用構造措施解決不良地基的新思路

李波

摘 要：本文探討了如何利用構造措施解決不良地基對建筑物的不利影響，為高填方、新填土、雜填土及采空塌陷區等不良地質上的小型砌體結構建筑建設提供一個新思路。

關鍵詞：構造措施；不良地基；新思路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.169

1 背景

神朔鐵路是我國“八五”計劃重點建設項目之一，是我國繼大秦鐵路之后第二條西煤東運大通道，主要擔負神府東神礦區的煤炭外運任務，是神華集團礦、電、路、港、航、煤制油和煤化工系統工程的主要組成部分。1993年7月，我有幸參與到神朔鐵路建設大業中來，在新設立的神木北建設管理處從事站后工程的建設，具體負責神木北站房屋建筑的技術管理工作。神木北站為區段站，是神朔鐵路指揮控制、設備維修和后勤生活基地，其房屋建筑面積約占全線總面積的70%。

鐵路建設中的房屋建筑大多位于高填方上，須進行復雜的地基處理。而鐵路建設往往是先站前（線路、站場及橋、遂、涵等}、后站后（房建、給排水、“四電”工程等），往往在站前工程中就完成了擋墻、護坡等圬工工程，再加上當時的鐵路工程建設管理粗放，建設單位缺位、監理不力、施工單位以包代管以及主觀上的不重視造成站后房建工程等所需站場回填質量極差，全線除部分緊臨線路的道岔清掃房、紅外軸溫監測房（單間平房，面積小于20平方米）等地基回填質量較好外，其余均須進行地基處理。以神木北站為例，施工單位擅自將劈山產生的亂石與普通土方一股腦回填，亂石風化嚴重、大小不勻，大的甚至能到十多方。

神木北站的房建地基處理以大開挖換填砂夾石為主，設計部門也不做單體設計，只是給一個統一的地基處理方案，開挖至老土下0.5米，然后層層回填砂礫石壓實（后來也視條件采用過深層攪拌、旋噴樁、碎石震沖樁等）。造價高、污染重、受限多、環境壓力大，由于換填要放坡，而且底面要大于地基的外輪廓線，所以地基處理工程在總造價中所占的比重和開挖受限程度等與建筑面積、層數（多層建筑）呈負相關，面積越大、層數（多層建筑）越多越劃算。要命的是鐵路行業專業界限嚴密，在條塊關系中更重視“條”，強調的是垂直管理，設計了無數單層磚混結構小平房，地基處理的造價甚至遠超房建工程的造價。以神木北站為例，初步設計共有房屋建筑233棟、135524.33平方米（至96年實際完成數與此略有出入），其中面積不足25平方米的35棟、657.89平方米，主要為道岔清掃房、列車待檢室、油庫、給水電控室、門衛以及旱廁（僅6平方米）等；25——60平方米的25棟、1117.73平方米；60——300平方米的83棟、12956.7平方米；300平方米以上的90棟、120792.01平方米，主要是機關辦公樓、集體宿舍、住宅等多層建筑和單層工業廠房。顯然，300平方米以下的建筑物按數量計為143棟，占總數的61.375，超過六成。按層數統計分析的結果與此類似，其余各站和區間由于不設辦公樓、集體宿舍、住宅等，更是一片小平房，甚至出現平房住宅。作為一個非鐵路出身的建筑結構工程師我曾認真地請教過有關專家，問為什么不將用途相近的房建合建以降低造價，回答說：“這是傳統”。所以只能從建筑結構上另辟蹊徑，在建筑結構上謀出路，優化建筑結構設計。

2 思路

高填方、新填土、雜填土及采空塌陷區等不良地質的主要危害是地基的不均勻沉降使得建筑結構受力不均產生局部破壞，進一步從受力、變形、位移三要素來分析，不難發現是地基的不均勻沉降導致基礎下沉（位移）使得建筑結構產生變形遭到破壞，所以加強建筑結構的整體性可有效抵抗地基的不均勻沉降帶來的危害。對于小型民用建筑來說，重要的是確保能安全使用，適當放寬正常使用的要求，換言之，也就是說在確保建筑結構整體性完好（安全）的前提下，可以接受建筑物如墻體開裂、地面塌陷等影響正常使用的缺陷，因為在安全使用前提下，一般的墻體開裂、地面塌陷等很容易修復，至于60平方米以下的小平房就算是拆了重建也是劃算的。我的經驗是地基的不均勻沉降使得建筑結構產生的局部破壞一般出現在建筑物建成后1個月左右，最先出現的一般是門窗口上的倒“八”字縫，3-6個月間發展最快，個別建筑物窗口下甚至會出現垂直裂縫，其后逐漸變緩，36個月后基本上就趨于穩定，所以必須特別注意建筑物建成后半年內的變化，修復工作也是在半年后為宜。

