山區挖填場地地基基礎沉降差控制措施研究

林 萍

（福建林業職業技術學院 建筑工程系，福建 南平 353000）

1 引言

隨著城市建設的擴展，閩北山區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，加上本身地質構造不均勻，閩北山區工程極易產生過大沉降差，引起基礎不均勻沉降，進而引發相關工程質量事故。其中，輕微事故導致房屋墻體開裂，有些裂縫會對稱發生在縱墻的兩端，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，裂縫會破壞室內外的裝修，影響建筑物的整體美觀。情況嚴重會破壞房屋結構強度、穩定性，引發局部或整體性傾斜，甚至導致建筑物垮塌，危及人們的生命財產安全。

2 地基基礎不均勻沉降原因分析

根據相關理論可知，任何地基上的建筑物都會在一定程度上發生沉降，這種現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。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實意義，其產生原因可以從以下幾方面考慮。

2.1 工程地質方面原因

地基土大部分是由土組成，土是由巖石經過風化而形成的松散堆積物，它的主要物質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，通常由不同性質的土組成，且厚度不均，軟硬程度也是千差萬別，呈不規則分布。因此，受不同區域的地質構造、不同巖石的風化程度以及沉積環境的影響，導致各土層分布不均勻、土層厚度性能差異較大。

2.2 建筑結構設計方面原因

設計建筑物時，如果房屋結構形狀不規則、實際長度過長，都會導致結構荷載不均勻，地基出現較大沉降。雖然設計時，認真準確地計算數據，但計算過程中，有關沉降經驗系數的取值和計算方法的選擇，無法確保建筑物能夠均勻沉降。

2.3 施工技術工藝方面原因

施工方面的不合理行為也會導致不均勻沉降的發生。例如：施工前，沒有對土體再次進行勘察，在這種情況下，土體的強度降低；施工過程中，隨意擺放荷載大的物體，不按照建筑標準進行施工等，都可能導致不均勻沉降。

3 地基基礎不均勻沉降控制措施

3.1 建筑措施

3.1.1 沉降縫

沉降縫的設置能夠減少不均勻沉降的程度，根據沉降縫能形成沉降單元、緩解不均勻沉降的原理，可以在以下幾個關鍵部位設計沉降縫：一是長高比超過標準的地方；二是所在地基土質不一樣的地方；三是建筑物的轉折部位等。

3.1.2 建筑物間距

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

3.1.3 建筑物標高

設計建筑物標高時，要考慮沉降的影響，如：設計地下設施時，要根據預計的沉降量調整標高。

3.2 結構措施

軟弱地基是減小基礎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力；加強結構的剛度和強度；將上部結構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

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

4 閩北山地工程地質特點

閩北地區主要由武夷山脈貫穿整個地區，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構松散的粘土層外，下臥土層主要呈現為風化殘坡積土層，其風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：一是地基土層以殘坡積土層為主，厚度不均勻，通常靠山頂側土層厚度較小，而近山腳側較大；二是殘積土層風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；三是巖層埋藏深度較淺，一般強風化巖與地表距離在30m 以內，大多在5～20m 范圍內。

5 淺基礎沉降與樁基礎選型分析

5.1 淺基礎沉降分析

淺基礎指常規方法施工的基礎，埋深一般小于5m。淺基礎按構造形式分為獨立基礎、條形基礎、筏板基礎、箱形基礎。獨立基礎之間無直接聯系，整體性較差，各基礎沉降基本取決于各自所受荷載和基礎地基條件。如果各基礎的荷載和地基條件有差異，各獨立基礎間就會發生沉降差。而對條形基礎、筏板基礎、箱形基礎等連續性基礎而言，基礎本身剛度較大，通過合理設計可以較容易地控制地基的沉降差。

