抽取地下水對地基下沉和墻體開裂分析與處理

薛善倫，劉清陽，高 翔

(1.山東建大工程鑒定加固研究院，山東 濟南 250014； 2.山東建筑大學，山東 濟南 250101)

1 工程概況

某農貿市場4號樓，為地上3層框架結構商住樓，1層為商業網點，2層，3層為辦公或居住，總建筑面積為3 771.36 m2。該建筑抗震設防類別為標準設防類(丙類)，建筑結構安全等級為二級，框架抗震等級為三級。抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度0.10g；原設計基礎為柱下鋼筋混凝土獨立基礎，填充墻下鋼筋混凝土條形基礎，上部結構樓、屋面板均采用現澆鋼筋混凝土板。基礎、柱、梁、板、樓梯等現澆構件混凝土強度等級均為C30；±0.000 m以上填充墻采用MU5燒結煤矸石空心磚和M5混合砂漿砌筑。

該工程于2017年10月開工，2018年1月框架部分施工完畢， 2018年11月竣工，2019年5月交付使用，2019年7月業主發現部分位置地面下沉，填充墻不同程度開裂。

2 病害勘察及結構檢測

1)1層商戶主要經營鮮活水產品，業主在室內多處打設了井深20 m～40 m左右的取水井，每天抽取大量地下水，現場發現商戶抽取的水中，有少量土顆粒。建筑物平面示意圖及取水井位置示意圖見圖1。

2)現場勘查未發現框架柱、梁、板存在明顯裂縫，但建筑物東西兩端及靠近變形縫處的1層地面下沉明顯，地面磚開裂，1層填充墻與框架梁柱間多處出現裂縫；1層入戶門存在擠壓變形，部分無法正常開啟；9軸,10軸間變形縫寬度由下至上明顯逐漸變小，墻體上部外裝飾層受擠壓，并出現裂縫。實體檢測框架柱、梁、板中鋼筋配置、截面尺寸、混凝土抗壓強度均滿足原設計要求。

3)于2019年7月17日、9月9日、9月18日、10月17日、11月12日、11月26日分別對該建筑物沉降進行觀測，沉降觀測布點示意圖如圖2所示，沉降觀測結果如表1所示。

由表1沉降觀測結果可知，建筑物北側抽水點較多的部位累計沉降量較大。

表1 建筑物沉降觀測結果

4)于2019年11月26日檢測了建筑物的整體傾斜，檢測點布置示意圖見圖2，整體傾斜檢測結果見表2。

由表2建筑物整體傾斜檢測結果可知，建筑物北側抽水點較多的部位整體傾斜量較大，1號、2號、3號點傾斜率超過GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范[1]表5.3.4“建筑物的地基變形允許值”中，對于多層和高層建筑的整體傾斜，當建筑物高度小于24 m時，變形允許值為4‰(0.004)的要求。

3 地面下沉及墻體裂縫原因分析

根據該工程地質勘察報告，建筑基礎底面以下的土層主要為粉土、黏土和粉質黏土，地下水位埋深約3.0 m～4.0 m。由于該建筑物基礎持力層下的土體主要為粉土，在取水井施工及取水過程中，粉土中的細小顆粒極易被水流帶走，造成土體中的孔隙增大；同時，本工程采用天然地基，淺基礎形式，打井和取水引起地下水位下降，進而引起基礎下地基產生較大沉降變形。

一層多處填充墻開裂，變形縫附近框架柱地面磚下沉開裂，上部墻體擠壓，外裝飾層開裂受損，一層入戶門擠壓變形，無法正常開啟，主要是由于地下水過度開采，地基下沉、基礎累計沉降和建筑物整體傾斜較大引起的[2-3]。

表2 建筑物整體傾斜檢測結果

4 處理措施

建議商戶立即停止地下水的抽取，封閉業主自己設立的取水井，繼續對該建筑物的沉降和傾斜情況進行觀測，待基礎沉降穩定后，再對沉降較大的地基和出現裂縫的填充墻做相應處理。

經比較多種加固方案，在盡可能不影響商戶正常經營的條件下，決定采用注漿法加固下沉地基，具體方法如下：

1)在該建筑物沉降變形較嚴重位置設置三排注漿管進行注漿處理，首先在空隙范圍內設置2 m長水平注漿管，間距1 m，進行水泥砂漿灌注；其次施工5.5 m長傾斜注漿管，間距2.0 m，與水平向夾角為75°，進行純水泥漿灌注；最后施工8.5 m長垂直注漿管，間距1.5 m，進行純水泥漿灌注。

2)水平向注漿管采用直徑32 mm PVC管，管端部根據實際情況進行封孔，PVC管桿體工成花管狀，按500 mm的行距圓周3孔(%%c6)呈梅花形布置，封孔范圍不設孔；注漿材料采用1∶2水泥砂漿，比例為w(水泥∶砂子∶水)=1∶2∶0.7；注漿采用低壓注漿，注漿壓力不超過0.5 MPa。

3)傾斜注漿管及豎向注漿管采用直徑25 mm鋼管，管端部1 m范圍采用水泥砂漿進行封孔w(水泥∶砂子∶水=1∶2∶0.7)，鋼管桿體工成花管狀，按500 mm的行距圓周3孔(%%c6)呈梅花形布置，封孔范圍不設孔；封孔完成不小于24 h后進行壓力注漿，注漿材料為純水泥漿，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.4～0.5，注漿壓力為0.5 MPa，終止注漿壓力不大于1 MPa。

本方案具有承載力高、沉降量小、所需施工場地小、費用相對較低、樁孔直徑小、施工噪聲及引起震動小、適用不同的土質條件的特點。加固處理后，經一年多的使用及觀察，建筑物未再發生明顯的沉降、傾斜及構件的開裂現象，收到較好的處理效果[4]。

5 結語

不合理開采利用地下水，致使建筑物地基基礎產生不均勻沉降，對房屋結構危害很大，輕則引起房屋墻體開裂，重則引起房屋結構整體或局部傾斜，甚至倒塌，直接威脅房屋的正常使用及人民生命財產的安全。因此，正確認識開采利用地下水，深入分析事故發生的原因，研究行之有效的處理方案，避免引起地基基礎不均勻沉降對房屋結構造成的危害，具有重要的理論研究意義及工程應用價值。