某大型廠房沉降原因及處理措施分析

葛瑞，葛露露

（1.安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.安徽水利水電職業(yè)技術學院，安徽 合肥 231603）

軟土發(fā)育地區(qū)進行工程建設前，需要對各巖土層進行詳盡的勘察，為設計提供準確的依據。軟土發(fā)育地區(qū)，對于大型市政、道路、房建工程，軟土沉降的分析與研究往往較重視[1-3]，而對于服務項目建設周期的附屬構筑物一般重視程度不夠。本工程涉及的堆料場廠房為臨時附屬構筑物，由于對軟土地基把握不清，構筑物投入使用過程中地基不均勻沉降明顯，導致上部結構發(fā)生變形，嚴重影響結構的正常使用功能。面對此類工程問題，需要進行全面的巖土補充勘察，進行變形觀測，系統(tǒng)分析數據，分析不均勻沉降產生原因，并預測整體沉降的最大沉降量和最終沉降完成時間，進而提出合理的處理建議，避免造成更大的生命、財產損失。

1 工程概況

該工程為大型攪拌站砂、石堆料場廠房，廠房長約107.4m，寬約67.1m，占地面積約7200m2，廠房屋頂為網架結構，屋頂高度7.0m～9.6m。廠房采用柱下獨立基礎，共設26根柱子，柱子尺寸600mm×800mm，基礎埋深約2.0m，東、西側邊柱基礎尺寸為4.0m×4.0m，其余為3.6m×3.6m，廠房設置擋墻高度3.0m，分為室內擋墻和邊墻，均為條基，基礎埋深約0.5m。廠房平面布置圖如圖1所示。

圖1 廠房平面布置圖

2 工作方法

工作方法主要采用機械鉆探、土工試驗、變形觀測等方法。受場地空間、堆載料石限制，共布置勘探孔10個，其中靜力觸探孔3個、取土標貫試驗孔4個、標貫試驗孔3個，見圖2所示。勘探孔深度大于壓縮層厚度，本工程機械鉆孔深度均為30m，靜力觸探孔深度要求打穿軟土層，進入壓縮性較小的穩(wěn)定地層；分層采取土樣，進行室內土工試驗；進行變形觀測，分別于2019年12月26日和2020年1月2日兩天采集26根柱子柱頂標高數據。

圖2 勘探孔平面布置圖

3 場地巖土工程條件

勘探揭露的地層按其地質時代、成因類型、埋藏深度以及巖土的工程地質特征，自上而下分別為如下情況。

①層雜填土：層厚1.10m～1.50m。灰褐、褐黃色，稍濕，稍密～中密狀態(tài)，廠房內部鉆孔填土上部揭露有約0.2m混凝土路面。

②層粉質黏土：層厚2.36m～6.44m。灰褐、褐黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，局部夾有薄層粉土。該層單橋靜力觸探試驗端阻力Ps平均值為0.91MPa，標貫試驗實測擊數N值一般為3擊/30cm～4擊/30cm，平均值為 3.5擊/30cm。此層屬中等偏高壓縮性土。

③層淤泥質粉質黏土：層厚10.66m～15.34m。青灰色，流塑狀態(tài)，局部軟塑，局部夾有松散狀態(tài)的粉砂。該層單橋靜力觸探試驗端阻力ps平均值為0.63MPa，標貫試驗實測擊數N值一般為1擊/30cm～3擊/30cm，平均值為1.90擊/30cm。此層屬高壓縮性土。

④層粉質黏土：層厚5.50m～6.50m。灰褐、褐黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，局部夾有薄層粉土、粉細砂。該層單橋靜力觸探試驗端阻力ps平均值為2.04MPa，標貫試驗實測擊數N值一般為5擊/30cm～6擊/30cm，平均值為5.70擊/30cm。此層屬中等偏高壓縮性土。

⑤層粉細砂：此層未揭穿，揭露厚度0.10m～5.80m。灰色、灰黃色，飽和，中密狀態(tài)。局部夾薄層可塑狀態(tài)粉質黏土、稍密狀態(tài)粉土。標貫試驗實測擊數N值一般為16擊/30cm～28擊/30cm，平均值為21.2擊/30cm。此層土屬中等壓縮性土。選取1-1,地質剖面如圖3所示。

圖3 1-1,地質剖面圖

取土樣進行土工試驗，并對數據進行統(tǒng)計分析，各巖土層物理力學參數，見表1所示。

各巖土層物理力學參數一覽表 表1

4 沉降原因分析

4.1 廠房整體沉降分析

本工程通過野外采取土試樣進行室內壓縮試驗，對各土層已有的壓縮性指標進行了分層統(tǒng)計，采用各土層自重應力（P0）至自重應力加附加應力（P0+ΔP）段范圍內的壓縮模量Es值，同時對砂（粉）性土結合現(xiàn)場靜力觸探及標準貫入試驗成果綜合分析，確定沉降計算壓縮模量Es見表2所示。

