仔细观察分析，出现问题的9幢建筑均产生严重的地基不均匀沉降，最大沉降差达160mm以上。            事故发生后，有关部门对该工程质量事故进行了鉴定，审查了工程的有关勘察、设计、施工资料，对工程地质又进行了详细的补勘。经查明，在该厂修建生活区的地下有一古河道通过，古河道沟谷内沉积了淤泥层，该淤泥层系新近沉积物，土质特别柔软，属于高压缩性、低承载力土层，且厚度较大，在建筑基底附加压力作用下，产生较大的沉降。     凡古河道通过的9栋建筑物均产生了严重的地基不均匀沉降，均需要对地基进行加固处理，生活区内其它建筑物（古河道未通过）均未出现类似情况。该工程地质勘察单位在对工程地质进行详勘时，对所勘察的数据（如淤泥质土的标准贯入度仅为3，而其它地方为7~12）未能引起足够的重视，对地下土层出现了较低承载力的现象未引起重视，轻易的对地基土进行分类判定，将淤泥定为淤泥质粉土，提出其承载力为100kN, Es为4Mpa。      设计单位根据地质勘察报告，设计基础为浅基础，宽度为2800mm，每延米设计荷载为270kN，其埋深为－1.4m~2m左右。该工程后经地基加固处理后投入正常使用，但造成了较大的经济损失，经法院审理判决，工程地质勘察单位向厂方赔偿经济损失329万元。 三，地基不均匀沉降引起的裂缝分析 地基不均匀沉降和地基土层的均匀性、地基土的压缩性及荷载差异等有关。根据我国国情，《建筑地基基础设计》中允许砖混结构有沉降，并允许有沉降差。虽然规范要求控制沉降差，但在砖混凝土结构设计中不太被人们注意。此沉降差反映到地基上的砖混结构上，有时可引起墙体裂缝。 3.1地基不均匀沉降引起墙体裂缝的特征 1、裂缝向沉降较大的方向倾斜，沿着门窗洞口约成45 度，呈正八字形。 2、在房屋高差较大或荷载差异较大的情况下，裂缝位于层数低的，荷载轻的部分，并向上朝着层数高的荷载重的部分倾斜。 3、当房屋的沉降分布曲线呈凸形时，往往除了在纵墙两端出现倒八字形倾斜裂缝处，也常在纵墙顶部出现竖向裂缝。在多层砖混结构中，也有在窗口下坎墙上出现竖向裂缝的。 3.2地基不均匀沉降原因分析 1.房屋地基土层分布不均匀，土质差别较大是发生地基不均匀沉降的客观原因。 2.主观原因造成地基不均匀沉降多与设计有关，例如：①地基处理和基础设计不协调或在同一建筑物基础下采用多种地基处理方法。②由于建筑立面的错层，平面的变化引起荷载不均匀，如处理不好，可以引起地基不均匀沉降。③当房屋纵墙刚度较差时，由土壤的应力扩散作用，房屋两端应力逐渐减小，可以引起地基不均匀沉降。④还有的设计不符合规范的，实际中有的筏板从横墙轴线算起挑出长达 2100mm 远远超出规范的“不宜超出1500mm”的规定。结果将改变地基受力状态，造成不良后果。 3.施工原因造成人工地基承载力不均匀。 4.房屋建成后使用不当，如基础长期受水浸泡或在房基附近挖坑、施工松动地基土等。 四，防止地基不均匀沉降的措施 4.1建筑设计方面 1.建筑物体型力求简单。 建筑物立面的高差不宜悬殊，接受荷载差异不宜太大；在平面上形状力求简单，尽量避免凹凸转角，同时平面上的转折和弯曲也不宜过多，否则会使其整体性和搞变形能力降低。另外，适当控制建筑物的长高比（建筑物在平面上的长度和从基底算起的高度之比），其越小，整体刚度越好，调整不均匀沉降的能力越强，一般控制在2.5 左右。对于砌体刚度，应合理布置纵横墙。纵横墙应尽量贯通，横隔墙的间距不宜过大，一般不大于建筑物宽度的1.5 倍为宜。 2.设置沉降缝。 沉降缝将建筑物分成各自独立的单元，各单元的沉降不相互影响。一般在建筑平面的转折部位，高度差异（或荷载差异）处，长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位，地基土的压缩性有显著异处，建筑结构或基础类型不同处，分期建造房屋的交界处等设置沉降缝应有足够的宽度，建筑物越高（层数越多），缝就越宽。具体缝宽和构造见规范及有关资料。 4.2结构设计方面 1.减轻建筑物自重。 减轻建筑物自重可以减小基底压力，是防止和减轻不均匀沉降很重要的途径。实际中可采用轻质，如多孔砖墙或其他轻质墙体；选用轻型结构，如预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构以及各种轻型空间结构；选用自重较轻、覆土较少的基础形式，如浅埋的宽基础、有半地下室或地下室的基础，或者室内地面架空地坪等。 2.设置圈梁和钢筋混凝土构造柱。 在建筑物的墙体里设置圈梁和构造柱能增强建筑物的整体性，提高其抗弯刚度，在一定程度上能防止或减少裂缝的出现，即使出现了裂缝也能阻止裂缝的发展。 4.3施工方面 1、在基坑开挖时，不要扰动地基土，通常坑底保留200mm 左右的土，待垫层施工时，再人工挖除。如坑底土被扰动，应挖去，用砂、碎石回填夯实。要注意打桩、井点降水及深基开挖对附近建筑物的影响。 2、在已建成的小、轻型建筑物周围，不宜堆放大量的建筑材料和土方等重物，以免地面堆载引起建筑物产生附加沉降。 五，治理方法 不均匀沉降引起的裂缝对结构的承载能力和整体性有较大的影响，需要及时治理加固。在加固之前，应做好对裂缝的勘察，掌握裂缝开展规律，再根据裂缝程度，对结构进行适当的加固处理。 5.1一般性裂缝，如若干年后不发展，则可以认为不影响结构安全使用，可采用填缝修补或灌浆修补。填缝修补分为水泥砂浆填缝和配盘水泥砂浆填缝，工序为：先将裂缝清理干净，用勾缝刀、抹子、刮刀等到工具将１：３的水泥砂浆或比砌筑砂浆高一级的水泥砂浆或掺有 107 胶的聚合物水泥砂浆填入砖缝；配筋水泥砂浆填缝则每隔4—5 皮砖，在砖缝中先嵌入钢筋，然后按上述工序进行处理。灌缝修补是用压力设备把水灰比为0.7—1.0 的水泥浆液压入墙体内，使裂缝粘合。 5.2对于影响安全使用的裂缝，应进行加固处理。因墙体强度不够而发生的裂缝，墙面可敷贴钢筋网片，网片用中φ 6＠100—300 双向或中φ 4@100—200 双向钢筋网，并配置穿墙拉筋加以固定，然后灌细石混凝土或分层抹水泥砂浆加固。施工前墙体抹灰应刮干净，灌浆后应养护护七天左右。 5.3加强上部结构刚度，可采用钢筋、型钢拉杆或在墙体上增设钢筋混凝土圈梁，圈梁用强度等级为C15—C20 的混凝土，截面不小于 120×180mm，配筋可采用纵向φ 4＠10—14 箍筋φ 6＠200—250，每隔 1.5—2.5mm 应有牛腿（或螺栓、锚固件等）伸进墙体与墙体拉结好。浇筑圈梁时应将墙面凿毛，洇水以加强粘结。