現在問題變成了如何能夠提高建筑結構整體性？類似的問題我們在建筑物抗震中也遇到過，自然地參考《建筑抗震設計規范》，合理運用圈梁、構造柱等構造措施形成一個鋼筋混凝土的骨架，再加上砌體、樓板等填充其間構成一個類似框架-剪力墻的結構，可有效地提升一般小型磚混結構的整體性。循此思路，我們在神木北站房屋建設中，對60棟不足60平方米的單層磚混結構進行了一些有益的探索，獲得了極大的成功，除一棟19.6平方米的道岔清掃房因整體傾斜而重建外，其余均未發現任何問題，取得了良好的經濟效益。

總而言之，在處理一般小型磚混結構建筑物不良地基時，我的思路是：一、合理運用圈梁、構造柱等構造措施提高建筑結構整體性；二、在確保安全前提下，適當放寬正常使用的要求。下面是我在神木北站房屋建設中的實踐并結合處理其他不良地基造成的破壞的經驗小結。

3 構造措施

3.1 適用范圍

（1）建筑面積≤300平方米的磚混結構；

（2）開間≤3900mm、連續開間≤7200mm；

（3）進深≤7200mm；

（4）層高≤3.6m、檐高≤12.0m。

3.2 設計原則

（1）基礎采用同類型同埋深，一般選用條型砌體基礎，特殊情況下可采用混凝土條型基礎；

（2）避免半填半挖地基；

（3）基礎下換填500厚砂礫，上鋪100厚C10混凝土墊層，寬度為基礎外緣兩側各加100mm；

（4）普通磚和多孔磚的強度等級不應低于MU10，其砌筑砂漿強度等級不應低于M5；混凝土小型空心砌塊的強度等級不應低于MU7.5，其砌筑砂漿強度等級不應低于Mb7.5；

（5）窗間墻的寬度須大于門窗洞口的寬度且大于1500mm；

（6）樓梯間不宜設置在房屋的盡端或轉角處；

（7）樓板屋蓋宜現澆鋼筋混凝土，屋蓋宜采用平頂式；

（8）平面、立面和豎向剖面的設計宜擇優選用規則的形體；

（9）地基的不均勻沉降與水害密切相關，宜參考濕陷性黃土地基構造措施加寬散水、設置管道檢漏溝等；

3.3 一般構造做法

3.3.1 圈梁

圈梁是沿建筑物外墻四周及部分或全部內墻設置的水平、連續、封閉的梁。

（1）圈梁的作用。

1）增強砌體房屋整體剛度，承受墻體中由于地基不均勻沉降等因素引起的彎曲應力，可有效防止和減輕墻體裂縫的出現，防止縱墻外閃倒塌；

2）提高建筑物的整體性，圈梁和構造柱連接形成縱向和橫向構造框架，加強縱、橫墻的聯系，限制墻體尤其是外縱墻山墻在平面外的變形，提高砌體結構的抗壓和抗剪強度，抵抗震動荷載和傳遞水平荷載；

3）起水平箍的作用，可減小墻、柱的壓屈長度，提高墻、柱的穩定性，增強建筑物的水平剛度；

4）通過與構造柱的配合，提高墻、柱的抗震能力和承載力；

5）在溫差較大地區防止墻體開裂。

（2）圈梁的設置。

1）條型砌體基礎必須沿縱橫軸線設置地圈梁一道；

2）屋蓋及每層樓蓋處均須沿縱橫軸線設置圈梁，間距不應大于7200mm.

（3） 圈梁的構造。

1）圈梁應連續設置在墻的同一水平面上，并盡可能的形成封閉圈，當圈梁被門窗洞口截斷時，應在洞口上部增設相同截面的附加圈梁，附加圈梁與截面圈梁的搭接長度不應小于其垂直間距的二倍，且不得小于1000mm；

2）縱橫墻交接處的圈梁應有可靠的連接，并與構造柱可靠連接；

3）內走廊房屋沿橫墻設置的圈梁，均應穿過走廊拉通；

4）圈梁的寬度宜與墻厚相同，當墻厚大于等于240mm時，圈梁的寬度不易小于2/3墻厚；屋蓋及樓蓋處圈梁高度不應小于120mm，地圈梁高度不應小于180mm；

5）屋蓋及樓蓋處現澆圈梁的混凝土強度等級不宜低于C20，鋼筋級別一般為1級鋼，混凝土保護層厚度為20 mm，并不得小于15mm，也不宜大于25mm；主筋一般選用4φ12（370墻為6φ12），箍筋選用φ6@250；