各土層壓縮模量一覽表 表2

根據《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)[5]，預壓荷載下地基最終沉降量計算可取附加應力與土重自重應力的比值為0.1的深度，作為壓縮層的計算深度，可按下式計算。

式中：sf--最終豎向變形量(m)；

e0i--第i層中點土自重應力所對應的孔隙比，由室內固結試驗e-p曲線查得；

eli--第i層中點土自重應力與附加應力之和所對應的孔隙比，由室內固結試驗e-p曲線查得；

hi--第i層土層厚度(m)；

ξ--經驗系數，可按地區(qū)經驗確定。無經驗時對正常固結飽和黏性土地基可取ξ=1.1～1.4；荷載較大或地基軟弱土層厚度大時應取較大值。

取各土層平均厚度作為土層模型，即②層3.3m，③層13.8m，④層6.1m，地下水位取室內地坪下0.5m，室內地坪堆載加地坪回填壓實土重作為附加應力取值65kPa，⑤層粉細砂中密，壓縮模量較大，為簡化計算，壓縮層計算深度取④層粉質黏土底部。經計算，廠房最終沉降量約0.64m～0.82m。

按照單向固結理論計算黏性土地基固結速率[4]，場地大面積堆載，地基中初始超靜孔隙水壓力按恒值情況考慮，當固結度達到95%時，時間因數為1.129。為簡化計算模型，土層簡化計算成一層土，孔隙比與壓縮系數根據③層土e-p曲線所得。利用以下公式反算時間t。

經計算，固結度達到95%時，需要約5.3年，由于各壓縮土層滲透性均較低，排水困難，根據經驗，廠房最終沉降完成需要6～8年。

4.2 廠房不均勻沉降分析

一般建筑物在施工期間完成的沉降量對于高壓縮黏性土可認為已完成最終沉降量的5%～20%，因此該廠房完工后有大部分工后沉降。兩次采集的26根柱頂標高數據見圖4所示，分析如下。

圖4 廠房柱頂標高示意圖

①廠房整體沉降呈現(xiàn)中間沉降大四周沉降小的趨勢，正常廠房建成后，由于上部網架荷載的影響，中間柱子承受較大的力，工后沉降中，中間沉降相對會大一點，這與兩次采集的柱頂標高數據一致，廠房開始投入使用時，各料倉不均勻堆載，中間料倉堆載較大，這是導致廠房不均勻沉降的主要原因。中間沉降大，兩邊沉降小，間接改變了柱頂的結構受力狀態(tài)[6]，導致中間部分柱子出現(xiàn)反力，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)3C柱頂端網架已經與柱端脫離；

②③層淤泥質粉質黏土屬于高壓縮性土，本身屬于弱透水性，其上、下層均為微透水的粉質黏土，透水性更小，使得③層淤泥質粉質黏土被上、下包裹，排水條件極差，場地在堆載條件下，易產生彈性狀態(tài)下的瞬時沉降，主固結沉降進行較緩慢，在2020年1月2日柱頂沉降觀測中，廠房大部分堆載消除后，部分柱頂上升，正是由于瞬時沉降的消除，土層在彈性狀態(tài)下的卸載回彈引起的；

③廠房范圍內②層粉質黏土作為柱下獨立基礎的持力層，勘察發(fā)現(xiàn)其厚度不均勻，在場地東、西側較厚，中間較薄，②層粉質黏土軟硬狀態(tài)不均勻，勘察發(fā)現(xiàn)2#孔、5#孔、9#號孔沿線該層土軟塑較多，其余可塑較多，整體呈現(xiàn)軟塑～可塑的不均勻狀態(tài)，②層土作為柱下獨立基礎持力層，其厚度及軟硬程度的不均勻，也間接影響了廠房的不均勻沉降。

5 結論及處理意見

廠房基礎下有較厚的軟土和軟弱土，滿載下最終沉降量約0.64 m～0.82m，完成最終沉降仍需較長時間。料倉不均勻堆載以及②層粉質黏土的不均勻性導致了沉降的不均勻。場地各軟弱土、軟土層排水條件極差，整體沉降以彈性狀態(tài)下的瞬時沉降為主，卸載后，土層易反彈。若僅對地坪進行部分換填或灌漿處理，只會間接增加附加荷載，整體處理效果不明顯。

建議對廠房地坪、柱下獨立基礎同時進行加固處理，采用鉆孔灌注樁、混凝土預制樁（管樁）等樁型進行加固處理，亦可進行水泥土攪拌樁、錨桿靜壓樁等復合地基處理，樁端持力層建議為⑤層粉細砂。同時，建議對廠房進行相應監(jiān)測工作，監(jiān)測內容包括柱子傾斜、基礎沉降、外墻/地坪裂縫觀測等，監(jiān)測頻率不少于2次/周，監(jiān)測時間不少于3個月。