5.1.1 影響淺基礎差異沉降的因素

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。

多層框架建筑結構多數情況下，可考慮采用獨立基礎設計方案。進行初步設計計算時，各框架柱所受豎向荷載可按柱的荷載分攤面積估算。柱距越大，層數越多，柱的荷載就越大。相鄰框架柱的柱距差異越大，層數差異越多，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生的附加應力造成的，即地基中附加應力使土體產生了壓縮變形，我們把附加應力作用產生壓縮變形的土層稱為壓縮層。隨著建筑物的施工過程，建筑層數和荷載不斷增大，地基中附加應力的大小和范圍隨之增大。在一定地基條件下，基礎沉降隨之增大；地基中附加應力大小和范圍確定，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系。壓縮層厚度大、壓縮模量值小的土層，土質相對松軟，承受建筑荷載能力差，容易產生沉降；壓縮層厚度小、壓縮模量值大的土層，土質相對堅硬，承受建筑荷載能力強，不易產生沉降。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。大量工程實踐證明，對結構性地基土體，在基礎施工過程中，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 按容許沉降差調整基底尺寸

獨立基礎沉降差，是指相鄰獨立基礎的地基在變形穩定后，基礎底面中心點處沉降量的差值。要判定框架結構的獨立基礎沉降差是否超出允許范圍，必須計算各獨立基礎的沉降量。若沉降差超出允許范圍，必須采取相應工程措施 。

設某均勻地基上有相鄰兩獨立基礎k、j，作用于基底的豎向外荷載分別為Nk=745kN、Nj=390kN，兩獨立基礎底尺寸分別為：Fk=2×3=6m2、Fj=1.5×2=3m2，兩獨立基礎中心點距離4m，如圖1所示。假定依據地質資料和“規范法”計算得到的沉降系數為δkk=0.3 117mm/kN，δjj=0.4 100mm/kN，δjk=0.0 305mm/kN，δkj=0.0 207mm/kN。則兩獨立基礎的沉降量分別為：Sk=240.3mm，Sj=182.6mm。試通過調整兩個獨立基礎底面尺寸：（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 兩相鄰獨立基礎

算例表明：對壓縮性均勻的地基，增大基底尺寸，基底附加應力隨之減小，基礎沉降量會有所減小。因此，當地基壓縮性均勻時，可以通過調整基底尺寸達到減小相鄰基礎沉降差的目的。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，則應增大基底尺寸，因發生主要壓縮變形的持力層的附加應力減小，基礎沉降量減小會更顯著；而減小基底尺寸，因發生主要壓縮變形的持力層的附加應力增大，基礎沉降量增大也會更顯著。此類不均勻地基，更適宜采用調整基底尺寸來減小相鄰基礎沉降差。如果持力層壓縮模量大，下臥層壓縮模量小，則應增大基底尺寸，因持力層附加應力減小，導致下臥層附加應力增大，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，不適宜采用調整基底尺寸來減小相鄰基礎沉降差。

5.2 樁基礎選型分析

樁基礎是一種穩定性和承載性好、沉降小的深基礎，適用范圍非常廣。樁基礎有多種類型，不同類型樁具有各自的特點和適用性。閩北山地具有比較特殊的地質構造和巖土層分布特點，為取得良好的技術經濟效果，在閩北山地進行工程建設，樁基礎的選型分析是樁基礎設計的關鍵問題之一。

閩北地區常用的樁基礎按制作工藝不同，分為以下三種：人工挖孔灌注樁、預制PHC 管樁、鉆(沖)孔灌注樁。同一個建筑工程，技術上適用的樁基礎有很多種，但不同的樁基礎在施工工藝、造價、質量控制、工期等方面都有所不同。因此，在實際工程設計過程中，需要考慮多方面因素，包括上部結構類型、建筑場地地形、工程地質與水文地質、周邊環境、樁的尺寸限制等情況，需要綜合考慮經濟效益、工程質量和工期條件等因素。

閩北山地覆蓋層以殘(坡)積土為主，多數情況下巖層埋藏深度不大，技術上適宜的樁基礎為人工挖孔灌注樁、沖(鉆)孔灌注樁、PHC 高強預應力管樁基礎。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沉降很小，基本不存在沉降過大和不均勻沉降的問題。

6 結語

閩北山地覆蓋層以性質較為良好的殘(坡)積土為主，且巖層埋藏深度較淺，中高層建筑適宜采用樁基礎方案，以強風化或中風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沉降很小，技術可行，經濟合理。如果在閩北山地建造低多層房屋，可先采用淺基礎方案，并通過相關措施使沉降均勻，滿足容許沉降差的要求，節省工程造價。