6）地圈梁的混凝土強度等級不宜低于C30，鋼筋級別一般為1級鋼，混凝土保護層厚度為35 mm；主筋一般選用4φ18（370墻為6φ18），箍筋選用φ6@200；

3.3.2 構造柱

構造柱是指在縱橫墻交接處及墻身的轉角部位設置的豎直鋼筋混凝土柱狀構件，與圈梁連接，共同加強建筑結構的穩定性和整體性。

（1） 構造柱的作用。

1）構造柱從豎向加強墻身的連接，與圈梁一起構成空間骨架，提高了建筑物的整體剛度和墻體的延性，約束墻身裂縫的開展，從而增強建筑物抵抗地基不均勻沉降的能力；

2）構造柱能夠有效提高砌體的抗剪強度，減少砌體受剪切破壞帶來的損害，提高幅度與砌體高寬比、豎向壓力和開洞情況有關。

（2） 構造柱的設置。

1）一般于縱橫軸線交叉處設置構造柱，柱網間距不應大于7200mm；

2）墻體轉角處及樓梯間四角；

3）縱橫墻及不同厚度墻體交接處；

4）較大洞口兩側、無約束墻端部；

5）構造柱與墻體拉結筋為2φ6@500，沿墻體全長貫通。

（3） 構造柱的構造。

1）構造柱與圈梁連接處，構造柱的縱筋應在圈梁縱筋內側穿過，保證構造柱縱筋上下貫通；

2）構造柱與墻連接處宜砌成馬牙槎，并應沿墻高每隔500mm，設2φ6拉結鋼筋，每邊伸入墻內不小于1米或伸至洞口邊。

3）構造柱的截面宜采用240×240mm，施工時應先砌墻后澆柱，構造柱的混凝土強度等級不宜低于C20，鋼筋級別一般為1級鋼，混凝土保護層厚度為20mm，并不得小于15mm，也不宜大于25mm；縱向鋼筋應采用4φ12，箍筋間距不宜大于250mm，且在柱上、下端宜適當加密；

4）地圈梁埋深低于室外地面下500mm時，可將構造柱豎向鋼筋直接錨固在地圈梁內；地圈梁埋深低于室外地面下500伸入時，宜將構造柱穿地圈梁伸入室外地面下500mm，在柱根設置120厚的混凝土座，并將柱的豎向鋼筋錨固在該座內；當墻體附有管溝時，構造柱埋置深度應大于溝的深度。

3.4 特殊構造做法

3.4.1 圈梁兼作過梁

圈梁兼作過梁時，過梁部分的鋼筋應按計算用量另行增配，增配鋼筋應伸入洞口兩邊各250mm。

3.4.2 預制混凝土樓板

不良地基上的建筑物一般采用現澆鋼筋混凝土樓板，特殊情況下可采用抗震型預制混凝土樓板。

（1）外墻圈梁斷面采用L形，圈梁板底處斷面仍為240mm×240mm，凸起處為寬120mm×板厚；主筋一般選用6φ12，箍筋選用φ6@250；預制板須筋（胡子筋）須錨入圈梁；

（2）承重墻上預制板須筋須相互焊接，并用C30細石混凝土灌注；

（3）預制板板縫間配置2φ10的主筋，錨入圈梁，箍筋采用S形，按φ6@250配置，并用C30細石混凝土灌注。

3.4.3 現澆鋼筋混凝土條型基礎

現澆鋼筋混凝土條型基礎一般采用有梁式，可利用在肋梁中配筋取代地圈梁，除滿足設計和構造（腰筋）要求外，主筋同樣不得低于4φ18（370墻為6φ18），箍筋不得低于φ6@200。

3.5 構造措施還必須符合國家現行有關標準的規定和設計要求

4 問題與展望

通過在神木北站房屋建設中的實踐，證明了利用構造措施解決不良地基對建筑物不利影響是可行的。由于當初只是探索性質，雖然受到方方面面的大力支持，但畢竟是自個獨自探索，所以較為保守，選取的樣本數量少，面積小，特別是樣本建成后基本上沒有出現問題，嚴重缺乏其受破壞的觀測資料，完整性有待提高，樣本的代表性也有不足，尚須進一步完善。其實，鐵路建設中的高填方上的許多小平房僅是用來安裝無人值守設備的，要解決的只是房雨防盜的問題，讓設備廠家仿照箱式變壓器做個盒子就是了。

我生活工作在神東礦區，采空區塌陷造成房屋建筑開裂、坍塌時有發生，給當地人民群眾的生產生活帶來極大痛苦，嚴重惡化了地企關系。采空區塌陷造成房屋建筑開裂本質上仍然是地基的不均勻沉降使得建筑結構受力不均產生局部破壞，其作用機理完全相同，不同的是一般的地基處理措施很難解決采空區塌陷問題，利用構造措施解決不良地基對建筑物不利影響在采空區塌陷地區的應用前景廣闊。

5 結論

利用構造措施加強建筑結構的整體性可有效抵抗地基的不均勻沉降，在實踐驗證的基礎上，不斷總結正反兩方面的經驗，進一步優化措施方案（如采用片筏基礎、箱基礎等），拓寬適用范圍，為解決不良地基對建筑物不利影響提供一個新思路。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑抗震設計規范GB 50011-2010.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.砌體結構設計規范GB 50003-2011.

[3]鐵道部第一勘察設計院.神朔鐵路神木北站房屋項目表[J].